当前课程知识点：诗情画意的光学 > 第6章 光栅衍射 > 6.4 X射线衍射 > 6.4 X射线衍射
下面我们讨论X射线衍射
首先看X射线的产生
这是X射线管
中间是一个抽成真空的玻璃泡
K为发射电子的热阴极
它的对面A为阳极
在两极之间加上数万伏的高压
电子出来以后被高压加速
以极高的速度撞向阳极
产生X射线
伦琴于1895年发现X射线
并于次年拍摄了首张X射线照片
他夫人戴着戒指的手指骨照片
伦琴也成为历史上第一个
获得诺贝尔物理学奖的物理学家
X射线的波长范围在0.01到10纳米之间
作为电磁波X射线应该有衍射效应
由于X射线的波长很短
难以制造与这个波长相对应的光栅
所以1912年德国科学家劳厄想到
天然晶体中原子的规则排列
就像一个三维的空间光栅
这是常见的几种晶格结构
如果X射线照射到这样的晶体上
每一个原子就相当于一个发射子波的波源
下面我们看X射线衍射的原理
这是某一种晶体的结构
原子规则的排列
上层和下层原子形成不同的面
这些面我们称之为晶面
晶面之间的间距
比如上下层间距是D
现在波长为λ的X射线
以一定的角度入射到这样的晶面上
实验发现只有沿晶面反射方向的X射线
才能观测到也即产生相干加强
下面看不同层原子干涉的结果
这是两层不同的原子
它们的晶面间距是d
波长为λ的X射线
以入射角i射到晶面上
X射线与晶面之间的夹角θ称为掠射角
我们看上下层原子反射光相干加强的条件
显然下面这束光比上面这束光
在叠加之前要多走一段光程
光程差δ=AC＋CB
根据几何图形可以得到
等于2dsinθ
所以相邻晶面间两反射光相干
叠加干涉加强的条件
是2dsinθ=kλ
这里k等于1 2 3等等
这就是布拉格定律
晶体当中的原子排列
实际上形成很多不同的晶面
比如这一系列的原子排列
我们看水平的上下层这个晶面间距是d₁
它的布拉格定律方程
写成2d₁sinθ=kλ
而对于这个斜的这一层晶面间距是d₂
那么它的布拉格方程表达式
是2d₂sinθ=kλ
所以如果已知入射的X射线波长
通过测定衍射条纹
就可以得到这个晶体的晶格常数
反之如果知道晶体的晶格常数
通过测定X射线衍射图样
就可以得到入射的X射线的波长
历史上正是通过X射线衍射
来分析得到DNA的原子结构
这是DNA的X射线衍射图
根据这个衍射图
分析最终得到DNA的双螺线结构
-1.1 光学简介
--1.1光学简介
-1.2 光与影
--1.2光与影
--烛光之舞
--烛光之舞-2
-1.3 第1章小结
--第1章小结
--第1章知识导图
--墨子的贡献讨论
-第1章 光与影作业
-2.1 天空的颜色
--2.1天空的颜色
-2.2 彩虹与海市蜃景
-2.3 白天不懂夜的黑
-2.4 第2章小结
--第2章小结
--第2章知识导图
-第2章作业
-3.1 光是粒子还是波？
-3.2 波的特性
--3.2 波的特性
-3.3 光的电磁理论
-3.4 平面简谐电磁波
-3.5 第3章小结
--第3章小结
--第3章知识导图
--光的本性初探
-第3章作业
-4.1 相干光
--4.1 相干光
-4.2 双缝干涉
--4.2双缝干涉
-4.3 光行无物
--4.3光行无物
-4.4 等倾干涉
--4.4等倾干涉
-4.5 增透膜 增反膜
-4.6 等厚干涉
--4.6等厚干涉
-4.7 迈克尔孙干涉仪
-4.8 第4章小结
--第4章小结
--第4章知识导图
--第4章讨论区
-第4章作业
-5.1 衍射现象
--5.1衍射现象
-5.2 惠更斯-菲涅尔原理
-5.3 半波带
--5.3 半波带
-5.4 衍射条纹
-5.5 圆孔衍射
-5.6 第5章小结
--第5章小结
--第5章知识导图
-第5章作业
-6.1 光栅方程
--6.1 光栅方程
-6.2 缺级现象 暗纹条件
-6.3 光栅光谱
--6.3 光栅光谱
-6.4 X射线衍射
-6.5 第6章小结
--第6章小结
--第6章知识导图
--第6章讨论区
-第6章作业
-7.1 光的偏振
--7.1 光的偏振
-7.2 起偏和检偏
-7.3 湖光山色皆偏振
-7.4 双折射
--7.4 双折射
-7.5 第7章小结
--第7章小结
--第7章知识导图
-第7章作业
-8.1 黑体辐射
--8.1 黑体辐射
-8.2 普朗克量子论
--讨论：量子论诞生
-8.3 光电效应
--8.3 光电效应
-8.4 氢原子光谱
-8.5 第8章小结
--第8章小结
--第8章知识导图
-第8章作业
