上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 探索微观物质世界 第六讲X射线的发现与衍射技术 漏 饶群力 n 上海交通大学 分析测试中心 SHANG 1日gG
探索微观物质世界 饶群力 上海交通大学 分析测试中心 第六讲 X射线的发现与衍射技术
上游充通大学 课堂小测验 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 观看《光的干涉》 ©什么是相干光源？ 为什么相机镜头要涂敷氧化镁薄膜？光盘读写怎 样利用光的干涉原理
课堂小测验 观看《光的干涉》 什么是相干光源？ 为什么相机镜头要涂敷氧化镁薄膜？光盘读写怎 样利用光的干涉原理
上游充通大粤 证实发现晶体结构的技术方法 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 晶体的宏观形态千差万别 微观结构却是如此简单，体现了物理学最简单普 遍的美学特征—对称美 通过什么样的方法，人们发现了这种对称的美？ 这就是X射线
证实发现晶体结构的技术方法 晶体的宏观形态千差万别 微观结构却是如此简单，体现了物理学最简单普 遍的美学特征——对称美 通过什么样的方法，人们发现了这种对称的美？ 这就是X射线
上游充通大兽 十九世纪的科学背景 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 这个世纪人们掌握的主要科学理论和成就：原子论，电 流及其性质，电磁力场与电磁感应，光的波动说，热力 学与能量不灭，气体运动说，化学作用与化学效应，光 谱分析等。这些成就不可避免地使人类控制物质资源的 能力逐渐扩大开来。科学的胜利一个接着一个，尽管进 展缓慢，却是所向无敌。 一方面，人们都毫无理由地认为人类控制自然的能力的 扩展似乎没有止境 另一方面，人们也越来越相信：扩大控制自然的能力仅 通过一些机械原理便可获得，已经掌握的这些科学原理 足可以解释整个宇宙的秘奥；这些科学原理的基石是牛 顿与拉瓦锡所奠定的物理学与化学两座大厦，大厦总的 框架已经一劳永逸地规划好了，此后不会再有什么惊人 的新发现了，剩下来的工作不过是把两座科学大厦进一 步完善，使之更趋和谐一致，把度量弄得更加精密，填 补几个明显的空隙而以
十九世纪的科学背景 这个世纪人们掌握的主要科学理论和成就：原子论，电 流及其性质，电磁力场与电磁感应，光的波动说，热力 学与能量不灭，气体运动说，化学作用与化学效应，光 谱分析等。这些成就不可避 免地使人类控制物质资源的 能力逐渐扩大开来。科学的胜利一个接着一个，尽管进 展缓慢，却是所向无敌。 一方面，人们都毫无理由地认为人类控制自然的能力的 扩展似乎没有止境。 另一方面，人们也越来越相信：扩大控制自然的能力仅 通过一些机械原理便可获得，已经掌握的这些科学原理 足可以解释整个宇宙的秘奥；这些科学原理的基石是牛 顿与拉瓦锡所奠定的物理学与化学两座大厦，大厦总的 框架已经一劳永逸地规划好了，此后不会再有什么惊人 的新发现了，剩下来的工作不过是把两座科学大厦进一 步完善，使之更趋和谐一致，把度量弄得更加精密，填 补几个明显的空隙而以
上游充通大学 这一时期科学发展的特点 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 知识的进展非常迅速，以致无人能追踪其全部进程。 科学研究普及化：实验室在过去只是个别自然哲学家的 私人房间，这时由各大学修建，或由别人出钱替各大学 修建。结果，不但促使学术的研究者掌握了实验研究方 法，就是初学者也懂得了这种方法，比较透彻研究每一 学科的机会增多了。 学科分类细致化：知识的分科愈渐专门，各部门间的隔 阂又复增加，这样致力于一般性研究的时间减少了，科 学家也便倾向于只见树木而忘却森林。这种各自为政的 倾向一直持续到十九世纪末。 在十九世纪初期，德国各大学还能讲授百科全书式的课程，统 一与完整的知识，还可以在统一课程里找到；但是到世纪末，完 全是另外一番景象
这一时期科学发展的特点 知识的进展非常迅速，以致无人能追踪其全部进程。 科学研究普及化：实验室在过去只是个别自然哲学家的 私人房间，这时由各大学修建，或由别人出钱替各大学 修建。结果，不但促使学术的研究者掌握了实验研究方 法，就是初学者也懂得了这种方法，比较透彻研究每一 学科的机会增多了 。 学科分类细致化：知识的分科愈渐专门，各部门间的隔 阂又 复增加，这样致力于一般性研究的时间减少了， 科 学家也便倾向于只见树木而忘却森林。这种各自为政的 倾向一直 持续到十九世纪末。 • 在十九世纪初期，德国各大学还能讲授百科全书式的课程，统 一与完整的知识，还可以在统一课程里找到；但是到世纪末，完 全是另外一番景象
上游充通大兽 X射线发现的偶然性 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1895年伦琴发现X射线以前，已经有很多人对气 体中的放电进行实验，特别是法拉第、盖斯勒 (Geissler)、戈尔茨坦(Goldstein)等人和后 来的J.J.汤姆森（剑桥大学三一学院的主任)。 但是这些实验只被一些有远见的人所重视，其中 最引人注目的便是伦琴的工作。 出于偶然的伟大发现，在人类科学史上比我们一 般想象的要少。但是伦琴却非常幸运，一次偶然 的机会找到X射线的踪迹
X射线发现的偶然性 1895年伦琴发现X射线以前，已经有很多人对气 体中的放电进行实验，特别是 法拉第、盖斯勒 （Geissler）、戈尔茨坦（Goldstein）等人和后 来的J.J．汤姆森（剑桥大学三一学院的主任）。 但是这些实验只被一些有远见的人所重视，其中 最引人注目的便是伦琴的工作。 出于偶然的伟大发现，在人类科学史上比我们一 般想象的要少。但是伦琴却非常幸运，一次偶然 的机会找到X射线的踪迹
上游充通大兽 X射线的发现 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 阴极射线的穿透力很弱，连几厘米厚的空气都难以穿过。 在近于真空的封闭玻璃管两端电极之间加有高电压时， 就产生阴极射线。 伦琴偶然发现紧密封存的底片虽丝毫不暴露在光线下， 如果放在高度真空的放电管附近，仍然会变灰黑而至毁 坏。对此，他感到非常奇怪。 ©1895年9月8日这一天，伦琴正在做阴极射线实验。他用 厚黑纸完全覆盖住阴极射线，这样玻璃管的光被完全遮 蔽。可是这一次当他接通阴极射线管的电路时，惊奇地 发现在附近的一个荧光屏（镀有一种荧光物质氰亚铂酸 钡)上开始发光，恰好象受到一盏灯的感应激发出来似 的。断开阴极射线管的电流，荧光屏即停止发光
X射线的发现 阴极射线的穿透力很弱，连几厘米厚的空气都难以穿过。 在近于真空的封闭玻璃管两端电极之间加有高电压时， 就产生阴极射线。 伦琴偶然发现紧密封存的底片虽丝毫不 暴露在光线下， 如果放在高度真空的放电管附近，仍然会变灰黑而至毁 坏。对此，他感到非常奇怪。 1895年9月8日这一天，伦琴正在做阴极射线实验。他用 厚黑纸完全覆盖住阴极射线，这样玻璃管的光被完全遮 蔽。可是这一次当他接通阴极射线管的电路时，惊奇地 发现在附近的一个荧光屏（镀有一种荧光物质氰亚铂酸 钡）上开始发光，恰好象受到一盏灯的感应激发出来似 的。断开阴极射线管的电流，荧光屏即停止发光
上游充通大兽 X射线的发现 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 这说明放电管内发出某种能穿透底片封套的光线。伦琴 还发现，金属的厚片放在管与这种涂有铂氰酸钾磷光质 的幕屏中间时，即投射阴影，而轻的物质，如铝片或木 片，平时不透光，在这种射线内投射的阴影却几乎看不 见。所吸收的射线的数量似乎大致和吸收体的厚度与密 度成正比。真空管内的气体愈少，则射线的贯穿性愈高。 具有相当“硬度” 的射线，可使肌肉内的骨骼在磷光片 或照片上投下阴影。 由此，他认识到当电流接通时，一定有某种不可见的辐 射线自阴极发出。这种辐射线肉眼不可见、穿透力强， 当时十分神密，故称之为“X射线”一代表未知的射线
X射线的发现 这说明放电 管内发出某种能穿透底片封套的光线。 伦琴 还发现，金属的厚片放在管与这种涂有铂氰酸钾磷光质 的幕屏中间时，即投射阴影，而轻的物质，如铝片或木 片，平时不 透光，在这种射线内投射的阴影却几乎看不 见。所吸收的射线的数量似乎大致和吸收体 的厚度与密 度成正比。真空管内的气体愈少，则射线的贯穿性愈高。 具有相当“硬度” 的射线，可使肌肉内的骨骼在磷光片 或照片上投下阴影。 由此，他认识到当电流接通时，一定有某种不可见的辐 射线自阴极发出。这种辐射线肉眼不可见、穿透力强， 当时十分神密，故称之为“X射线”——代表未知的射线
上游充通大兽 发现X射线的重要意义 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1895年，物理学已经有了相当的发展，如牛顿力学，热力学，分子 运动论，电磁学，光学都建立了完善的理论，在应用上取得了巨大 成果，物理学家普遍认为，以后需要做的一点点工作就只是把物理 常数的测量弄得再准确一些（小数点后面的数字再推进一位），物 理学的发展已经到了尽头。但是X射线的发现，唤醒了沉睡的物理世 界，它像一声春雷，唤醒了更多的物理学家，把人们的注意力引向 更广阔的天地，揭开了现代物理学革命的序幕。 X射线的发现对于自然科学的发展有极为重要的意义，它像一根导火 索，引起了一连串的反应，许多科学家投身于X射线和阴极射线的研 究，导致了放射性，电子，以及α，B射线的发现，为原子物理的发展 奠定了基础。 由于科学家对X射线的探索，发现了X射线的衍射现象，由此打开了 研究晶体结构的大门，根据晶体衍射的数据，可以精确的求出阿伏 伽德罗常数
发现X射线的重要意义 1895年，物理学已经有了相当的发展，如牛顿力学，热力学，分子 运动论，电磁学，光学都建立了完善的理论，在应用上取得了巨大 成果，物理学家普遍认为，以后需要做的一点点工作就只是把物理 常 数的测量弄得再准确一些（小数点后面的数字再推进一位），物 理学的发展已经到了尽头。但是x射线的发现，唤醒了沉睡的物理世 界，它像一声春雷，唤醒了更多的物理学家，把人们的注意力引向 更广阔的天地，揭开了现代物理学革命的序幕。 X射线的发现对于自然科学的发展有极为重要的意义，它像一根导火 索，引起了一连串的反应，许多科学家投身于X射线和阴极射线的研 究，导致了放射性，电子，以及α,β射线的发现，为原子物理的发展 奠定了基础。 由于科学家对X射线的探索，发现了X射线的衍射现象，由此打开了 研究晶体结构的大门，根据晶体衍射的数据，可以精确的求出阿伏 伽德罗常数
上游充通大警 重要意义 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 在研究X射线的性质时，还发现X射线具有标识谱 线，其波长有特定值，和X射线管阳极元素的原 子内层电子的状态有关，由此可以确定原子序数， 并了解原子内层电子的分布情况。 开创了放射学这门新学科，在开发了适当的技术 之后，对于外科医术就具有无上的价值。 二十世纪的前三十年，X射线的性质也为波粒二 象性提供了重要依据。此时牛顿的体系渗入新的 物理学学说中，打破了这一体系在当时解释实验 的结果时尊为唯一无二的学说，促使其和其他学 说并用，建立了一些全新的概念
重要意义 在研究X射线的性质时，还发现X射线具有标识谱 线，其波长有特定值，和X射线管阳极元素的原 子内层电子的状态有关，由此可以确定原子序数， 并了解原子内层电子的分布情况。 开创了放射学这门新学科，在开发了适当的技术 之后，对于外科医术就具有无上的价值。 二十世纪的前三十年，X射线的性质也为波粒二 象性提供了重要依据。此时牛顿的体系渗入 新的 物理学学说中，打破了这一体系在当时解释实验 的结果时尊为唯一无二的学说，促使其和其 他学 说并用，建立了一些全新的概念