2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：晶體的x射線衍射

1、晶體的x射線衍射1910年勞厄提出晶體可以作為x射線的三維衍射光柵。X射線波長晶體的x射線衍射 1912年費里德里奇和倫琴的博士生克尼平用實驗證實了勞厄的想法。布拉格父子提出了著名的布拉格公式。但晶體中含有輕重相差較大的兩種原子時，用x射線測定晶體結(jié)構(gòu)將很困難。中子衍射，電子衍射都可以用來研究晶體結(jié)構(gòu)。但電子既受原子核的作用又受核外電子的作用，散射很強(qiáng)，透射很弱，適用于研究薄膜和表面結(jié)構(gòu)，TEM需要制備約50nm厚的樣品，比較費時也比較昂貴。X射線管同步輻射X射線激光器（基礎(chǔ)研究階段）放射性材料（與電子俘獲有關(guān)）一、X射線的產(chǎn)生X射線管同步輻射裝置電子槍電子直線加速器儲存環(huán)實驗站光束線X射線管

2、產(chǎn)生的x射線的特征. 連續(xù)譜產(chǎn)生機(jī)制-軔致輻射：高速運動的電子在原子核電場作用下被減速時產(chǎn)生的輻射。短波極限： 2. 特征譜（標(biāo)識譜）分離的譜線。產(chǎn)生機(jī)制：原子內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生。K,L,M線系不同原子內(nèi)層電子躍遷的能量差不同，產(chǎn)生的光子能量不同。 衍射一般用Cu k1 0.155nm亮度高（第一代比旋轉(zhuǎn)陽極耙特征譜高3個量級，第三代高9個量級）光譜連續(xù)而且范圍很寬（10000.001nm）高度的平行性 （發(fā)散角約為毫弧度）同步輻射的特點一、x射線衍射的基本原理設(shè)x射線源和晶體的距離，以及觀測點和晶體之間的距離都比晶體的線度大得多，則入射線和衍射線都可看成平行光線。不考慮康普頓效應(yīng)，即認(rèn)為電子對

3、x射線的散射是彈性散射，散射前后光子能量不變。設(shè)和為入射線和衍射線的單位矢量，只討論布喇菲格子，取O點為原點，晶體中任一格點的位矢為oAcD倒格子空間衍射方程當(dāng)衍射波波矢與入射波波矢相差為倒格矢的整數(shù)倍時滿足衍射條件.由于所以得：2. 布拉格公式考慮n=1的情形，則圍成一三角形，由于忽略康普頓效應(yīng)，所以因此的垂直平分線必平分與之間的夾角，而晶面族（h1h2h3)與垂直，所以該垂直平分線一定在晶面族（h1h2h3) 內(nèi)，衍射極大的方向恰好就是晶面族（h1h2h3) 的反射方向。當(dāng)衍射線對某一晶面族來說恰為光的反射方向時，此衍射方向就是衍射加強(qiáng)方向。參考晶體樣品晶體探測器計算機(jī)狹縫X光源雙晶衍射實驗裝置金剛石結(jié)構(gòu)結(jié)晶學(xué)原胞中有八個原子，坐標(biāo)為(0,0,0) (1/2,1/2,0) (1/2,0,1/2) (0,1/2,1/2) (1/4,1/4,1/4) (3/4,3/4,1/4) (3/4,1/4,3/4) (1/4,3/4,3/4)散射光強(qiáng)度不為