湖北大学：《大学物理》第十七章（17-8） X射线

5.伦琴射线对晶体的衍射 (Diffraction of Rotgen Rays in the Crystal) 1)X射线(Xray) 1895年伦琴发现用高速电子冲击固体时,有一 种新射线从固体上发出来 阴级 阳级 性质( Properties)/ 伦琴,啊K. 具有很强的穿透能力,能使照片感光,空气 电离。本质是什么?不知道,就叫“X射线”吧! 当时人们以照X射线像为时髦

5. 伦琴射线对晶体的衍射 （Diffraction of Rotgen Rays in the Crystal） 1) X射线 （X-ray） 1895年伦琴发现用高速电子冲击固体时，有一 种新射线从固体上发出来。 性质 （Properties）： 具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气 电离。本质是什么？不知道，就叫“X射线”吧！ 当时人们以照X射线像为时髦。 阴级 阳级 - +

发现的X射线是什么呢?人们初步认为是一种 电磁波,于是想通过光栅来观察它的衍射现象, 但实验中并没有看到衍射现象。原因是X射线的 波长太短,只有一埃(1A)。 光栅d=3×104A(每mm333条刻痕),则第 级明线满足:(a+b)snO=k dsn=± ~0.0020 6≈snb=±/d=±13×104=33×10+rad 实际上是无法分辩的。要分辩X射线的光栅 也要在埃的数量级才行。 人们想到了晶体。因为晶体有规范的原子排 列,且原子间距也在埃的数量级。是天然的三维 光栅

发现的X射线是什么呢？人们初步认为是一种 电磁波，于是想通过光栅来观察它的衍射现象， 但实验中并没有看到衍射现象。原因是X射线的 波长太短，只有一埃（1Å）。 一光栅d=3104Å（每mm333条刻痕），则第 一级明纹满足： (a +b)sin  = k d sin =    sin =  / d = 1 Å/3104Å =3.310-4rad 实际上是无法分辩的。要分辩X射线的光栅 也要在埃的数量级才行。 人们想到了晶体。因为晶体有规范的原子排 列，且原子间距也在埃的数量级。是天然的三维 光栅。 ~0.002o

2)Laue spots 1912年德国物理学家劳厄想到了这 普朗克老师,没得到支持后,去找 士的索末菲,两次实验后终于做出 衍射实验。 劳厄,M.von 000 98-0000000010 劳厄斑 晶体 Laue spots 晶体的三维光栅 Three-dimensional crystal X射线 “ diffraction grating” X-ray Laue spots proves wave properties of X-ray

2） Laue spots 1912年德国物理学家劳厄想到了这一点，去找 普朗克老师，没得到支持后，去找正在攻读博 士的索末菲，两次实验后终于做出了X射线的 衍射实验。 X射线 X--ray 晶体 crystal 劳厄斑 Laue spots 晶体的三维光栅 Three-dimensional “diffraction grating” Laue spots proves wave properties of X-ray

3)布喇格定律 Braggs law 1913年英国布喇格父子 Brag建立了一个公式-布喇 解释劳厄斑点,而且能用于对 布喇格父子认为当能量很高的级奶到 体各层面的原子时,原子中的电子将发生强迫 振荡,从而向周围发 射同频率的电磁波, 即产生了电磁波的 散射,而每个原子 则是散射的子波波 源;劳厄斑正是散 射的电磁波的叠加

3）布喇格定律 Bragg’s law 1913年英国布喇格父子（W.H .bragg .WL Bragg)建立了一个公式--布喇格公式。不但能 解释劳厄斑点，而且能用于对晶体结构的研究。 布喇格父子认为当能量很高的X射线射到晶 体各层面的原子时，原子中的电子将发生强迫 振荡，从而向周围发 射同频率的电磁波， 即产生了电磁波的 散射，而每个原子 则是散射的子波波 源；劳厄斑正是散 射的电磁波的叠加

Adding" reflection rays from the entire family planes An incident wave(wavelength n) strikes the planes “1”and“2” bab andac vertica 1◎ B with lights a and b 2○ dd Respectively. 3○ 此公式为实验证实且可解释劳厄斑点。 The path difference for rays from adjacent planes: BD+DC=2d sin e The condition of a constructive interference 2dsnO=k(k=1.2.3 This relation is called bragg's law

  Adding “reflection” rays from the entire family planes A D a’ b’ BD + DC = 2d sin An incident wave (wavelength λ）strikes the planes “1” and “2 ” (k =1.2.3) AB and AC vertical with lights a’ and b’ respectively. B C The condition of a constructive interference: 2d sin = k This relation is called Bragg’s law. The path difference for rays from adjacent planes： d 1 2 h d 3 此公式为实验证实且可解释劳厄斑点

Bragg,'s law=ki(k=1.2.3 discuss讨论: A) with particular d and n, the maximum diff- raction can only be seen on particular directions a I b B 2 dd ③、0Db 16,日, 3 B)with particular d and e, the maximum diffraction can only be made with particular wavelengths

Bragg’s law discuss讨论： A）with particular d and , the maximum diff￾raction can only be seen on particular directions. I  1  2  3 B) with particular d and , the maximum diffraction can only be made with particular wavelengths  1 2 3 I   A D d B C 1 2 h d 3 a b’ 2d sin = k (k =1.2.3)

4)X射线衍射的应用 已知X射线的波长测定晶体的晶格常数。 原理: 2d sin o=k ? X射线分析仪 世界闻名的事件: 1953年,用于测定“DNA”脱氧核糖核酸的 双螺旋结构就是用的此法

  4）X射线衍射的应用 2d sin = k ？ ？ 1953年，用于测定“DNA”脱氧核糖核酸的 双螺旋结构就是用的此法。 原理： X射线分析仪 已知X射线的波长测定晶体的晶格常数。 世界闻名的事件：

1、DNA双螺旋结构 P代表磷酸 S代表脱氧核酸; A、T、B分别为 碱基 s ②P 2、解旋并以母链为 模板进行新的碱基 配对 3形成新的DNA分子。 P271.DNA的双旋结构,图中P代表磷酸,S代表配氧核糖,A 加品2.解旋并以母链为模板进行新的碱基配对,3形成两个新的

1、DNA双螺旋结构 P代表磷酸、 S代表脱氧核酸； A、T、B分别为 碱基 2、解旋并以母链为 模板进行新的碱基 配对。 3形成新的DNA分子