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反过来，由衍射分布可以推知光栅的周期结构。 2-9 X射线的衍射 由光栅方程 可知不同周期的光栅将有不同的衍射分布. 例如晶体的结构是规则的，用X光衍射就可研究晶体的结构。 任何有规则的周期结构的物体，都有类似于光栅的衍射现象，研究其衍射分布，可推知其物质结构。 德国实验物理学家，1895年发现了X射线，并将其公布于世。历史上第一张X射线照片，就是伦琴拍摄他夫人的手的照片。 由于X射线的发现具有重大的理论意义和实用价值，伦琴于1901年获得首届诺贝尔物理学奖金。 伦琴（W. K. Rontgen，1845-1923） 1901年获首届诺贝尔 物理学奖 1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管的过程中，发现了一种穿透力很强的射线。 高压电源 金属靶 电子束 高能 由于未知这种射线的实质（或本性），将它称为 X 射线。 X 射 线 1914年获诺贝尔物理学奖 X 射线发现17年后，于1912年，德国物理学家劳厄找到了 X 射线具有波动本性的最有力的实验证据： 发现并记录了 X 射线通过晶体时发生的衍射现象。 由此，X射线被证实是一种频率很高（波长很短）的电磁波。 在电磁波谱中，X射线的波长范围约为 0.005 nm 到 10 nm，相当 于可见光波长的 10万分之一 到 50 分之一 。 劳厄的 X 射线衍射实验原理图 晶体中有规则排列的原子，可看作一个立体的光栅。原子的线度和间距大约为10 - 10 m 数量级，根据前述可见光的光栅衍射基本原理推断，只要 入射X 射线的波长与此数量级相当或更小些，就可能获得衍射现象。 衍射斑纹（劳 厄 斑） 晶体 X射线 （硫化铜） 记录干板 1912年，英国物理学家布喇格父子提出 X射线在晶体上衍射的一种简明的理论解释 布喇格定律，又称布喇格条件。 1915年布喇格父子获诺贝尔物理学奖，小布喇格当年25岁，是历届诺贝尔奖最年轻的得主。 氯化钠晶体 氯离子 钠离子 Cl ＋ Na 晶体结构中的三维空间点阵 晶体中的 原子或离子 X 射 线 原子或离子中的电子在外场作用下做受迫振动。 晶体点阵中的每一阵点可看作一个新的波源，向外辐射与入射的 X 射线同频率的电磁波，称为散射波。 X 射 线 晶体点阵的散射波可以相互干涉。 面中点阵 散射波干涉 面间点阵 散射波干涉 包括 和 入射角 掠射角 镜面反射方向 平面法线 入射 X射线 任一平面上的点阵 干涉结果总是在镜面反射方向上出现最大光强 称为该平面的零级衍射谱 任一平面上的点阵 入射 X射线 平面法线 镜面反射方向 Z X Y 用图示法作简易证明 A A B B C C C D B B A A ； C C C C A A C C A D ， 光程相等 即光程差为零 干涉得最大光强 面1 面2 面3 … 作截面分析 X射线 入射角 掠射角 求出相邻晶面距离为 d 的两反射光相长干涉条件 层间两反射光的光程差 面间点阵散射波的干涉 布喇格定律 相长干涉得亮点的条件 或布喇格条件 根据晶体中原子有规则的排列，沿不同的方向，可划分出不同间距 d 的晶面。 对任何一种方向的晶面，只要满足布喇格公式，则在该晶面的反射方向上，将会发生散射光的相长干涉。 根据布喇格公式 若已知晶体结构，可通过测 求入射X射线的波长及波谱 若已入射X射线波长，可通过测 求晶面间距及晶体结构 NaCl 单晶的 X 射线衍射斑点 石英 (SiO2) 的 X 射线衍射斑点 X 射线的应用不仅开创了研究晶体结构的新领域，而且用它可以作光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。 1953年英国的威尔金斯、沃森和克里克利用X 射线的结构分析得到了遗传基因脱氧核糖核酸（DNA) 的双螺旋结构，荣获了1962 年度诺贝尔生物和医学奖。 四、X射线的应用 NaCl 晶体 主晶面间距为 2.82×10-10 m 对某单色X射线 的布喇格第一级 强反射的 掠射角为 15° 入射X射线波长 第二级强反射 的掠射角 根据布喇格公式 15° 2 × 2.82×10-10 × 15° 1.46×10-10 (m) 0.5177 31.18 ° 结束选择 请在放映状态下点击你认为是对的答案 f f f 若光栅常量 一定，在光栅后观察衍射光谱的透镜焦距为 ，在第二级光谱中测得波长 两谱线的间距为 ，则 f （1） 随 的增大而增大 （2） 随 的减小而减小 （3） 与 的大小无关 （4） 随参加衍射