XRD基础知识.ppt

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1、X射线的基础知识第一节X射线的发展史1895年11月，德国物理学家伦琴在实验室里研究阴极射线时，发现靠近阴极射线管的胶片有感光的现象。伦琴夫人的手骨X射线照片1908~1911年，Barkla发现物质被X射线照射时，会产生次级X射线。次级X射线由两部分组成，一部分与初级X射线相同，另一部分与被照射物质组成的元素有关，即每种元素都能发射出各自的X射线（标识谱）。Barkla同时还发现不同元素的X射线吸收谱有不同的吸收限。1912年慕尼黑大学的劳厄将X射线用于CuSO4晶体衍射，证明了X射线是一种电磁波，并提出X射线透过晶体时，可能会产生衍射。从此诞生了X射线晶体衍射学。（1）可见光的衍射现象

2、：光栅常数(a+b)只要与点光源的光波波长为同一数量级，就可产生衍射，衍射花样取决于光栅形状。（2）晶体学家和矿物学家对晶体的认识：晶体是由原子或分子为单位的共振体（偶极子）呈周期排列的空间点阵，各共振体的间距大约是10-8-10-7cm，天然晶体可以看作是光栅常数很小的空间三维衍射光栅。晶体的三维光栅Three-dimensional“diffractiongrating”1912年德国慕尼黑大学的实验物理学教授冯•劳厄用晶体中的衍射拍摄出X射线衍射照片。由于晶体的晶格常数约10nm，与X射线波长接近，衍射现象明显。在照相底片上形成对称分布的若干衍射斑点，称为劳厄斑。劳厄斑晶体cryst

3、al劳厄斑LauespotsX射线X-rayLauespots1912年德国物理学家劳厄想到了这一点，去找普朗克老师，没得到支持后，去找正在攻读博士的索末菲，两次实验后终于做出了X射线的衍射实验。晶体的三维光栅Three-dimensional“diffractiongrating”LauespotsproveswavepropertiesofX-ray.在劳厄等发现X衍射不久，W.L.布拉格(Bragg)父子对劳厄花样进行了深入的研究，提出花样中的各个斑点可认为是由晶体中原子较密集的一些晶面反射而得出的，并导出了著名的布拉格定律。AφφO...C.B布喇格父子(W.H.Bragg,W.L

4、.Bragg)对伦琴射线衍射的研究dACCBd晶格常数（晶面间距）φ掠射角dλ2sinφnδ==光程差:+干涉加强条件（布喇格公式）：d2sinφ=φ在1913年—1914年，莫莱特首先系统地研究了各种元素的标识辐射。结果发现元素的X射线光谱线的频率与原子系数Z之间存在一定的关系，从而建立了莫莱特定律。1913年Ewald提出了倒易点阵概念以及反射球构造方法，并于1921年进一步完善。Moseley于1913年发现入射X射线光子和被照射元素中原子的交互作用能产生荧光X射线，其波长大于入射波。并且这种荧光辐射的波长与靶元素有一定的关系，其规律被称为Moseley定律。20年代初，Compto

5、n发现了X射线的非相干散射现象，现在称为Compton散射、非弹性散射或量子散射，建立了非相干散射理论。与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单X射线的本质X射线的本质是电磁辐射，具有波粒二像性。波动性X射线的波长范围：0.001~10nm（聚合物衍射0.05～0.25nm）表现形式：X射线以一定的频率和波长在空间传播，在传播过程中能发生干涉、衍射现象。粒子性特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；二次电子等。波动性与粒子性的联系式中：h为Plank常数，h=6.626×10-34J·s；ν为X射线频率（s-1）

6、；c为X射线速度，近似为3.0×1010cm·s-1X射线与可见光的区别:（1）具有很强的穿透能力，可以穿过黑纸及许多对于可见光不透明的物质。（2）折射率几乎等于1。X射线穿过不同媒质时几乎不折射、不反射，仍可视为直线传播。所以无X光透镜或X光显微镜。（3）可以使照相底片感光。在通过一些物质时，使物质原子中的外层电子发生跃迁产生可见光；通过气体时，X射线光子与气体原子发生碰撞，使气体电离。（4）通过晶体时发生衍射。晶体起衍射光栅作用，因而X射线研究晶体内部结构。X射线光子能量的大小决定的是X射线的穿透能力等性质，而不是X射线的强度。一定频率的X射线，其强度大小取决于单位时间内通过单位截面的

7、光子数目。如果试样具有周期性结构（晶区），则X射线被相干散射，入射光与散射光之间没有波长的改变，这种过程称为X射线衍射效应，若在大角度上测定，则称之为广角X射线衍射（WideAngleX-rayDiffraction，WAXD）。如果试样是具有不同电子密度的非周期性结构（晶区和非晶区），则X射线被不相干散射，有波长的改变，这种过程称为漫射X射线衍射效应（简称散射），若在小角度上测定，则称之为小角X射线散射（SmallAn