x射线衍射分析前言.ppt

Page 1,Chap.1 X射线物理学基础 -前言,Page 2,前 言 简单的回顾,1895年，物理学已经有了相当的发展，它的几个主要部门-牛顿力学、热力学和分子运动论、电磁学和光学，都已经建立了完整的理论，在应用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶了，以后的任务无非是在细节上作些补充和修正而已，没有太多的事好做了。 然而, X射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。因伦琴发现X射线，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。,Page 3,这一章,主要介绍X射线发展史中几位重要的历史人物。 伦琴Rntgen 劳厄Laue 布拉格父子Bragg 莫塞莱Moseley ,Page 4,1.伦琴发现X射线,伦琴 Wilhelm Konrad Rntgen 1845-1923 德国维尔茨堡大学实验物理学家 X射线的发现者 1901年诺贝尔物理学奖,Page 5,1845年3月27日生于德国莱茵省的雷内普（Lennep）。 1868年伦琴毕业于瑞士苏黎世联邦工程学院，成为一名机械工程师。 1869年，获哲学博士学位。 1889-1893年任耶拿大学和乌德勒兹两大学的教授。 1894-1900年任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究所所长。他是柏林和慕尼黑科学院的通讯院士。 1923年2月10日因癌症在慕尼黑去世，享年78岁。,Page 6,伦琴对科学作出的最大贡献是在1895年从实验中发现了X射线，并随后对其性质进行了深入研究，从而为多种科学领域提供了一种有效的研究手段。他还有一项意义重大的发现，就是所谓的伦琴电流。此外，他还在弹性、液体的毛细作用、气体比热、热在晶体中的传导、压电效应以及偏振光的磁致旋转等方面也都有研究。 伦琴对科学有崇高的献身精神。他无条件地把X射线的发现奉献给全人类，自己没有申请专利。,Page 7,2.X射线的发现过程,1895年，伦琴已经是五十岁的人了，当时他正担任维尔茨堡大学校长和该校物理研究所所长。1895年11月8日，正当伦琴继续在实验室里从事阴极射线的实验工作，一个偶然事件吸引了他的注意。当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包严。他突然发现在不超过一米远的小桌上有一块亚铂氰化钡做成的荧屏发出闪光。他很奇怪，就移远荧光屏继续试验。只见荧光屏的闪光，仍随放电过程的节拍断续出现。他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。有的挡不住，有的起到一定的阻挡作用。,Page 8,伦琴意识到这可能是某种特殊的射线，它具有特别强的穿透力，从来没有观察到过。于是立刻集中全部精力进行彻底的研究。他一连许多天把自己关在实验室里，连自己的助手和家人都不告知。 他把密封在木盒中的砝码放在这一射线的照射下拍照，得到了模糊的砝码照片；他把指南针拿来拍照，得到金属边框的深迹；他把金属片拿来拍照，拍出了金属片内部不均匀的情况。他深深地沉浸在这一新奇现象的探讨中，达到了废寝忘食的地步。,Page 9,平时一直帮他工作的伦琴夫人感到他举止反常，以为他有什么事情瞒着自己，甚至产生了怀疑。六个星期过去了，伦琴已经确认这是一种新的射线。才告诉自己的亲人。1895年12月22日，他邀请夫人来到实验室，用他夫人的手拍下了第一张人手X射线照片（如图）。,Page 10,1895年年底，他以通信方式将这一发现公之于众。题为一种新射线。 伦琴在一开始并没弄清楚X射线的本质。因为当时电子还未发现，阴极射线的本质还没有搞清楚。因此伦琴把这种新发现的射线取名为X射线。 在伦琴之前，就有人在研究阴极射线的过程中发现了X射线，但没有得出正确的认识。而伦琴经过长期磨炼，掌握了完美的实验艺术，摆脱了任何偏见，在研究中一贯严谨自觉，才抓住机遇作出别人作不出的新发现。正如法国微生物学家巴斯德的名言：“机遇偏爱有准备的头脑。”,Page 11,1910年第一张诺贝尔物理学奖授予w. k. 伦琴,Page 12,2、x 射线的本质,Page 13,3.布拉格定律,1913年，W.L.Bragg父子即对这些劳埃斑点进行了深入的研究，证明劳埃衍射花样中的各个斑点可以认为是由晶体中原子较密集的一些晶面反射而得出的，由此得出著名的 布拉格公式：n=2d sin （=波长 =入射角 d=晶面间距）。 X射线衍射分析的基础,Page 14,1912年，劳厄是德国慕尼黑大学非正式聘请的教授。一天著名物理学家索末菲的一名研究生厄瓦耳向他请教关于光在晶体中散射的数学分析问题。在讨论中劳厄想到了一个问题，就问厄瓦耳，如波长比晶体中原子的间距比小，会发生什么情形？厄瓦耳说，他的公式应当包括这种情形，并将公式抄了一份给劳厄。讨论时，劳厄若有所思,4.劳埃发展了X射线的衍射理论,Page 15,4.劳埃发展了X射线的衍射理论,因此他用一束X光束射向一块硫酸铜晶体并且尝试着用一个显像板来收集被散射的射线。实验得到了理想的结果，得到了透射衍射花样的照片（如下图），如果将试样转动，照片上的花样点（称之为劳埃点）也作相应变化，证明这些花样点是由于衍射击而产生。 接着用SnS、PbS、NaCl等对称性较高的晶体做实验，相应地也得到了对称性良好的衍射花样。很快人们就清楚任何晶体都具有这种类似的现象，而点花样又和晶体的原子晶格结构有着密切关系。,Page 16,Page 17,劳埃实验的成功可以认为是凝聚态物理学发展史上的一个里程碑，奠定了劳埃作为射线衍射学的开拓者的历史地位。,Page 18,爱因期坦称，劳厄的实验“ 物理学最美的实验”。它一箭双雕地解决了x射线的波动性和晶体的结构的周期性。,Page 19,5.莫塞莱定律,1914年也是X射线物理学进展的重要一年，莫塞莱（Henry Gwyn-Jeffreys Moseley）对X射线轰击不同靶金属后所产生的特征谱线进行了一系统研究 ，证明如给各元素指定一定序号Z（后来称之为原子序数），任何元素X射线谱线的频率的平方根是原子序数的函数 即:(1/)1/2=Q(Z-) X射线荧光分析的基础,Page 20,6 1943年：科学家获得DNA的X射线衍射图,Page 21,英国科学家威廉阿斯伯里先从细胞中提取出DNA，然后将针扎入有粘性的DNA溶液中，针在抽出时带出由DNA分子组成的多股分子线，每根分子线大致相互平行。对 DNA多股分子线进行X射线照射，阿斯伯里在1943年获得了首张 DNA的X射线衍射图。衍射图显示DNA具有规律性、周期性的结构。阿斯伯里提出核苷酸的碱基对“如同便士（英国的硬币）一样”一个压一个摞在一起 。 DNA的X射线衍射图为最终揭示其结构奠定了基础。,Page 22,X射线的发现和广泛应用是廿世纪科学发展中最伟大成就之一,围绕X射线发现、发展和应用而进行科研工作的科学家获诺贝尔奖的就有近卅人之多,1901年 伦琴(德) 发现X射线 1914年 劳埃(德) X射线衍射实验 1915年 布拉格父子(英)X射线衍射技术 1917年 C.巴克拉（英）元素的特征X射线 1924年 卡尔