Ｘ射线衍射晶体结构分析
班级:物理０92 姓名：胡宏雷 学号：
摘要：
本实验通过采用与X射线波长数量级接近的物质即晶体这个天然的光栅来作狭缝,从而研究X射线衍射。由布拉格公式以及实验中采用的ＮaCl晶体的结构特点即可在知道晶格常数条件下测量计算出X射线的波长。也可用它来测定各种晶体的晶格结构。文档来自于网络搜索
关键词：
X射线 衍射 晶体结构
引言：
X射线是波长介于紫外线和γ射线 间的电磁辐射。由德国物理学家W.K．伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.1～１埃范围内的称硬X射线,1～10埃范围内的称软X射线。伦琴射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应,波长越短的X射线能量越大，叫做硬Ｘ射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。实验室中X射线由Ｘ射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空管,阴极用钨丝制成,通电后可发射热电子,阳极(就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料)。用几万伏至几十万伏的高压加速电子,电子束轰击靶极，Ｘ射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须用水冷却,有时还将靶极设计成转动式的。本实验通过对X射线衍射实验的研究来进一步认识其性质。文档来自于网络搜索
正文：
实验原理:1 由于X光的波长与一般物质中原子的间距同数量级,因此X光成为研究物质微观结构的有力工具。当X光射入原子有序排列的晶体时,会发生类似于可见光入射到光栅时的衍射现象。1９１3年英国科学家布拉格父子(文档来自于网络搜索
2ｄsｉｎθ=nλ (1)
其中,d是晶体的晶面间距，即相邻晶面之间的距离，θ是衍射光的方向与晶面的夹角，λ是X光的波长，n是一个整数,为衍射级次,(１）式称为布拉格公式。文档来自于网络搜索
图2 X光在晶格上的衍射
根据布拉格公式，既可以利用已知的晶体(d已知)通过测量θ角来研究未知X光的波长，也可以利用已知的X光（λ已知)来测量未知晶体的晶面间距。本实验利用已知钼的X光特征谱线来测量氯化钠(NaCl）晶体的晶面间距。文档来自于网络搜索
二、实验仪器：
本实验使用的是德国莱宝教具公司生产的X射线实验仪。
该装置分为三个工作区:中间是X光管区，是产生X射线的地方；右边是实验区;左边是监控区。Ｘ光管的结构如图3所示。它是一个抽成高真空的石英管,其下面(1)是接地的电子发射极,通电加热后可发射电子；上面(２)是钼靶,工作时加以几万伏的高压。电子在高压作用下轰击钼原子而产生X射线,钼靶受电子轰击的面呈斜面,以利于X射线向水平方向射出。(3）是铜块，（4）是螺旋状热沉，用以散热。(5）是管脚。文档来自于网络搜索
1234
1
2
3
4
5
图3 X光管
B1
B2
B4
B5
B3
A0
A1
A2
A3
A4
监控区
X光管
实验区
图4 X射线实验仪
A1是X光的出口。
Ａ2是安放晶体样品的靶台。
Ａ3是装有G—M计数管的传感器,它用来探测X光的强度。
2θθ123图
2θ
θ
1
2
3
图5 COUPLED模式下靶台和传感器的角位置
左边的监控区包括电源和各种控制装置。
B1是液晶显示区。
Ｂ２是个大转盘,各参数都由它来调节和设置。
Ｂ3有五个设置按键，由它确定B２所调节和设置的对象。
Ｂ4有扫描模式选择按键和一个归零按键。SＥNSＯR—传感器扫描模式;ＣOUPLED—耦合扫描模式，按下此键时，传感器的转角自动保持为靶台转角的2倍(如图4—7）文档来自于网络搜索
Ｂ5有五个操作键，它们是：RESEＴ;ＲEPLAY；ＳCＡN(ON/ＯFF)；是声脉冲开关;HＶ（OＮ/ＯFF）键是X光管上的高压开关。文档来自于网络搜索
三、实验步骤:
X射线在单晶中的衍射实验
按照连接图安装实验仪器，使靶台和直准器间的距离为５ｃm，和传感器的距离为6ｃｍ。
将NaＣｌ单晶固定在靶台上(注意取晶体的时候要小心)，启动软件“X-raｙ Ａpparatｕs”Ｆ4键清屏;设置X光管的高压Ｕ＝35．0KＶ，电流I=1.０0mＡ，测量时间３s-10s,角步幅为０．１°，按CＯＵPLED键，再按β键,设置下限角为 4o， 上限角为24o；按SCAN键进行自动扫描；扫描完毕后，按F2键存储文件文档来自于网络搜索
已知晶体的晶格常数(a0=５64．02pm），测定X射线的波长。
已知X射线的波长，测定晶体的晶格常数。
实验数据及其处理:
1、氯化钠密勒指数为(1,0,0）,射线波长为63．08pm 71．0７ｐm,求晶格常数
线系
n
(pｍ)
ａ0
4.３
0．０750
1
6３.08
8４1.07
４．9
0.08５4
１
7１．07
832.20
9．4
0.163３
2
12６.1６
７72.5７
10.７
０.1857
2
142.14
765.43
14.6
0.2521
３
189．２4
７５0.６5
1６.6
0．2857
3
2１3.2１
7４6.２7
１9．9
０.３4０４
4
252.32
741.２５
22.６
0．3843
4
2８4．28
739.73
平均值=773．６5 （pm)
氟化钡晶格常数为６2０ｐm,求谱线波长
n
()
()
（)
(）
1
4.3
4.9
46.4９
52.96
２
9．4
１０.7
５0．６３
57.56
3
1４.６
16.６
52.０9
59．04
4
１９．9
２2．6
52.7６
５9.57
平均
５0.４9ｐm
57.28ｐｍ文档来自于网络搜索