第一章X射线衍射基础优秀PPT.ppt

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1、引言n n18951895年年年年1111月月月月5 5日，德国物理学家伦琴在探讨阴极射线时，发觉了日，德国物理学家伦琴在探讨阴极射线时，发觉了日，德国物理学家伦琴在探讨阴极射线时，发觉了日，德国物理学家伦琴在探讨阴极射线时，发觉了X X射线。射线。射线。射线。n n19121912年，德国物理学家劳厄等人发觉了年，德国物理学家劳厄等人发觉了年，德国物理学家劳厄等人发觉了年，德国物理学家劳厄等人发觉了X X射线在胆矾晶体中的衍射射线在胆矾晶体中的衍射射线在胆矾晶体中的衍射射线在胆矾晶体中的衍射现象，一方面确认了现象，一方面确认了现象，一方面确认了现象，一方面确认了X X射线是一种电磁波，另一方

2、面又为射线是一种电磁波，另一方面又为射线是一种电磁波，另一方面又为射线是一种电磁波，另一方面又为X X射线探射线探射线探射线探讨晶体材料开拓了道路。讨晶体材料开拓了道路。讨晶体材料开拓了道路。讨晶体材料开拓了道路。n n同年，英国物理学家布拉格父子首次利用同年，英国物理学家布拉格父子首次利用同年，英国物理学家布拉格父子首次利用同年，英国物理学家布拉格父子首次利用X X射线衍射方法测定了射线衍射方法测定了射线衍射方法测定了射线衍射方法测定了NaClNaCl晶体的结构，开创了晶体的结构，开创了晶体的结构，开创了晶体的结构，开创了X X射线晶体结构分析的历史。射线晶体结构分析的历史。射线晶体结构分析

3、的历史。射线晶体结构分析的历史。n nX X射线在近代科学和工艺上的应用主要有以下三个方面：射线在近代科学和工艺上的应用主要有以下三个方面：射线在近代科学和工艺上的应用主要有以下三个方面：射线在近代科学和工艺上的应用主要有以下三个方面：1.X1.X射线射线射线射线透视技术。透视技术。透视技术。透视技术。2.X2.X射线光谱技术。射线光谱技术。射线光谱技术。射线光谱技术。3.X3.X射线衍射技术。射线衍射技术。射线衍射技术。射线衍射技术。n n利用利用利用利用X X射线通过晶体时会发生衍射效应这一特性来确定结晶物质射线通过晶体时会发生衍射效应这一特性来确定结晶物质射线通过晶体时会发生衍射效应这一

4、特性来确定结晶物质射线通过晶体时会发生衍射效应这一特性来确定结晶物质的物相的方法，称为的物相的方法，称为的物相的方法，称为的物相的方法，称为X X射线物相分析法。射线物相分析法。射线物相分析法。射线物相分析法。n n目前，目前，目前，目前，X X射线物相分析法作为鉴别物相的一种有效的手段，已在射线物相分析法作为鉴别物相的一种有效的手段，已在射线物相分析法作为鉴别物相的一种有效的手段，已在射线物相分析法作为鉴别物相的一种有效的手段，已在地质、建材、土壤、冶金、石油、化工、高分子物质、药物、纺地质、建材、土壤、冶金、石油、化工、高分子物质、药物、纺地质、建材、土壤、冶金、石油、化工、高分子物质、药

5、物、纺地质、建材、土壤、冶金、石油、化工、高分子物质、药物、纺织、食品等很多领域中得到了广泛的应用。织、食品等很多领域中得到了广泛的应用。织、食品等很多领域中得到了广泛的应用。织、食品等很多领域中得到了广泛的应用。1.2 X射线物理基础n nX X射线的本质射线的本质射线的本质射线的本质n nX X射线从本质上说，和无线电波、可见光、射线从本质上说，和无线电波、可见光、射线从本质上说，和无线电波、可见光、射线从本质上说，和无线电波、可见光、射线一样，也射线一样，也射线一样，也射线一样，也是一种电磁波，其波长范围在是一种电磁波，其波长范围在是一种电磁波，其波长范围在是一种电磁波，其波长范围在0.

6、011000.01100埃之间，介于紫外埃之间，介于紫外埃之间，介于紫外埃之间，介于紫外线和线和线和线和 射线之间，但没有明显的界限。射线之间，但没有明显的界限。射线之间，但没有明显的界限。射线之间，但没有明显的界限。nm m mm cm m km波长波长（）（）射线射线可见光可见光微波微波无线电波无线电波UVIR射线射线n nX X射线管有多种不同的类型，目前小功率的都运用封闭射线管有多种不同的类型，目前小功率的都运用封闭射线管有多种不同的类型，目前小功率的都运用封闭射线管有多种不同的类型，目前小功率的都运用封闭式电子式电子式电子式电子X X射线管，而大功率射线管，而大功率射线管，而大功率射

7、线管，而大功率X X射线机则运用旋转阳极靶射线机则运用旋转阳极靶射线机则运用旋转阳极靶射线机则运用旋转阳极靶的的的的X X射线管。射线管。射线管。射线管。-X射线的产生射线的产生n nX X X X射线产生的条件射线产生的条件射线产生的条件射线产生的条件n n能够供应足够供衍射试验运用的能够供应足够供衍射试验运用的能够供应足够供衍射试验运用的能够供应足够供衍射试验运用的X X X X射线，目前都是以阴极射线，目前都是以阴极射线，目前都是以阴极射线，目前都是以阴极射线（即高速度的电子流轰击金属靶）的方式获得的，射线（即高速度的电子流轰击金属靶）的方式获得的，射线（即高速度的电子流轰击金属靶）的方

8、式获得的，射线（即高速度的电子流轰击金属靶）的方式获得的，所以要获得所以要获得所以要获得所以要获得X X X X射线必需具备如下条件：射线必需具备如下条件：射线必需具备如下条件：射线必需具备如下条件：n n第一，产生自由电子的电子源，加热钨丝放射热电子。第一，产生自由电子的电子源，加热钨丝放射热电子。第一，产生自由电子的电子源，加热钨丝放射热电子。第一，产生自由电子的电子源，加热钨丝放射热电子。n n其次，设置自由电子撞击的靶子，如阳极靶，用以产生其次，设置自由电子撞击的靶子，如阳极靶，用以产生其次，设置自由电子撞击的靶子，如阳极靶，用以产生其次，设置自由电子撞击的靶子，如阳极靶，用以产生X

9、X X X射线。射线。射线。射线。n n第三，施加在阴极和阳极间的高电压，用以加速自由电第三，施加在阴极和阳极间的高电压，用以加速自由电第三，施加在阴极和阳极间的高电压，用以加速自由电第三，施加在阴极和阳极间的高电压，用以加速自由电子朝阳极靶方向加速运动，如高压发生器。子朝阳极靶方向加速运动，如高压发生器。子朝阳极靶方向加速运动，如高压发生器。子朝阳极靶方向加速运动，如高压发生器。n n第四，将阴阳极封闭于小于第四，将阴阳极封闭于小于第四，将阴阳极封闭于小于第四，将阴阳极封闭于小于133.3133.3133.3133.3 10-6Pa10-6Pa10-6Pa10-6Pa的高真空中，的高真空中，

10、的高真空中，的高真空中，保持两极纯净，促使加速电子无阻挡地撞击到阳极靶上。保持两极纯净，促使加速电子无阻挡地撞击到阳极靶上。保持两极纯净，促使加速电子无阻挡地撞击到阳极靶上。保持两极纯净，促使加速电子无阻挡地撞击到阳极靶上。X X X X射线管是产生射线管是产生射线管是产生射线管是产生X X X X射线的源泉，高压发生器及其附加设备射线的源泉，高压发生器及其附加设备射线的源泉，高压发生器及其附加设备射线的源泉，高压发生器及其附加设备给给给给X X X X射线管供应稳定的光源，并可依据须要敏捷调整管压射线管供应稳定的光源，并可依据须要敏捷调整管压射线管供应稳定的光源，并可依据须要敏捷调整管压射线

11、管供应稳定的光源，并可依据须要敏捷调整管压和管流。和管流。和管流。和管流。1.2.3 X射线产生的条件1.2.4 X射线谱n nX X X X射射射射线线线线谱谱谱谱指指指指的的的的是是是是X X X X射射射射线线线线强强强强度度度度I I I I随随随随波波波波长长长长变变变变更更更更的的的的关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线。X X X X射射射射线线线线的的的的强强强强度度度度大大大大小小小小确确确确定定定定于于于于单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内通通通通过过过过与与与与X X X X射射射射线线线线传传传传播播播播方方方方向向向向垂垂垂垂直直直直的的的的单单单单位位位位面面面面

12、积积积积上上上上的的的的光量子数。光量子数。光量子数。光量子数。n n1.1.1.1.连连连连续续续续X X X X射射射射线线线线谱谱谱谱n n连连连连续续续续X X X X射射射射线线线线谱谱谱谱是是是是由由由由某某某某一一一一短短短短波波波波限限限限起起起起先先先先的的的的一一一一系系系系列列列列连连连连续续续续波波波波长长长长组组组组成成成成。它它它它具具具具有有有有如如如如下下下下的的的的规规规规律律律律和和和和特特特特点：点：点：点：n n（1 1 1 1）、当当当当增增增增加加加加X X X X射射射射线线线线管管管管压压压压时时时时，各各各各波波波波长长长长射射射射线线线线的的

13、的的相相相相对对对对强强强强度度度度一一一一样样样样增增增增高高高高，最最最最大大大大强强强强度度度度波波波波长长长长mmmm和和和和短波限短波限短波限短波限0000变小。变小。变小。变小。n n（2 2 2 2）、当当当当管管管管压压压压保保保保持持持持不不不不变变变变，增增增增加加加加管管管管流流流流时时时时，各各各各种种种种波波波波长长长长的的的的X X X X射射射射线线线线相相相相对对对对强强强强度度度度一一一一样样样样增增增增高高高高，但但但但mmmm和和和和0000数值大小不变。数值大小不变。数值大小不变。数值大小不变。n n（3 3 3 3）、当当当当变变变变更更更更阳阳阳阳极

14、极极极靶靶靶靶元元元元素素素素时时时时，各各各各种种种种波波波波长长长长的的的的相相相相对对对对强强强强度度度度随随随随元元元元素素素素的的的的原原原原子子子子序序序序数数数数的的的的增增增增加加加加而而而而增增增增加。加。加。加。n n2.2.2.2.特征特征特征特征X X X X射线谱射线谱射线谱射线谱n n特特特特征征征征X X X X射射射射线线线线具具具具有有有有特特特特定定定定的的的的波波波波长长长长，且且且且波波波波长长长长取取取取决决决决于于于于阳阳阳阳极极极极靶靶靶靶元元元元素素素素的的的的原原原原子子子子序序序序数数数数，只只只只有有有有当当当当管管管管压压压压超超超超过过

15、过过某某某某一一一一特特特特定定定定值值值值时时时时才才才才能能能能产产产产生生生生特特特特征征征征X X X X射射射射线线线线。特特特特征征征征X X X X射射射射线谱是叠加在连续线谱是叠加在连续线谱是叠加在连续线谱是叠加在连续X X X X射线谱上的。射线谱上的。射线谱上的。射线谱上的。n n特特特特征征征征X X X X射射射射线线线线的的的的产产产产生生生生可可可可以以以以从从从从原原原原子子子子结结结结构的观点得到说明。构的观点得到说明。构的观点得到说明。构的观点得到说明。n n特特特特征征征征X X X X射射射射线线线线的的的的相相相相对对对对强强强强度度度度是是是是由由由由

16、各各各各能能能能级级级级间间间间的的的的跃跃跃跃迁迁迁迁几几几几率率率率确确确确定定定定的的的的，另另另另外外外外还还还还与与与与跃跃跃跃迁迁迁迁前前前前原原原原来来来来壳壳壳壳层层层层上上上上的的的的电电电电子子子子数数数数多多多多少有关。少有关。少有关。少有关。n n特特特特征征征征X X X X射射射射线线线线的的的的确确确确定定定定强强强强度度度度随随随随X X X X射射射射线线线线管管管管电压、管电流的增大而增大。电压、管电流的增大而增大。电压、管电流的增大而增大。电压、管电流的增大而增大。n n特特特特征征征征X X X X射射射射线线线线产产产产生生生生的的的的根根根根本本本本

17、缘缘缘缘由由由由是是是是原原原原子内层电子的跃迁子内层电子的跃迁子内层电子的跃迁子内层电子的跃迁X射线与物质的相互作用 n n 当当当当X X X X射射射射线线线线照照照照射射射射到到到到物物物物体体体体上上上上时时时时，一一一一部部部部分分分分光光光光子子子子由由由由于于于于和和和和原原原原子子子子碰碰碰碰撞撞撞撞而而而而变变变变更更更更了了了了前前前前进进进进的的的的方方方方向向向向，造造造造成成成成散散散散射射射射线线线线，另另另另一一一一部部部部分分分分光光光光子子子子可可可可能能能能被被被被原原原原子子子子吸吸吸吸取取取取，产产产产生生生生光光光光电电电电效效效效应应应应，再再再再

18、有有有有部部部部分分分分光光光光子子子子的的的的能能能能量量量量可可可可能能能能在在在在与与与与原原原原子子子子碰撞过程中传递给了原子，成为热振动能量。碰撞过程中传递给了原子，成为热振动能量。碰撞过程中传递给了原子，成为热振动能量。碰撞过程中传递给了原子，成为热振动能量。n n1.1.1.1.相干散射相干散射相干散射相干散射n n2.2.2.2.非相干散射非相干散射非相干散射非相干散射n n3.3.3.3.二次特征辐射（荧光辐射）二次特征辐射（荧光辐射）二次特征辐射（荧光辐射）二次特征辐射（荧光辐射）n n 真吸取真吸取真吸取真吸取n n 俄歇效应俄歇效应俄歇效应俄歇效应n n 光电效应光电效

19、应光电效应光电效应n n X射线与物质的相互作用 n n4.X4.X4.X4.X射线的衰减射线的衰减射线的衰减射线的衰减n n当当当当X X X X射射射射线线线线穿穿穿穿过过过过物物物物质质质质时时时时，由由由由于于于于受受受受到到到到散散散散射射射射，光光光光电电电电效效效效应应应应等等等等的的的的影影影影响响响响，强强强强度度度度会减弱，这种现象称为会减弱，这种现象称为会减弱，这种现象称为会减弱，这种现象称为X X X X射线的衰减。射线的衰减。射线的衰减。射线的衰减。n n当当当当X X X X射射射射线线线线穿穿穿穿过过过过物物物物体体体体时时时时，其其其其强强强强度度度度是是是是按

20、按按按指指指指数数数数规规规规律律律律下下下下降降降降的的的的。若若若若以以以以I0I0I0I0表表表表示示示示入入入入射射射射到到到到物物物物体体体体上上上上的的的的入入入入射射射射线线线线束束束束的的的的原原原原始始始始强强强强度度度度，而而而而以以以以I I I I表表表表示示示示穿穿穿穿过过过过厚厚厚厚度度度度为为为为x x x x的匀质物体后的强度，则有：的匀质物体后的强度，则有：的匀质物体后的强度，则有：的匀质物体后的强度，则有：n nI=I0e-lxI=I0e-lxI=I0e-lxI=I0e-lxn n式式式式中中中中llll称称称称之之之之为为为为线线线线吸吸吸吸取取取取系系系

21、系数数数数，它它它它相相相相应应应应于于于于单单单单位位位位厚厚厚厚度度度度的的的的该该该该种种种种物物物物体体体体对对对对X X X X射射射射线线线线的的的的吸吸吸吸取取取取，对对对对于于于于确确确确定定定定波波波波长长长长的的的的X X X X射射射射线线线线和和和和确确确确定定定定的的的的吸吸吸吸取取取取体体体体而而而而言言言言为为为为常常常常数数数数。但但但但它它它它与与与与吸吸吸吸取取取取体体体体的的的的原原原原子子子子序序序序数数数数Z Z Z Z、吸吸吸吸取取取取体体体体的的的的密密密密度度度度及及及及X X X X射射射射线线线线波波波波长长长长有有有有关关关关，试验证明，试

22、验证明，试验证明，试验证明，llll与吸取体的密度与吸取体的密度与吸取体的密度与吸取体的密度成正比，即：成正比，即：成正比，即：成正比，即：n nl=ml=ml=ml=mn n这这这这里里里里mmmm称称称称为为为为质质质质量量量量吸吸吸吸取取取取系系系系数数数数，它它它它只只只只与与与与吸吸吸吸取取取取体体体体的的的的原原原原子子子子序序序序数数数数Z Z Z Z以以以以及及及及X X X X射射射射线波长有关，而与吸取体的密度无关，所以有：线波长有关，而与吸取体的密度无关，所以有：线波长有关，而与吸取体的密度无关，所以有：线波长有关，而与吸取体的密度无关，所以有：n nI=I0e-mxI=

23、I0e-mxI=I0e-mxI=I0e-mx吸吸取取限限的的存存在在事事实实上上与与光光电电效效应应有关。有关。利利用用吸吸取取限限两两边边吸吸取取系系数数相相差差特特别悬殊的特点，可制作滤波片。别悬殊的特点，可制作滤波片。假假如如选选用用适适当当的的材材料料，使使其其K K 吸吸取取限限波波长长kk正正好好位位于于所所用用的的KK与与KK线线的的波波长长之之间间，则则当当将将此此材材料料制制成成薄薄片片放放入入原原X X射射线线束束中中时时，它它对对KK线线及及连连续续谱谱这这些些不不利利成成分分的的吸吸取取将将很很大大，从从而而将将它它们们大大部部分分去去掉掉，而而对对KK线线的的吸吸取取

24、却却很很小小，最终得到的就基本上是单色光了。最终得到的就基本上是单色光了。m3 3Z Z3 3X射线的探测与防护 n n1.1.1.1.探测探测探测探测n n荧光屏法荧光屏法荧光屏法荧光屏法n n照相法照相法照相法照相法n n电离法电离法电离法电离法n n2.2.2.2.防护防护防护防护X射线衍射原理 n n假假假假如如如如让让让让一一一一束束束束连连连连续续续续X X X X射射射射线线线线照照照照射射射射到到到到一一一一薄薄薄薄片片片片晶晶晶晶体体体体上上上上，而而而而在在在在晶晶晶晶体体体体后后后后面面面面放放放放一一一一黑黑黑黑纸纸纸纸包包包包着着着着的的的的照照照照相相相相底底底底片

25、片片片来来来来探探探探测测测测X X X X射射射射线线线线，则则则则将将将将底底底底片片片片显显显显影影影影定定定定影影影影以以以以后后后后，我我我我们们们们可可可可看看看看到到到到除除除除了了了了连连连连续续续续的的的的背背背背景景景景和和和和透透透透射射射射光光光光束束束束造造造造成成成成的的的的斑斑斑斑点点点点外外外外，还还还还可可可可以以以以发发发发觉觉觉觉有有有有很很很很多多多多其其其其它它它它斑点存在。斑点存在。斑点存在。斑点存在。n n本本本本节节节节的的的的主主主主要要要要内内内内容容容容是是是是由由由由波波波波的的的的干干干干涉涉涉涉加加加加强强强强的的的的条条条条件件件件

26、动动动动身身身身，推推推推导导导导出出出出衍衍衍衍射射射射线线线线的的的的方方方方向向向向与与与与点点点点阵阵阵阵参参参参数数数数、点点点点阵阵阵阵相相相相对对对对于于于于入入入入射射射射线线线线的的的的方方方方位位位位及及及及X X X X射射射射线线线线波波波波长长长长之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系，这种关系具体表现为劳厄方程式和布拉格方程式。这种关系具体表现为劳厄方程式和布拉格方程式。这种关系具体表现为劳厄方程式和布拉格方程式。这种关系具体表现为劳厄方程式和布拉格方程式。n n一、一、一、一、劳厄方程式劳厄方程式劳厄方程式劳厄方程式n n为为为为了了了了求求求求出出出出X X

27、X X射射射射线线线线在在在在晶晶晶晶体体体体中中中中的的的的衍衍衍衍射射射射方方方方向向向向，我我我我们们们们先先先先求求求求出出出出一一一一条条条条行行行行列列列列对对对对X X X X射射射射线线线线的的的的衍衍衍衍射射射射所遵循的方程式，设有一条行列所遵循的方程式，设有一条行列所遵循的方程式，设有一条行列所遵循的方程式，设有一条行列I-II-II-II-I：n n图图图图中中中中之之之之点点点点皆皆皆皆代代代代表表表表晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构中中中中相相相相当当当当的的的的质质质质点点点点的的的的中中中中心心心心，其其其其结结结结点点点点间间间间距距距距为为为为a a a a，

28、入入入入射射射射X X X X射射射射线线线线S0S0S0S0与与与与此此此此行行行行列列列列的的的的交交交交角角角角为为为为 0 0 0 0，波波波波长长长长为为为为，假假假假定定定定在在在在S1S1S1S1方方方方向向向向有有有有衍衍衍衍射射射射线线线线，它它它它与与与与行行行行列列列列的交角为的交角为的交角为的交角为 h h h h。n n由由由由相相相相邻邻邻邻原原原原子子子子所所所所射射射射出出出出的的的的次次次次生生生生X X X X射射射射线线线线在在在在S1S1S1S1方方方方向向向向上上上上有有有有一一一一段段段段行行行行程程程程差差差差（），这这这这段段段段行行行行程程程程

29、差可以这样求出：由差可以这样求出：由差可以这样求出：由差可以这样求出：由A A A A、B B B B引引引引ACACACAC、BDBDBDBD两线分别垂直于两线分别垂直于两线分别垂直于两线分别垂直于BCBCBCBC、ADADADAD，则：，则：，则：，则：n n=AD-CB=ABcos=AD-CB=ABcos=AD-CB=ABcos=AD-CB=ABcos h-ABcosh-ABcosh-ABcosh-ABcos 0=a(cos0=a(cos0=a(cos0=a(cos h-cosh-cosh-cosh-cos 0)=H0)=H0)=H0)=Hn n由由由由以以以以前前前前可可可可知知知知：

30、只只只只有有有有当当当当行行行行程程程程差差差差等等等等于于于于波波波波长长长长的的的的整整整整数数数数倍倍倍倍时时时时相相相相邻邻邻邻原原原原子子子子所所所所放放放放射射射射出出出出的的的的次次次次生生生生X X X X射线才因干涉而加强，从而产生衍射线，射线才因干涉而加强，从而产生衍射线，射线才因干涉而加强，从而产生衍射线，射线才因干涉而加强，从而产生衍射线，n ncoscoscoscos h=Hh=Hh=Hh=H/a+cos/a+cos/a+cos/a+cos 0 0 0 0n n也就是说在三维方向上，衍射线的方向应符合以下方程式：也就是说在三维方向上，衍射线的方向应符合以下方程式：也就

31、是说在三维方向上，衍射线的方向应符合以下方程式：也就是说在三维方向上，衍射线的方向应符合以下方程式：n n=a(cos=a(cos=a(cos=a(cos h-cosh-cosh-cosh-cos 0)=h 0)=h 0)=h 0)=h n nb(cosb(cosb(cosb(cos k-cosk-cosk-cosk-cos 0)=k0)=k0)=k0)=kn nc(cosc(cosc(cosc(cos l-cosl-cosl-cosl-cos 0)=l0)=l0)=l0)=l布拉格方程式n n应用劳厄方程虽可以确定衍射线方向，但计算麻烦，很不便利，应用劳厄方程虽可以确定衍射线方向，但计算麻烦

32、，很不便利，应用劳厄方程虽可以确定衍射线方向，但计算麻烦，很不便利，应用劳厄方程虽可以确定衍射线方向，但计算麻烦，很不便利，1912191219121912年年年年英国物理学家布拉格父子导出了一个确定衍射线方向的形式简洁、运用英国物理学家布拉格父子导出了一个确定衍射线方向的形式简洁、运用英国物理学家布拉格父子导出了一个确定衍射线方向的形式简洁、运用英国物理学家布拉格父子导出了一个确定衍射线方向的形式简洁、运用便利的公式，常称为布拉格公式。便利的公式，常称为布拉格公式。便利的公式，常称为布拉格公式。便利的公式，常称为布拉格公式。n n晶体是由很多平行等距的原子面层层叠合而成的。例如：可以认为晶体

33、晶体是由很多平行等距的原子面层层叠合而成的。例如：可以认为晶体晶体是由很多平行等距的原子面层层叠合而成的。例如：可以认为晶体晶体是由很多平行等距的原子面层层叠合而成的。例如：可以认为晶体是由晶面指数（是由晶面指数（是由晶面指数（是由晶面指数（hkl)hkl)hkl)hkl)的晶面堆垛而成的，晶面之间的距离为的晶面堆垛而成的，晶面之间的距离为的晶面堆垛而成的，晶面之间的距离为的晶面堆垛而成的，晶面之间的距离为dhkldhkldhkldhkl（简写（简写（简写（简写为为为为d)d)d)d)，如图，其中，如图，其中，如图，其中，如图，其中1 1 1 1、2 2 2 2、3333代表第代表第代表第代表

34、第1 1 1 1、2 2 2 2、3333个原子面（晶面）。个原子面（晶面）。个原子面（晶面）。个原子面（晶面）。n n晶面晶面晶面晶面1 1 1 1 上的状况：上的状况：上的状况：上的状况：n n=PAP-QBQ=ABcos=PAP-QBQ=ABcos=PAP-QBQ=ABcos=PAP-QBQ=ABcos-ABcos-ABcos-ABcos-ABcos=0=0=0=0n n可见原子可见原子可见原子可见原子A A A A和原子不但散射波在和原子不但散射波在和原子不但散射波在和原子不但散射波在反反反反n n射射射射方向是同位相的方向是同位相的方向是同位相的方向是同位相的n n由于由于由于由于X

35、 X X X射线具有相当强的穿透实力，射线具有相当强的穿透实力，射线具有相当强的穿透实力，射线具有相当强的穿透实力，n n它可以穿透上万个原子面，因此，它可以穿透上万个原子面，因此，它可以穿透上万个原子面，因此，它可以穿透上万个原子面，因此，n n我们必需各个平行的原子面间的我们必需各个平行的原子面间的我们必需各个平行的原子面间的我们必需各个平行的原子面间的n n反射反射反射反射波的相互干涉问题：波的相互干涉问题：波的相互干涉问题：波的相互干涉问题：n n=QAQ-PAP=SA+AT=QAQ-PAP=SA+AT=QAQ-PAP=SA+AT=QAQ-PAP=SA+ATn n因为因为因为因为 SA

36、=AT=dsin SA=AT=dsin SA=AT=dsin SA=AT=dsinn n所以所以所以所以 =2dsin=2dsin=2dsin=2dsinn n2dsin2dsin2dsin2dsin=n=n=n=nn n为布拉格角为布拉格角为布拉格角为布拉格角,n,n,n,n 为衍射级数。为衍射级数。为衍射级数。为衍射级数。布拉格方程式的探讨n n1.2dsin1.2dsin1.2dsin1.2dsin =n=n=n=n n n 为布拉格角为布拉格角为布拉格角为布拉格角,n,n,n,n 为衍射级数。为衍射级数。为衍射级数。为衍射级数。n n N=1 N=1 N=1 N=1时候，一级衍射线；时

37、候，一级衍射线；时候，一级衍射线；时候，一级衍射线；sin sin sin sin =/2d/2d/2d/2dn n N=2 N=2 N=2 N=2时候，一级衍射线；时候，一级衍射线；时候，一级衍射线；时候，一级衍射线；sin sin sin sin =/d/d/d/dn n .n n sin sin sin sin =n=n=n=n /2d1/2d1/2d1/2d1n n N2d/N2d/N2d/N2d/n n /2d/2d/2d/2d /2,/2,/2,/2,2d2d2d2dn n 当当当当X X X X射线的波长和衍射面选定以后，可能有的衍射级数射线的波长和衍射面选定以后，可能有的衍射级

38、数射线的波长和衍射面选定以后，可能有的衍射级数射线的波长和衍射面选定以后，可能有的衍射级数n n n n也就确定了，也就确定了，也就确定了，也就确定了，它不是无限的。对于确定波长的它不是无限的。对于确定波长的它不是无限的。对于确定波长的它不是无限的。对于确定波长的X X X X射线而言晶体中能产生衍射的晶面数是射线而言晶体中能产生衍射的晶面数是射线而言晶体中能产生衍射的晶面数是射线而言晶体中能产生衍射的晶面数是有限的。有限的。有限的。有限的。n n2.2.2.2.实际探讨中，（实际探讨中，（实际探讨中，（实际探讨中，（hklhklhklhkl）的）的）的）的n n n n级衍射级衍射级衍射级衍

39、射=（nhnhnhnh，nknknknk，nlnlnlnl）的一级衍射）的一级衍射）的一级衍射）的一级衍射n n 2 2 2 2（dhkl/n dhkl/n dhkl/n dhkl/n）sinsinsinsin =2d nh 2d nh 2d nh 2d nh，nknknknk，nl sinnl sinnl sinnl sin =n n2dsin2dsin2dsin2dsin =布拉格方程式的探讨n n3.X3.X3.X3.X射线在晶面反射与光在晶面上反射的区分射线在晶面反射与光在晶面上反射的区分射线在晶面反射与光在晶面上反射的区分射线在晶面反射与光在晶面上反射的区分:n n 穿透作用穿透作用

40、穿透作用穿透作用n n 角度方面角度方面角度方面角度方面n n 反射效率反射效率反射效率反射效率X射线衍射束的强度n n1 1 1 1、衍射束强度的表达式、衍射束强度的表达式、衍射束强度的表达式、衍射束强度的表达式n n2 2 2 2、结构因子、多重性因子、角因子、吸取因子、温度、结构因子、多重性因子、角因子、吸取因子、温度、结构因子、多重性因子、角因子、吸取因子、温度、结构因子、多重性因子、角因子、吸取因子、温度 因子的定义及物理意义各是怎样的？因子的定义及物理意义各是怎样的？因子的定义及物理意义各是怎样的？因子的定义及物理意义各是怎样的？n n3 3 3 3、几种基本点阵的系统消光规律怎样

41、？、几种基本点阵的系统消光规律怎样？、几种基本点阵的系统消光规律怎样？、几种基本点阵的系统消光规律怎样？X射线衍射方法n n依据布拉格方程，我们知道，并不是在任何状况下，晶体依据布拉格方程，我们知道，并不是在任何状况下，晶体依据布拉格方程，我们知道，并不是在任何状况下，晶体依据布拉格方程，我们知道，并不是在任何状况下，晶体都能产生衍射的，产生衍射的必要条件是入射都能产生衍射的，产生衍射的必要条件是入射都能产生衍射的，产生衍射的必要条件是入射都能产生衍射的，产生衍射的必要条件是入射X X X X射线的波射线的波射线的波射线的波长和它的反射面的布拉格方程的要求。长和它的反射面的布拉格方程的要求。长

42、和它的反射面的布拉格方程的要求。长和它的反射面的布拉格方程的要求。n n当接受确定波长的单色当接受确定波长的单色当接受确定波长的单色当接受确定波长的单色X X X X射线来照射固定的单晶体时，则射线来照射固定的单晶体时，则射线来照射固定的单晶体时，则射线来照射固定的单晶体时，则、和和和和d d d d值都定下来了。一般来说，它们的数值未必能值都定下来了。一般来说，它们的数值未必能值都定下来了。一般来说，它们的数值未必能值都定下来了。一般来说，它们的数值未必能满足布拉格方程式，也即不能产生衍射现象，因此要视察满足布拉格方程式，也即不能产生衍射现象，因此要视察满足布拉格方程式，也即不能产生衍射现象

43、，因此要视察满足布拉格方程式，也即不能产生衍射现象，因此要视察到衍射现象，必需设法连续变更到衍射现象，必需设法连续变更到衍射现象，必需设法连续变更到衍射现象，必需设法连续变更或或或或，以使有满足布拉，以使有满足布拉，以使有满足布拉，以使有满足布拉格反射条件的机会，据此可有几种不同的衍射方法。最基格反射条件的机会，据此可有几种不同的衍射方法。最基格反射条件的机会，据此可有几种不同的衍射方法。最基格反射条件的机会，据此可有几种不同的衍射方法。最基本的衍射方法列表如下：本的衍射方法列表如下：本的衍射方法列表如下：本的衍射方法列表如下：劳厄法和转晶法n n1.1.1.1.劳厄法是用连续的劳厄法是用连续

44、的劳厄法是用连续的劳厄法是用连续的X X X X射线投射到不动射线投射到不动射线投射到不动射线投射到不动的单晶体上产生衍射的一种试验方法。的单晶体上产生衍射的一种试验方法。的单晶体上产生衍射的一种试验方法。的单晶体上产生衍射的一种试验方法。所运用的试样可以是独立的单晶体，也所运用的试样可以是独立的单晶体，也所运用的试样可以是独立的单晶体，也所运用的试样可以是独立的单晶体，也可以是多晶体中的粗大晶粒。可以是多晶体中的粗大晶粒。可以是多晶体中的粗大晶粒。可以是多晶体中的粗大晶粒。n n劳厄法是应用最早的衍射方法，其试验劳厄法是应用最早的衍射方法，其试验劳厄法是应用最早的衍射方法，其试验劳厄法是应用

45、最早的衍射方法，其试验装置比较简洁，通常包括光阑、试样架装置比较简洁，通常包括光阑、试样架装置比较简洁，通常包括光阑、试样架装置比较简洁，通常包括光阑、试样架和平板照相底片匣。和平板照相底片匣。和平板照相底片匣。和平板照相底片匣。n n由于晶体不动，入射线和晶体作用后产由于晶体不动，入射线和晶体作用后产由于晶体不动，入射线和晶体作用后产由于晶体不动，入射线和晶体作用后产生的衍射线束表示了各晶面的方位，所生的衍射线束表示了各晶面的方位，所生的衍射线束表示了各晶面的方位，所生的衍射线束表示了各晶面的方位，所以此方法能够反映出晶体的取向和对称以此方法能够反映出晶体的取向和对称以此方法能够反映出晶体的

46、取向和对称以此方法能够反映出晶体的取向和对称性。性。性。性。n n2.2.2.2.转晶法是用单色转晶法是用单色转晶法是用单色转晶法是用单色X X X X射线照射到转动的射线照射到转动的射线照射到转动的射线照射到转动的单晶体上。比较简洁的转晶相机可以单晶体上。比较简洁的转晶相机可以单晶体上。比较简洁的转晶相机可以单晶体上。比较简洁的转晶相机可以360360360360度旋转，转轴上装有一个可绕三支度旋转，转轴上装有一个可绕三支度旋转，转轴上装有一个可绕三支度旋转，转轴上装有一个可绕三支轴旋转和沿三个方向平移的测角头，圆轴旋转和沿三个方向平移的测角头，圆轴旋转和沿三个方向平移的测角头，圆轴旋转和沿

47、三个方向平移的测角头，圆桶形暗盒环绕相机的转轴，以便记录足桶形暗盒环绕相机的转轴，以便记录足桶形暗盒环绕相机的转轴，以便记录足桶形暗盒环绕相机的转轴，以便记录足够的衍射斑点。够的衍射斑点。够的衍射斑点。够的衍射斑点。n n由于这种衍射花样适宜于精确测定晶体由于这种衍射花样适宜于精确测定晶体由于这种衍射花样适宜于精确测定晶体由于这种衍射花样适宜于精确测定晶体的衍射方向和强度，因而适用于未知晶的衍射方向和强度，因而适用于未知晶的衍射方向和强度，因而适用于未知晶的衍射方向和强度，因而适用于未知晶体的结构分析。体的结构分析。体的结构分析。体的结构分析。粉晶法n n粉晶法接受单色（特征）粉晶法接受单色（

48、特征）粉晶法接受单色（特征）粉晶法接受单色（特征）X X X X射线作辐射源，被分析试样多数状况为很细射线作辐射源，被分析试样多数状况为很细射线作辐射源，被分析试样多数状况为很细射线作辐射源，被分析试样多数状况为很细（10-3-10-5 cm)10-3-10-5 cm)10-3-10-5 cm)10-3-10-5 cm)的粉末多晶体，故亦称为粉末法。的粉末多晶体，故亦称为粉末法。的粉末多晶体，故亦称为粉末法。的粉末多晶体，故亦称为粉末法。n n衍射花样如用照相底片来记录，则称为粉晶照相法；衍射花样如用照相底片来记录，则称为粉晶照相法；衍射花样如用照相底片来记录，则称为粉晶照相法；衍射花样如用照

49、相底片来记录，则称为粉晶照相法；n n衍射花样如用辐射探测器接收后，再经测量电路系统放大处理并记录和衍射花样如用辐射探测器接收后，再经测量电路系统放大处理并记录和衍射花样如用辐射探测器接收后，再经测量电路系统放大处理并记录和衍射花样如用辐射探测器接收后，再经测量电路系统放大处理并记录和显示，这种方法称为衍射仪法。显示，这种方法称为衍射仪法。显示，这种方法称为衍射仪法。显示，这种方法称为衍射仪法。n n一、衍射原理一、衍射原理一、衍射原理一、衍射原理n n粉末试样或多晶体试样从粉末试样或多晶体试样从粉末试样或多晶体试样从粉末试样或多晶体试样从X X X X射线衍射的观点来看，事实上相当于一个单晶

50、射线衍射的观点来看，事实上相当于一个单晶射线衍射的观点来看，事实上相当于一个单晶射线衍射的观点来看，事实上相当于一个单晶体绕空间各个方向作随意旋转的状况。因此，当一束单色体绕空间各个方向作随意旋转的状况。因此，当一束单色体绕空间各个方向作随意旋转的状况。因此，当一束单色体绕空间各个方向作随意旋转的状况。因此，当一束单色X X X X射线照射到试射线照射到试射线照射到试射线照射到试样上时，对每一族晶面（样上时，对每一族晶面（样上时，对每一族晶面（样上时，对每一族晶面（hkl)hkl)hkl)hkl)而言，总有某些小晶体，其（而言，总有某些小晶体，其（而言，总有某些小晶体，其（而言，总有某些小晶体