X射线在NACL中的衍射.docx

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一、 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二、 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”包含了从短波段限九 的全部波长，其 m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64100.5 D.7 <1.9M4-IX射址音产生的X射堆的藏如左图，实验的结果也会产生连续谱线K念（K电7J；帐〉^4-2元素特缸X射线的激发机更右上角的图中出现°和0两条特征谱线，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，因为光栅之间的间住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，因此证明出图斗一3 NaCl晶体中氯离子与钠离 子的排列结构，发射干涉图斗一4布拉搭公式的推导三、实验步骤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光程 差是AB + CD，即2d sin0当它满 足公式2d sin0二n九，n为正整数时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,At=3s,AP=0.1 分别按 COUPLE 和 0limits 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,At=6s,AP=0.1 分别按 COUPLE 和0 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)记录实验结果四、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Ka形成的角度为72, %形成的角度为 6.4经过布拉格公式计算得到：K 二 70.69pmaK 二 62.87pmP与理论值得差异非常小：uKa71.07 - 70.6971.07=0.53%uKP63.08 - 62.8763.08=0.33%边吸收从这张图可以看出0谱线被吸收掉，只剩下a谱线，说明Zr对0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0、％,其中a谱线要比0谱线高，原 因是a谱线是第L层电子跃迁到K层，0谱线是第M层电子跃迁到 K层，其中第L层电子跃迁到K层要比第M层电子跃迁到K层的几 率大，因此a谱线的强度就比0谱线大3) 随着角度的增大两条谱线分开的间距越来越大，这也是衍射的 一个特征 4 )。