X光系列试验劳厄相

X光系列实验

引言1912年德国物理学家劳厄等人利用晶体代替人造光栅成功地观察到了X射线的衍射现象。通过劳厄实验，既证实了X射线的电磁波本性,又证明了晶体是内部质点（原子、离子或原子群）在三维空间作有规则排列而构成的固体，为人类深入认识物质结构提供了新方法。本实验中，要求观察NaCl、LiF晶体的劳厄相，并对它们的空间结构进行分析。基础知识1、波长在10-8m到10-11m范围的电磁波为X光。2、高速运动的电子和原子碰撞时，是内层电子跃迁，从而产生X光。3、如右下图所示，X光谱线有“线光谱”也即“X射线特征光谱”，此谱线反

映了物质的特性。也有“连续谱”，也即“轫致辐射”，产生原因是高速电子接近原子核，其产生偏转并发出电磁辐射。4、布拉格散射当X光的波长与晶面间距满足以下关系时，反射角等于入射角的方向上会获得很大的反射率。（一）X射线衍射：

<3>劳厄斑点：

<4>劳厄方程：实验原理二维空间下的光栅衍射理论:实验原理将二维光栅衍射理论推广到三维情况，得到劳厄方程：其中是入射光与晶体点列的夹角，是衍射光与晶体点列的夹角。由于h,k,l均为正整数，劳厄条件并不能满足任意波长λ。实验原理单位向量，G为倒易晶格

，该式即为布拉格公式。实验原理二维布拉格反射实验原理经过晶体衍射后的X光在屏上投射成一个个点列P1、P2...其中，P坐标如图：实验采用的晶体入射晶面为（1,0,0），此时OQ与G平行，即

实验过程实验装置如图：实验过程测量NaCl时测量LiF时实验所用电压U=35kV实验所用电压U=35kV电流I=1.0mA电流I=1.0mA

Δβ=0.0°Δβ=0.0°Δt=1800sΔt=1200s间距L=15mm间距L=11mm摆放好晶体后，等待曝光时间结束后向底片带中注入显影液，等待1分钟后用水冲洗底片约2分钟后取出底片即可得到图像。实验数据冲洗得到透过NaCl晶体的图像：实验数据具体数据：xQ/mmyQ/mmzQ/mmhkl-13.405.1-60213.004.9602012.04.200-620-12.24.33062实验数据xQ/mmyQ/mmzQ/mmhkl-9.55.03.4-422-10.05.03.7-4-2211.54.54.442211.05.04.34-224.58.52.82425.0-10.03.72-42-4.58.52.8-242-5.5-10.54.1-2-42xQ/mmyQ/mmzQ/mmhkl8.08.54.04428.0-8.03.84-42///-442-7.5-8.53.8-4-42实验数据对于三种情况的h,k,l，可得：(NaCla0=564.02pm)hklθ(°)d/pmλ/pm60218.489.256.342224.1115.194.044219.594.062.8实验数据冲洗得到透过LiF晶体图像实验数据具体数据：xQ/mmyQ/mmzQ/mmhkl12.005.340209.53.5042-10.504.2-4020-13.06.00-42实验数据xQ/mmyQ/mmzQ/mmhkl-9.03.53.6-422-10.0-4.04.4-4-2211.05.05.342210.5-4.54.94-22///2424.511.05.22-42-4.59.03.9-242-5.012.06.0-2-42xQ/mmyQ/mmzQ/mmhkl6.06.02.9331-5.56.52.9-331///3-31-6.0-7.53.6-3-31实验数据对于三种情况的h,k,l，可得（LiFa0=402.80pm)：hklθ(°)d/pmλ/pm40226.690.180.642224.182.267.133113.392.442.5实验结论在本实验中，分别测得NaCl、LiF在不同干涉指数情况下的衍射角、面间距、波长如右图所示。hklθ(°)d/pmλ/pm60218.489.256.342224.1115.194.044219.594.062.8hklθ(°)d/pmλ/pm40226.690.180.642224.182.267.133113.392.442.5参考文献[1]杨庆余、周荣生，《巧妙的构想大胆的创新》，大学物理第21卷第4期，2002.4。[2