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X射线衍射原理及应用介绍

摘要：本文章表述了X射线衍射仪原理及应用，为的是更好点的运用X射线衍射仪，学以致用。也

可以运用到相关的仪器上。

关键词：X射线检测仪；X射线；晶体

作者简介：迟娅楠（1988-），女，黑龙江省伊春市人，08级物理与电气信息工程学院学生

0引言

X射线检测仪是利用X射线的穿透能力，在工业上一般用于检测一些眼睛所

看不到的物品内部伤，断，或电路的短路等。比如说检测多层基板内部电路有无

短路，X射线可心穿透基板的表面看到基板的内部电路，在X射线发生器对面有

个数据接收器，自动的将接收到的辐射转换成电信号并传到扩张板中，并在电脑

[1]

中转换成特定的信号，通过专用的软件将图像在显示器中显示出来。

1X射线衍射原理

特征X射线及其衍射X射线是一种波长很短(约为20～0.06nm)的电磁波，

能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。在用

电子束轰击金属“靶”产生的X射线中,包含与靶中各种元素对应的具有特定波

长的X射线，称为特征（或标识）X射线。考虑到X射线的波长和晶体内部原子

间的距离(10^(-8)cm)相近，1912年德国物理学家劳厄(M.vonLaue)提出一个重

要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束X射线通过晶体

时将会发生衍射；衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上增强、而在其它

方向上减弱；分析在照相底片上获得的衍射花样，便可确定晶体结构。这一预见

随后为实验所验证。1913年英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在

劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶

体衍射基础的著名公式——布拉格定律：

dn⑴

2sin

[2]

λ为X射线的波长，衍射的级数n为任何正整数。

当X射线以掠角θ(入射角的余角，又称为布拉格角)入射到某一具有d点

阵平面间距的原子面上时,在满足布拉格方程时，会在反射方向上获得一组因叠

加而加强的衍射线。

X射线衍射仪电路图

2X射线衍射仪的应用

当X射线波长λ已知时(选用固定波长的特征X射线)，采用细粉末或细粒

多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中，从每一θ角符合布拉格条件的

反射面得到反射。测出θ后，利用布拉格公式即可确定点阵平面间距d、晶胞

大小和晶胞类型;

利用X射线结构分析中的粉末法或德拜-谢乐(Debye—Scherrer)法的理论基

础，测定衍射线的强度,就可进一步确定晶胞内原子的排布。

而在测定单晶取向的劳厄法中所用单晶样品保持固定不变动（即θ不变）,

以辐射线束的波长λ作为变量来保证晶体中一切晶面都满足布拉格条件,故选

用连续X射线束。再把结构已知晶体（称为分析晶体）用来作测定，则在获得其

衍射线方向θ后,便可计算X射线的波长λ，从而判定产生特征X射线的元素。

这便是X射线谱术,可用于分析金属和合金的成分。

X射线衍射现象发现后，很快被用于研究金属和合金的晶体结构，出现了许

多具有重大意义的结果。如韦斯特格伦（A.Westgren）(1922年)证明α、β和

δ铁都是体心立方结构，β-Fe并不是一种新相;而铁中的α—→γ相转变实质

上是由体心立方晶体转变为面心立方晶体，从而最终否定了β-Fe硬化理论。随

后,在用X射线测定众多金属和合金的晶体结构的同时，在相图测定以及在固态

相变和范性形变研究等领域中均取得了丰硕的成果。如对超点阵结构的发现，推

动了对合金中有序无序转变的研究；对马氏体相变晶体学的测定，确定了马氏体

和奥氏体的取向关系；对铝铜合金脱溶的研究等等。目前X射线衍射(包括X射

线散射)已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法。

在金属中的主要应用有以下方面：

（1）物