7-5．用理想晶体衍衬运动学基本方程解释等厚条纹与等倾条纹。 7-6．用缺陷晶体衍衬运动学基本方程解释层错与位错的衬度形成原理。

7-7．要观察钢中基体和析出相的组织形态，同时要分析其晶体结构和共格界面的位向关系，如何制备样品？以怎样的电镜操作方式和步骤来进行具体分析？

7-8．什么是消光距离/影响消光距离的主要物性参数和外界条件是什么？

7-9．什么是双束近似单束成像，为什么解释衍衬象有时还要拍摄相应衍射花样？

7-10．用什么办法、根据什么特征才能判断出fcc晶体中的层错是抽出型的还是插入型的？

7-11．怎样确定球型沉淀是空位型还是间隙型的？

7-12．当下述像相似时，写出区别它们的实验方法及区别根据。

1） 球形共格沉淀与位错线垂直于试样表面的位错。 2） 垂直于试样表面的晶界和交叉位错像。 3） 片状半共格沉淀和位错环。 4） 不全位错和全位错。

7-11．层错和大角晶界均显示条纹衬度，那么如何区分层错和晶界？

第八章

二十五、 选择题

1. 仅仅反映固体样品表面形貌信息的物理信号是（ ）。 A. 背散射电子；B. 二次电子；C. 吸收电子；D.透射电子。

2. 在扫描电子显微镜中，下列二次电子像衬度最亮的区域是（ ）。

A.和电子束垂直的表面；B. 和电子束成30o的表面；C. 和电子束成45o的表面；D. 和电子束成60o的表面。

3. 可以探测表面1nm层厚的样品成分信息的物理信号是（ ）。 A. 背散射电子；B. 吸收电子；C. 特征X射线；D. 俄歇电子。

4. 扫描电子显微镜配备的成分分析附件中最常见的仪器是（ ）。 A. 波谱仪；B. 能谱仪；C. 俄歇电子谱仪；D. 特征电子能量损失谱。

5. 波谱仪与能谱仪相比，能谱仪最大的优点是（ ）。

A. 快速高效；B. 精度高；C. 没有机械传动部件；D. 价格便宜。

二十六、 判断题

1.扫描电子显微镜中的物镜与透射电子显微镜的物镜一样。（ ）

2.扫描电子显微镜的分辨率主要取决于物理信号而不是衍射效应和球差。（ ） 3. 扫描电子显微镜的衬度和透射电镜一样取决于质厚衬度和衍射衬度。（ ） 4. 扫描电子显微镜具有大的景深，所以它可以用来进行断口形貌的分析观察。（ ） 5.波谱仪是逐一接收元素的特征波长进行成分分析；能谱仪是同时接收所有元素的特征X

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射线进行成分分析的。（ ）

二十七、 填空题

26. 电子束与固体样品相互作用可以产生 、 、 、 、 、 等物理信号。

27. 扫描电子显微镜的放大倍数是 的扫描宽度与 的扫描宽度的比值。

在衬度像上颗粒、凸起的棱角是 衬度，而裂纹、凹坑则是 衬度。

28. 分辨率最高的物理信号是 为 nm，分辨率最低的物理信号是

为 nm以上。

29. 电子探针包括 和 两种仪器。

30. 扫描电子显微镜可以替代 进行材料 观察，也可以对 进

行分析观察。

二十八、 名词解释

24. 背散射电子、吸收电子、特征X射线、俄歇电子、二次电子、透射电子。 25. 电子探针、波谱仪、能谱仪。 习题

1. 扫描电子显微镜有哪些特点？

2. 电子束和固体样品作用时会产生哪些信号？它们各具有什么特点？

3. 扫描电子显微镜的分辨率和信号种类有关？试将各种信号的分辨率高低作一比较。 4. 扫描电子显微镜的放大倍数是如何调节的？试和透射电子显微镜作一比较。 5. 表面形貌衬度和原子序数衬度各有什么特点？

6. 和波谱仪相比，能谱仪在分析微区化学成分时有哪些优缺点？

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部分习题解

1. X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？

答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。

X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。

X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。

X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。

2. 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？ （1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射； （2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射； （3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。

答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。最内层能量最低，向外能量依次增加。

根据能量关系，M、K层之间的能量差大于L、K成之间的能量差，K、L层之间的能量差大于M、L层能量差。由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以K?的能量大于Ka的能量，Ka能量大于La的能量。

因此在不考虑能量损失的情况下： （1） CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同） （2） CuK?能激发CuKa荧光辐射；（K?>Ka） （3） CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Ka>la）

3. 什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”？ 答：

⑴ 当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。

⑵ 当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。

⑶ 一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K电子，当外层电子来填充K空位时，将向外辐射K系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。或二次荧光。

⑷ 指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K电子从无穷远移至K层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K系的吸收限。

⑸ 当原子中K层的一个电子被打出后，它就处于K激发状态，其能量为Ek。如果一个L层电子来填充这个空位，K电离就变成了L电离，其能由Ek变成El，此时将释Ek-El的能量，可能产生荧光χ射线，也可能给予L层的电子，使其脱离原子产生二次电离。即K

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层的一个空位被L层的两个空位所替代，这种现象称俄歇效应。

4. 产生X射线需具备什么条件？

答：实验证实:在高真空中，凡高速运动的电子碰到任何障碍物时，均能产生X射线，对于其他带电的基本粒子也有类似现象发生。

电子式X射线管中产生X射线的条件可归纳为：1，以某种方式得到一定量的自由电子；2，在高真空中，在高压电场的作用下迫使这些电子作定向高速运动；3，在电子运动路径上设障碍物以急剧改变电子的运动速度。

5. Ⅹ射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？

答：波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间传播，反映了物质运动的连续性；微粒性主要表现为以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量，能量和动量，反映了物质运动的分立性。

6. 计算当管电压为50 kv时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的

短波限和光子的最大动能。 解：

已知条件：U=50kv

-31

电子静止质量：m0=9.1×10kg

8

光速：c=2.998×10m/s

-19

电子电量：e=1.602×10C

-34

普朗克常数：h=6.626×10J.s

电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为

-19-18

E=eU=1.602×10C×50kv=8.01×10kJ

2

由于E=1/2m0v0

所以电子与靶碰撞时的速度为

1/26

v0=(2E/m0)=4.2×10m/s

所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压 λ0（?）＝12400/v(伏) ＝0.248? 辐射出来的光子的最大动能为

-15

E0＝h?0＝hc/λ0＝1.99×10J

7. 特征X射线与荧光X射线的产生机理有何异同？某物质的K系荧光X射线波长是否

等于它的K系特征X射线波长？ 答：

特征X射线与荧光X射线都是由激发态原子中的高能级电子向低能级跃迁时，多余能量以X射线的形式放出而形成的。不同的是：高能电子轰击使原子处于激发态，高能级电子回迁释放的是特征X射线；以 X射线轰击，使原子处于激发态，高能级电子回迁释放的是荧光X射线。某物质的K系特征X射线与其K系荧光X射线具有相同波长。

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hc1.24?1028. 连续谱是怎样产生的？其短波限?0?与某物质的?eVVhc1.24?102吸收限?k?有何不同（V和VK以kv为单位）？ ?eVkVk答 当ⅹ射线管两极间加高压时，大量电子在高压电场的作用下，以极高的速度向阳极轰击，由于阳极的阻碍作用，电子将产生极大的负加速度。根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续ⅹ射线谱。

在极限情况下，极少数的电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子，这个光量子便具有最高能量和最短的波长，即短波限。连续谱短波限只与管压有关，当固定管压，增加管电流或改变靶时短波限不变。

原子系统中的电子遵从泡利不相容原理不连续地分布在K,L,M,N等不同能级的壳层上，当外来的高速粒子（电子或光子）的动能足够大时，可以将壳层中某个电子击出原子系统之外，从而使原子处于激发态。这时所需的能量即为吸收限，它只与壳层能量有关。即吸收限只与靶的原子序数有关，与管电压无关。

9. 为什么会出现吸收限？K吸收限为什么只有一个而L吸收限有三个？当激发K系荧光

Ⅹ射线时，能否伴生L系？当L系激发时能否伴生K系？ 答：

一束X射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果。并且吸收是造成强度衰减的主要原因。物质对X射线的吸收，是指X射线通过物质对光子的能量变成了其他形成的能量。X射线通过物质时产生的光电效应和俄歇效应，使入射X射线强度被衰减，是物质对X射线的真吸收过程。光电效应是指物质在光子的作用下发出电子的物理过程。

因为L层有三个亚层，每个亚层的能量不同，所以有三个吸收限，而K只是一层，所以只有一个吸收限。

激发K系光电效应时，入射光子的能量要等于或大于将K电子从K层移到无穷远时所做的功Wk。从X射线被物质吸收的角度称入K为吸收限。当激发K系荧光X射线时，能伴生L系，因为L系跃迁到K系自身产生空位，可使外层电子迁入，而L系激发时不能伴生K系。

10. 已知钼的λKα＝0.71?，铁的λKα＝1.93?及钴的λKα＝1.79?，试求光子的频率和能

量。试计算钼的K激发电压，已知钼的λK＝0.619?。已知钴的K激发电压VK＝7.71kv，试求其λK。

解：⑴由公式νKa=c/λKa 及E＝hν有：

8-1018

对钼，ν＝3×10/(0.71×10)＝4.23×10（Hz）

-3418-15

E=6.63×10×4.23×10＝2.80×10（J）

8-1018

对铁，ν＝3×10/（1.93×10）＝1.55×10（Hz）

-3418-15

E=6.63×10×1.55×10＝1.03×10（J）

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