实验3X射线衍射晶体结构分析报告.doc

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1、近代物理实验报告X射线衍射晶体结构分析学院数理与信息工程学院班级光信081班姓名陈亮学号时间2011年04月30日X射线衍射晶体结构分析班级：光信081姓名：陈亮学号：摘要：本实验通过采用与X射线波长数量级接近的物质即晶体这个天然的光栅来作狭缝，从而研究X射线衍射。由布拉格公式以及实验中采用的NaCl晶体的结构特点即可在知道晶格常数条件下测量计算出X射线的波长。也可用它来测定各种晶体的晶格结构。关键词：X射线衍射晶体结构引言：X射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。波长小于0

2、.1埃的称超硬X射线，在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线。伦琴射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。实验室中X射线由X射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。用几万伏至几十万伏的

3、高压加速电子，电子束轰击靶极，X射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须用水冷却，有时还将靶极设计成转动式的。本实验通过对X射线衍射实验的研究来进一步认识其性质。正文：一、实验原理：由于X光的波长与一般物质中原子的间距同数量级，因此X光成为研究物质微观结构的有力工具。当X光射入原子有序排列的晶体时，会发生类似于可见光入射到光栅时的衍射现象。1913年英国科学家布拉格父子（W.H.Bragg和W.L.Bragg）证明了X光在晶体上衍射的基本规律为(如图2所示)：2dsinθ=nλ(1)其中，d是晶体的晶面间距，即相邻晶面之间的距

4、离，θ是衍射光的方向与晶面的夹角，λ是X光的波长，n是一个整数，为衍射级次，（1）式称为布拉格公式。图2X光在晶格上的衍射根据布拉格公式，既可以利用已知的晶体（d已知）通过测量θ角来研究未知X光的波长，也可以利用已知的X光（λ已知）来测量未知晶体的晶面间距。本实验利用已知钼的X光特征谱线来测量氯化钠（NaCl）晶体的晶面间距。二、实验仪器：三、实验内容1研究X射线的衰减与吸收体厚度的关系（1）直准器前没安装锆滤片（Zr）a． 设置X光管的高压U=21KV，电流I=0.05mA，角步幅，测量时间。b． 按TARGET键，用ADJUST旋钮，

5、使靶的角度为（每转动吸收体厚度增加0.5mm）。c． 按SCAN键进行自动扫描。d． 扫描完毕后，按REPLAY键，读取数据。e． 按TARGET键，用ADJUST旋钮，使靶的角度依次为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°，进行实验。f． 记录数据。（2） 直准器前安装锆滤片（Zr）a． 按ZERO键，使测角器归零b． 设置X光管的高压U=21KV，电流I=0.15mA，角步幅，测量时间。c． 按TARGET键，用ADJUST旋钮，使靶的角度依次为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°，进行实验。d． 按SC

6、AN键进行自动扫描。e． 扫描完毕后，按REPLAY键，读取数据。2． 研究X射线的衰减与吸收体物质（Z）的关系（1）直准器前没安装锆滤片（Zr）a. 按ZERO键，使测角器归零b. 设置X光管的高压U=30KV，电流I=0.02mA，角步幅，测量时间。c. 按TARGET键，用ADJUST旋钮，使靶的角度依次为0°、10°、20°。（每转动约吸收体物质发生改变）。d. 按SCAN键进行自动扫描。e. 扫描完毕后，按REPLAY键，读取数据。f. 设置X光管的高压U=30KV，电流I=1.00mA，角步幅，测量时间。g. 按TARGET键

7、，用ADJUST旋钮，使靶的角度依次为30°、40°、50°、60°h. 按SCAN键进行自动扫描。i. 扫描完毕后，按REPLAY键，读取数据。3．X射线在NaCl晶体中的衍射将NaCl单晶固定在靶台上，启动软件“X-rayApparatus”按F4键清屏；设置X光管的高压U=35.0KV，电流I=1.00mA测量时间△t=6s，角步幅△β=0.1o，按COUPLED键，再按β键，设置下限角为4.0°,上限角为24°；按SCAN键进行自动扫描；扫描完毕后，按F2键存储文件。记录数据中出现的计数率的峰值时β的角度。4．已知晶体的晶格常数a

8、o=564.02pm，测定X射线的波长。四、数据处理1、x-ray和吸收体厚度的关系角度/度数据/s0°3.96/s10°2.24/s20°1.25/s30°0.89/s40°0.62/s50