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第一章 X射线物理基础 伟大的物理学家,X射线发明者------伦琴 绪 论 1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线 1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质 1901年伦琴获诺贝尔奖 1912年劳埃进行了晶体的X射线衍射实验 1. 布拉格定律 (1)布拉格方程的导出 布拉格方程的导出 布拉格方程的导出 （2）导出布拉格方程的前提 考虑到： （1）晶体结构的周期性，可将晶体视为由许多相互平行且晶面间距（d）相等的原子面组成； （2）X射线具有穿透性，可照射到晶体的各个原子面上； （3）光源及记录装置至样品的距离比d 数量级大得多，故入射线与反射线均可视为平行光。 布拉格将X射线的“选择反射”解释为： 入射的平行光照射到晶体中各平行原子面上，各原子面各自产生的相互平行的反射线间的干涉作用导致了“选择反射”的结果。 （3）衍射和反射的相似之处 入射束、反射面法线、反射束均处于同一平面上； 入射角等于反射角。 （4）衍射和反射的区别 （i）被晶体衍射的X射线是由入射线在晶体中所经过路程上的所有原子散射干涉的结果，而可见光的反射是在极表层上产生的，可见光反射仅发生在两种介质的界面上； （ii）单色X射线的衍射只在满足布拉格定律的若干个特殊角度上产生（选择衍射），而可见光的反射可以在任意角度产生； （iii）可见光在良好的镜面上反射，其效率可以接近100%，而X射线衍射线的强度比起入射线强度却微乎其微。 还需注意的是X射线的反射角不同于可见光反射角，X射线的入射线与反射线的夹角永远是2θ。 2.X射线衍射分析的本质 它反映出的信息是大量原子散射行为的统计结果，此结果与材料的宏观性能有良好的对应关系。它的不足之处是它不可能给出结构内实际存在的微观成分和结构的不均匀性的资料，且不能分析微区的形貌，化学成分以及元素离子的存在状态。 3. 布拉格方程的讨论 (1) 布拉格方程描述了“选择反射”的规律。产生“选择反射”的方向是各原子面反射线干涉一致加强的方向，即满足市拉格方程的方向； (2) 布拉格方程表达了反射线空间方位(?)与反射晶面面间距(d)及人射线方位(?)和波长(?)的相互关系； (3) 入射线照射各原子面产生的反射线实质是各原子面产生的反射方向上的相干散射线。而被接收记录的样品反射线实质是各原子面反射方向上散射线干涉一致加强的结果，即衍射线； (4) 布拉格方程由各原子面散射线干涉条件导出，即视原子面为散射基元，原子面散射是该原子面上各原子散射相互干涉(叠加)的结果。 布拉格方程的讨论 (5) 衍射产生的必要条件 “选择反射”即反射定律＋布拉格方程是衍射产生的必要条件。 ①布拉格方程由原子面反射方向上散射线的干涉(一致)加强条件导出，而各原子面非反射方向上散射线是否可能因干涉(部分)加强从而产生衍射线呢? ②“选择反射”作为衍射的必要条件，意味着即使满足“选择反射”条件的方向上也不一定有反射线。 由于sin? ? 1， 所以n?/2d = sin? ? 1, 即n? ? 2d，对于衍射而言，n的最小值为1，所以在任何可观测的衍射角度下，产生衍射的条件为：? ? 2d。这就是说，能够被晶体衍射的电磁波的波长必须小于参加反射的晶面的最小面间距的2倍。同理，必然有d ? ?/2，即：只有那些晶面间距大于入射X射线波长一半的晶面才能发生衍射。 4. X射线最早的应用 在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务 右图是纪念伦琴发现X射线100周年发行的纪念封 5. X射线的性质 人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明的物体，还能使荧光物质发出荧光。 X射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。 X射线对动物有机体（其中包括对人体）能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物细胞。 6. X射线的本质 X射线具有波粒二相性 7. X射线的产生及X射线管 X射线的产生： X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。 X射线产生的条件 1）产生自由电子； 2）使自由电子作定向高速运动； 3）在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。 X射线管的结构为： X射线管 （1） 阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。 （2）?阳极——靶，使电子突然减速并发出X射线。 （3）?窗口——X射线出射通道。既能让X射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成3-6°的斜角，以减少靶面对出射X射线的阻碍。 X射线管 （4）高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为热而散发了。所以靶材料要导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此