X射线在NACL中的衍射

1、实验七：X射线在NACL单晶体中的衍射X射线的发现历史：1895年德国科学家在用克鲁克斯管研究阴极射线时，发现了一种人类用眼睛看不到，但可以使得铂氰化钡屏发出荧光的射线，成为X射线，X射线不带电，因此在磁场中不发生偏转，直到1912年劳厄等人发现X射线在晶体中的衍射现象，才证实了X射线本质上是一种波长很短的电磁波，其波长约为10nm到10-2nm之间。由于X射线波长与晶体中原子间的距离是同一数量级，至今它仍然是研究晶体结构的有力结构。1、 实验目的：（1） 了解X射线的产生、特点和应用；（2） 了解X射线管产生连续X射线谱和特征谱的基本原理；（3） 研究X射线在NACL单晶体上的衍射，并通过测

2、量X射线特征谱线的衍射角测定X射线的波长和晶格常数。2、 实验原理1、 X射线的产生和X射线的光谱X射线一般用X光管产生，电子由热阴极发出，经过高压电场加速后，轰击位于阳极的金属靶材，由金属靶材发出X射线，对于不同的电压，同一种金属的谱线不一样，当电压比较低，还不至于使得内层电子跃迁，这时的光谱是连续的，这叫轫致辐射，当电子的能量高到足以使内层电子跃迁，此时的光谱就不连续，这叫特征谱线。（1） 连续光谱连续光谱又叫“白光谱”，包含了从短波段限m的全部波长，其强度随波长变化而连续变化，从短波段开始后达到了一个极大值，随后一直下降趋近于零。（2） 特征光谱阴极电子流达到阳极的金属靶材上，如果能量足

3、够高，原子的内层电子就会跃迁，使得原子处于较高的激发态，内层电子K，L，M层的排列如左图，实验的结果也会产生连续谱线。右上角的图中出现和两条特征谱线，即分别是L、M层的电子向K层跃迁所发出的谱线，由于内部两轨道间的能级差比较大，因此所发出的电磁波的能量较大，所以谱线变化大。2、 X射线在晶体中的衍射由于X射线的波长较短，其波长大致为0.2nm，若想也用光栅来看其衍射效应是非常困难的，因为光栅之间的间距不可能做的这么小，劳厄首先想出用晶体这个天然的光栅来观察其衍射效应，因此证明出X射线也是电磁波的一种，只是其波长很短。当有入射波时，可将晶面看成是镜面，入射波与镜面的夹角为时，容易看出两次反射波的

4、光程差是，即。当它满足公式，n为正整数时，发射干涉。3、 实验步骤1、 钼原子的X特征谱线（1） 将NACL固定在靶台上。（2） 设置工作参数(a) 高压U=30kv，发射电流I=1mA,t=3s,=0.1分别按COUPLE和 limits键设置靶转动的下限为5.5。，上限为8。启动高压，按SCAN键(b) （b）高压U=30kv，发射电流I=1mA,t=6s,=0.1分别按COUPLE和 limits键设置靶转动的下限为2.5。，上限为32.5。启动高压，按SCAN键(3) 记录实验结果4、 实验分析实验一的实验结果此图得出了第一级衍射角谱，由图知K形成的角度为7.2。，k形成的角度为6.4。，经过布拉格公式计算得到：与理论值得差异非常小：边吸收从这张图可以看出谱线被吸收掉，只剩下谱线，说明Zr对谱线有吸收功能实验二的实验结果由此图得到的结论是：（1） X射线在NACL晶体中发生了衍射，因为观察到了衍射“条纹”，三级比较明显，第四级只能看得到一点点。（2） 衍射时有两条特征谱线K、k，其中谱线要比谱线高，原因是谱线是第L层电子跃迁到K层，谱线是第M层电子跃迁到K层，其中第L层