12-11 X射线的衍射

X射线是伦琴(W. K. )在1895年发现的。X射线在本质上和可见光一样,是一种波长为数量级的电磁波。人们曾希望获得X射线使用的光栅,但既然X射线的波长的数量级相当于原子直径,这样的光栅当然就无法用机械方法来制造。
    1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)想到,晶体是由一组有规则排列的微粒(原子、离子或分子)组成的,它也许会构成一种适合于X射线用的天然三维衍射光栅。劳厄通过实验实现了自己的想法。如图是X射线通过食盐(NaCl)晶体后投射到照相底片上形成的斑点,称为劳厄斑点。对这些劳厄斑点的位置与强度进行仔细的研究,就可推断出晶体中的原子排列。


图12-48
    不久,英国布拉格父子(W. H. Bragg和W. L. Bragg)提出另一种研究X射线的方法。他们把晶体点阵(晶格)简化,当作反射光栅处理。想象晶体是由一系列的平行的原子层(称为晶面)所构成的,如图12-49所示。设各原子层(或晶面)之间的距离为,称为晶面间距。当一束单色的、平行的X射线,以掠射角入射到晶面上时,一部分将为表面层原子所散射,其余部分将为内部各原子层所散射。但是,在各原子层所散射的射线中,只有沿镜反射方向的射线的强度为最大。由图可见,上下两原子层所发出的反射线的光程差为
        
显然,各层散射射线相互加强而形成亮点的条件是
        
上式称为布拉格公式(或布拉格条件)。
    如果入射的单色X射线束以任意掠射角投射到晶面上,一般不产生反射加强的图案,因为上式一般是得不到满足的,如果入射X射线的波长是连续分布的;则对于入射X射线束中波长值为
    
的波,在反射中得到加强。
    X射线的衍射,已广泛地用来解决两个方面的重要问题

图12-49