干涉,衍射,X射线衍射
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X射线衍射仪的工作原理是基于晶体对X射线的衍射效应。
当X射线照射到晶体上时,晶体中的原子会对X射线产生散射。
由于晶体内部原子面之间的间距与X射线的波长相近,这些散射波会互相干涉,从而产生衍射效应。
在X射线衍射仪中,当X射线照射到试样上时,试样会产生衍射效应。
衍射光束被辐射探测器接收,并经测量电路放大处理后,在显示或记录装置上给出精确的衍射峰位置、强度和线形等衍射信息。
这些衍射信息可作为分析各种应用问题的原始数据。
X射线衍射仪的基本组成包括:X射线发生器、衍射测角仪、辐射探测器、测量电路和控制操作、运行软件的电子计算机系统。
通过这些组件的协同工作,X射线衍射仪能够实现对试样的衍射分析,从而获得试样的晶体结构、晶格常数等信息。
以上信息仅供参考,如有需要,建议您咨询专业技术人员。
高中物理光的干涉与衍射现象在高中物理的学习中,光的干涉与衍射现象是非常重要的内容。
它们不仅是理解光的波动性的关键,也在许多实际应用中发挥着重要作用。
我们先来谈谈光的干涉。
干涉现象简单来说,就是两列或多列光波在空间相遇时相互叠加,在某些区域总加强,在另一些区域总减弱,从而出现明暗相间的条纹。
这就好像两个人同时在水面上扔石子,产生的水波相遇后会相互影响,形成新的波纹分布。
要产生明显的干涉现象,需要满足一些条件。
首先,参与干涉的光波必须频率相同。
这就好比跑步的人,如果步伐频率不一样,就很难整齐地同步前进。
其次,光波的振动方向要相同。
想象一下,如果一个人向左跑,另一个人向右跑,那他们很难一起合作完成一个有规律的动作。
再者,光波还得有恒定的相位差。
相位差可以理解为光波振动的起始时刻的差异,如果这个差异总是变化的,也就无法形成稳定的干涉条纹。
光的干涉在生活中有很多实际的应用。
比如,在光学精密测量中,我们可以利用干涉条纹的变化来精确测量长度、角度等物理量。
还有,熟悉的增透膜也是利用干涉原理。
在相机镜头或眼镜镜片上镀一层特定厚度的薄膜,通过光的干涉来减少反射,增加透射光的强度,从而让我们能拍摄出更清晰的照片,或者看东西更清楚。
接下来,我们再聊聊光的衍射。
衍射现象是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时,偏离直线传播而进入几何阴影区,并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象。
这就好像水流遇到石头,会绕过去并在石头后面形成新的水流分布。
衍射现象的发生与障碍物或小孔的尺寸和光波的波长有关。
当障碍物或小孔的尺寸与光波波长相当或比光波波长小时,衍射现象就会比较明显。
比如说,我们用很窄的缝去观察光源,就能在屏幕上看到明显的衍射条纹。
光的衍射也有很多有趣的应用。
比如在 X 射线衍射中,科学家利用X 射线通过晶体时产生的衍射现象,来研究晶体的结构。
还有,衍射光栅也是基于光的衍射原理制成的,它可以将不同波长的光分开,广泛应用于光谱分析等领域。
光的干涉与衍射光的干涉与衍射是光学中重要的现象和实验现象,对于研究光的性质和应用具有重要意义。
本文将从理论和实验两个方面,详细介绍光的干涉与衍射的基本概念、原理以及常见的实验现象和应用。
一、干涉与衍射的基本概念1. 干涉的概念干涉是指两个或多个光波相遇时相互作用的现象。
当光波相遇时,根据波的叠加原理,它们的振幅会叠加,形成新的波前。
干涉现象的基础是光的波动性,它可以发生在光的任何频段。
2. 衍射的概念衍射是指光波通过物体边缘或孔隙时,发生偏离直线传播的现象。
当光波通过一个狭缝或物体边缘时,会产生新的波前,形成衍射图样。
衍射现象的基础是光的波动性和它对物体的相互作用。
二、干涉与衍射的原理1. 干涉的原理干涉现象的产生是由于光波的相长干涉或相消干涉。
光波的相长干涉是指两个波峰或两个波谷相遇时,振幅叠加形成波峰增强的现象;而相消干涉则是指波峰和波谷相遇时,振幅叠加形成波峰减弱的现象。
根据干涉现象的不同,可以分为相干光的干涉和非相干光的干涉。
2. 衍射的原理衍射现象的发生是由于光波在通过物体边缘或孔隙时发生弯曲。
当光波通过狭缝或物体边缘时,会产生衍射波前,使光的传播方向偏离直线传播,形成衍射图样。
衍射现象的程度与波长、物体的孔径、衍射物体和观察距离等因素有关。
三、光的干涉与衍射的实验现象和应用1. 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验是干涉现象的经典实验之一。
通过在一块屏幕上开两个细缝,并用单色光照射,可以观察到明暗相间的干涉条纹。
这种实验可以验证光的波动性,测定光的波长以及研究光的干涉效应。
2. 菲涅尔衍射实验菲涅尔衍射实验是衍射现象的经典实验之一。
通过将光波通过一个边缘狭缝或物体,可以观察到光的衍射现象,产生夫琅禾费衍射图样。
这种实验可以用于测定物体的尺寸、研究光的衍射效应以及应用于光学仪器和光学器件的设计。
3. 光栅衍射光栅是一个具有规则周期结构的光学元件。
当光通过光栅时,会发生衍射现象,形成多个平行光束。
光的干涉与衍射现象比较光的干涉和衍射是光学领域中两个基本的波动现象。
它们都是由光波的传播性质引起的,但在具体的表现形式上有所不同。
本文将对光的干涉和衍射现象进行比较,以便更好地理解它们之间的区别和联系。
一、光的干涉光的干涉是指两束或多束光波相互叠加而形成明暗条纹的现象。
两束或多束光波在空间中相遇时,会相互干涉,产生干涉条纹。
干涉的条件包括光源的相干性、干涉物(如刀口、薄膜等)的形状和间距。
典型的干涉现象有杨氏双缝干涉和牛顿环干涉。
1. 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉是将一束单色光通过两个非常接近的狭缝所形成的干涉现象。
在干涉屏幕上可以观察到一系列明暗相间的条纹,这些条纹可以用来测量光波的波长。
杨氏双缝干涉说明了干涉现象是由光波的波动性质引起的。
2. 牛顿环干涉牛顿环干涉是利用光在凸透镜和平板玻璃之间的干涉现象。
当光波在平板玻璃上反射和折射后再与原来的光波相遇时,会产生明暗相间的环形条纹。
利用牛顿环干涉可以测量透镜的曲率半径和介质的折射率。
二、光的衍射光的衍射是光波传播时遇到物体缝隙、边缘等障碍物时发生的波动现象。
衍射的结果是光波传播到屏幕上时形成弧形或直线条纹的图案。
典型的衍射现象有单缝衍射和夫琅禾费衍射。
1. 单缝衍射单缝衍射是将单色光波通过一个细缝后形成的衍射现象。
在屏幕上可以观察到中央明亮、两侧暗化的衍射条纹。
根据衍射条纹的形状和间距,可以推断出光波的波长和衍射角。
单缝衍射是衍射现象的一种基本表现形式。
2. 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射是指光通过一个具有圆形或方形孔径的屏幕后产生的衍射现象。
夫琅禾费衍射的特点是在中央有明亮的中心区域,并伴随着一系列的环形和直线衍射条纹。
夫琅禾费衍射是衍射现象中的典型例子,也被广泛应用于光学实验和光学仪器中。
三、干涉与衍射的比较尽管干涉和衍射两者都是光的波动现象,但在具体表现形式上有所区别。
1. 形成条件:干涉需要两束或多束光波的相互叠加,而衍射则是光波传播时通过物体缝隙或边缘发生的波动现象。
什么是光的干涉和衍射?光的干涉和衍射是光波通过物体或孔径时发生的两种常见现象。
干涉是指两个或多个光波相互叠加形成明暗条纹的现象,而衍射是指光波在通过边缘或孔径时发生弯曲和扩散的现象。
以下是对光的干涉和衍射的详细解释和应用指导:光的干涉:光的干涉是指两个或多个光波相互叠加形成明暗条纹的现象。
干涉可以分为两种类型:构造干涉和破坏干涉。
1. 构造干涉:构造干涉是指两个或多个光波的相位差满足特定条件时形成明亮或暗淡的干涉条纹。
当两个波峰或两个波谷相遇时,它们会相长叠加,形成明亮的干涉条纹;当波峰和波谷相遇时,它们会相消叠加,形成暗淡的干涉条纹。
2. 破坏干涉:破坏干涉是指两个或多个光波的相位差没有特定条件时,叠加形成的干涉条纹没有明亮或暗淡的特征。
破坏干涉产生的干涉条纹没有规律可循,呈现出一种均匀分布的暗亮交错的图案。
光的干涉可以通过以下几个方面来解释:1. 干涉现象解释:干涉现象可以通过光的波动理论解释。
当两个或多个光波相遇时,它们会在空间中叠加形成干涉条纹。
根据叠加原理,相长叠加会增强光的强度,形成明亮的条纹;相消叠加会减弱光的强度,形成暗淡的条纹。
2. 干涉条纹特性:干涉条纹的特性取决于光波的相位差。
相位差的大小和性质决定了干涉条纹的亮度、间距和形状。
常见的干涉现象包括杨氏双缝干涉、杨氏单缝干涉、牛顿环干涉等。
3. 干涉的应用:干涉在物理学和工程学中有广泛的应用。
例如,干涉仪器如迈克尔逊干涉仪和扫描隧道显微镜可以用于测量长度、表面形貌和纳米级物体的检测。
干涉也用于光学薄膜的设计和制备、光学图案的显示和光学通信等领域。
光的衍射:光的衍射是指光波通过边缘或孔径时发生弯曲和扩散的现象。
衍射可以分为两种类型:菲涅尔衍射和菲涅耳-基尔霍夫衍射。
1. 菲涅尔衍射:菲涅尔衍射是指光波通过一个有限大小的孔径或边缘时发生的衍射现象。
当光波通过孔径或边缘时,它会弯曲和扩散,形成衍射图样。
菲涅尔衍射的特点是近场衍射,即孔径或边缘与观察点的距离很近。
名词解释x射线衍射
X射线衍射是一种用于研究晶体结构的实验技术。
当X射线通过晶体时,会发生衍射现象,形成一系列特定的衍射图样。
通过分析这些衍射图样,可以推断出晶体的结构和晶格参数。
X射线衍射实验通常使用X射线源(如X射线管)产生高能量的X射线束,然后将X射线束照射到晶体上。
当X射线与晶体中的原子相互作用时,会发生衍射现象。
根据布拉格定律,入射的X射线束与晶体中的晶面间距和入射角度有关,衍射的X射线束与晶面间距和衍射角度有关。
通过调整入射角度和检测器的位置,可以记录到一系列衍射点或衍射斑。
这些衍射点的位置和强度可以被精确测量,并用于计算晶体的结构参数,如晶胞参数、晶面间距和原子位置等。
X射线衍射技术在材料科学、晶体学、固体物理学等领域具有广泛的应用。
它可以用于确定晶体的结构、研究晶体生长和相变过程、分析材料的晶格畸变和缺陷等。
通过X射线衍射技术,可以深入了解物质的微观结构和性质,为材料设计和工程应用提供重要的基础数据。
x射线衍射原理x射线衍射是一种重要的物理现象,它在材料科学、结构分析和晶体学等领域具有广泛的应用。
本文将介绍x射线衍射的原理及其在科学研究和工程应用中的重要性。
一、x射线衍射的原理x射线衍射是指当x射线通过物质时,由于物质中的原子或分子对x 射线的散射作用,使得x射线在特定角度下发生衍射现象。
这种衍射现象是由于x射线与物质中的电子发生相互作用而产生的。
具体来说,当x射线通过物质时,它会与物质中的电子发生相互作用。
这种相互作用导致x射线的波长发生改变,从而使得x射线在特定角度下发生衍射。
根据衍射的特点,我们可以通过测量衍射角度和衍射强度来研究物质的结构和性质。
二、x射线衍射的应用1. 材料科学:x射线衍射在材料科学中具有重要的应用。
通过测量材料的衍射图样,可以确定材料的晶体结构、晶格常数和晶体缺陷等信息。
这对于材料的设计和性能优化非常关键。
2. 结构分析:x射线衍射在结构分析中也起着重要的作用。
通过测量物质的衍射图样,可以确定物质的分子结构、晶体结构和晶体取向等信息。
这对于研究分子和晶体的性质以及化学反应机理具有重要意义。
3. 晶体学:x射线衍射是研究晶体学的重要工具。
通过测量晶体的衍射图样,可以确定晶体的空间群、晶胞参数和晶体结构等信息。
这对于研究晶体的对称性和性质具有重要意义。
4. 工程应用:x射线衍射在工程领域也有广泛的应用。
例如,在材料加工过程中,通过测量材料的衍射图样,可以评估材料的晶粒尺寸和应力状态,从而指导工艺优化和质量控制。
三、x射线衍射的发展和挑战随着科学技术的不断发展,x射线衍射技术也在不断进步。
例如,近年来,高分辨率x射线衍射技术的发展使得我们能够更加准确地研究物质的微观结构和性质。
此外,结合计算模拟和数据处理技术,可以进一步提高衍射数据的分析和解释能力。
然而,x射线衍射技术也面临一些挑战。
例如,对于非晶态材料和纳米材料等复杂体系,衍射图样的解析和解释更加困难。
此外,x 射线衍射技术在实际应用中还存在成本高、设备复杂等问题,限制了其在一些领域的推广和应用。
X射线衍射是一种利用物质对X射线的散射和干涉现象来研究晶体结构的技术。
其工作原理可以描述如下:
1.X射线源:首先需要一个产生高能X射线的源,通常使用X射线管或放射性同位素。
这
些X射线源会产生一束高能X射线。
2.射线入射:产生的X射线束被定向照射到待测物质(通常是晶体)上。
X射线的波长与
晶格间距的数量级相当,所以它们可以与晶体中的原子发生散射现象。
3.散射过程:当X射线束穿过晶体时,它们会与晶体中的原子发生散射。
根据布拉格法则,
当入射X射线的波长与晶格间距匹配时,会发生构造性干涉,形成衍射图样。
4.衍射图样:被散射的X射线会以不同的角度和强度散射出去,形成特定的衍射图样,可
以通过探测器捕捉到。
5.分析和解读:通过分析衍射图样,可以确定晶体中的原子排列和晶格结构。
根据衍射图
样中出现的衍射点的位置和强度,使用数学方法进行解析,推断晶体的结构和晶胞参数。
总之,X射线衍射利用X射线与晶体中原子的相互作用,通过测量和分析产生的衍射图样来研究晶体的结构。
这种技术在材料科学、固态物理、化学等领域有广泛应用,并为了解晶体的性质和结构提供了重要手段。
光的干涉与衍射:光的干涉和衍射现象的解释光的干涉和衍射是一种波动现象,指的是光通过一系列孔隙或者物体的缝隙后产生的现象。
干涉和衍射可以解释光的波动性,展示出光作为波动的特性。
光的干涉是指在光传播路径上存在多个波源时,这些波源会相互干涉,形成干涉条纹。
干涉现象最典型的例子是双缝干涉实验。
当一个单色光经过两个互相平行、互相靠近的狭缝时,会在屏幕上形成一组干涉条纹。
这些干涉条纹是由两个狭缝上的光波相互叠加形成的。
干涉条纹的形成是由于光波的相长和相消干涉效应造成的。
当两个光波相长叠加时,它们的干涉会增强光强,形成亮条纹。
当两个光波相消干涉时,它们的干涉会减弱甚至消失光强,形成暗条纹。
这样的光的干涉现象是光波的波动性质所特有的。
另一个重要的光的波动现象是光的衍射。
衍射是指当光遇到物体或者孔隙时,光会沿着物体的边缘弯曲或者向多个方向散射的现象。
衍射实验中最典型的例子是单缝衍射实验。
当一个单色光通过一个狭缝时,光波会偏离直线传播的路径,向两边散射形成衍射图样。
衍射图样通常是一组亮暗交替的环形或直线形条纹。
这些图样是由光波通过狭缝后的弯曲和散射造成的。
衍射现象进一步证明了光是一种波动,而不仅仅是粒子的证据。
只有波动性才能解释光的衍射现象。
光的干涉和衍射现象可以用来解释许多光学现象。
例如,薄膜的颜色,彩虹的原因,光的偏振等都可以通过干涉和衍射来解释。
薄膜的颜色通常是由于通过薄膜的光波在薄膜上反射和干涉形成的;彩虹则是太阳光经过空气中的水滴,产生了多次折射和反射,形成了干涉和衍射效应;光的偏振可以通过光通过多个方向的狭缝后产生的干涉效应来解释。
光的干涉和衍射现象不仅仅在实验室中可见,我们日常生活中也能常常观察到这些现象。
例如,利用光的干涉和衍射现象我们可以看到油膜的彩虹效应、CD的彩色反射痕迹、蜘蛛网上的彩色光点等等。
这些现象的存在进一步证明了光是一种波动,而且其波动性质决定了一系列的现象和效应。
总而言之,光的干涉和衍射现象是光的波动性质的体现,它们可以用来解释许多光学现象。
干涉物理学中干涉,干涉是两列或两列以上的波在空间中重叠时发生叠加从而形成新波形的现象。
例如采用光学分束器将一束来自单色点光源的光分成两束后,再让它们在空间中的某个区域内重叠,将会发现在重叠区域内的光强并不是均匀分布的:其明暗程度随其在空间中位置的不同而变化,最亮的地方超过了原先两束光的光强之和,而最暗的地方光强有可能为零,这种光强的重新分布被称作“干涉条纹”。
干涉现象是波动独有的特征,如果光真的是一种波,就必然会观察到光的干涉现象两个或两个以上的波相遇时,在一定情况下会相互影响,这种现象叫干涉现象。
声波、光波和其他电磁波等都有此现象。
两列波在同一介质中传播发生重叠时,重叠范围内介质的质点同时受到两个波的作用。
若波的振幅不大,此时重叠范围内介质质点的振动位移等于各别波动所造成位移的矢量和,这称为波的叠加原理。
若两波的波峰(或波谷)同时抵达同一地点,称两波在该点同相,干涉波会产生最大的振幅,称为相长干涉若两波之一的波峰与另一波的波谷同时抵达同一地点,称两波在该点反相,干涉波会产生最小的振幅,称为相消干涉。
准确的说,任何光都可以发生干涉,光是一种电磁波,电磁波有波的特性,波的特性中就有一条是干涉,但是为什么普通的光源不能看到干涉呢?其实不是他们不干涉,而是干涉不明显,甚至不稳定,不能被人眼准确的看到罢了,要发生稳定干涉的条件是,两束光必须是相干的,也就是他们之间频率尽可能相同(可以略微不同,但是会导致干涉程度下降),光波震动方向相同(可以略微不同,如果震动方向相互垂直,就完全不干涉了,其他情况看两个光波震动方向相同的程度来定),最后一个就是有稳定的相位差(如果相位差不稳定,可以干涉,只不过干涉条纹会快速运动,当快到人眼不能分辨的时候,就认为是看不到干涉了)。
光的散射和衍射散射是一种物理现象,而不是物理特性。
物体表面不均匀导致入射光线经过表面反射后发向各个方向,这样的现象统称为散射。
而衍射是波的一种物理特性。
光(也可以是波)在传播路径中,遇到不透明或透明的障碍物,绕过障碍物,产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。
散射是由于反射这种物理特性遇到不均匀反射表面产生的物理现象。
而衍射是波所固有的物理特性。
光束通过不均匀媒质时,部分光束将偏离原来方向而分散传播,从侧向也可以看到光的现象,叫做光的散射。
波长短的光受到的散射最厉害,实际上是不同波长的光的反射。
光的衍射:光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。
衍射时产生的明暗条纹或光环叫衍射图样,光沿直线传播只是一种近似的规律,当光的波长比孔或障碍物小得多时,光可看成沿直线传播。
在孔或障碍物尺寸可以跟波长相比、甚至比波长还要小时,衍射就十分明显。
区别:衍射时产生的明暗条纹或光环叫衍射图样。
而散射不会产生有规律图形。
光的衍射光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学传播定律的现象。
几何光学表明,光在均匀媒质中按直线定律传播,光在两种媒质的分界面按反射定律和折射定律传播。
但是,光是一种电磁波,当一束光通过有孔的屏障以后,其强度可以波及到按直线传播定律所划定的几何阴影区内,也使得几何照明区内出现某些暗斑或暗纹。
光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学传播定律的现象。
几何光学表明,光的衍射光在均匀媒质中按直线定律传播,光在两种媒质的分界面按反射定律和折射定律传播。
但是,光是一种电磁波,当一束光通过有孔的屏障以后,其强度可以波及到按直线传播定律所划定的几何阴影区内,也使得几何照明区内出现某些暗斑或暗纹。
总之,衍射效应使得障碍物后空间的光强分布既区别于几何光学给出的光强分布,又区别于光波自由传播时的光强分布,衍射光强有了一种重新分布。
衍射使得一切几何影界失去了明锐的边缘。
意大利物理学家和天文学家F.M.格里马尔迪在17世纪首先精确地描述了光的衍射现象,150年以后,法国物理学家A.-J.菲涅耳于19世纪最早阐明了这一现象。
光的衍射现象的观察和特点衍射是一切波所共有的传播行为。
日常生活中声波的衍射、水波的衍射、广播段无线电波的衍射是随时随地发生的,易为人觉察。
但是,光的衍射现象却不易为人们所觉察,这是因为可见光的波长很短,以及普通光源是非相干的面光源。
当用一束强光照明小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时,在足够远的屏幕上会出现一幅幅不同的衍射图样。
在实验室中,过去用碳弧灯这类强点光源,而目前广泛采用氦氖激光器作光源来显示衍射现象,收到了良好的效果(图1)。
衍射现象具有两个鲜明的特点:①光束在衍射屏上的某一方位受到限制,则远处屏幕上的衍射强度就沿该方向扩展开来。
②若光孔线度越小,光束受限制得越厉害,则衍射范围越加弥漫。
理论上表明光孔横向线度ρ与衍射发散角Δθ之间存在反比关系电子衍射当电子波(具有一定能量的电子)落到晶体上时,被晶体中原子散射,各散射电子波之间产生互相干涉现象。
晶体中每个原子均对电子进行散射,使电子改变其方向和波长。
在散射过程中部分电子与原子有能量交换作用,电子的波长发生变化,此时称非弹性散射;若无能量交换作用,电子的波长不变,则称弹性散射。
在弹性散射过程中,由于晶体中原子排列的周期性,各原子所散射的电子波在叠加时互相干涉,散射波的总强度在空间的分布并不连续,除在某一定方向外,散射波的总强度为零。
理论电子衍射和X射线衍射一样,也遵循布喇格公式2dsinθ=λ(见X射线衍射)。
当入射电子束与晶面簇的夹角θ、晶面间距和电子束波长λ三者之间满足布喇格公式时,则沿此晶面簇对入射束的反射方向有衍射束产生。
电子衍射虽与X射线衍射有相同的几何原理。
但它们的物理内容不同。
在与晶体相互作用时,X射线受到晶体中电子云的散射,而电子受到原子核及其外层电子所形成势场的散射。
衍射图也可以和X射线衍射情况一样,用倒易点阵和反射球来描述产生电子衍射的条件,只是电子的波长远短于X射线,所以反射球的曲率很小。
按照索末菲公式,电子散射强度随散射角的增大而迅速下降。
于是,有效反射球面的面积不电子衍射大,可以把反射球面近似地看作通过倒易点阵原点且垂直于入射电子束的平面。
电子衍射图便是从反射球球心出发时,通过倒易点阵原点且垂直于入射电子束的倒易点阵平面在照相底板上的投影。
一般,单晶体的电子衍射图呈规则分布的斑点,多晶的电子衍射图呈一系列同心圆,非晶态物质的电子衍射图呈一系列弥散的同心圆。
单晶体的会聚束电子衍射图则呈规则分布的衍射圆盘。
当晶体较厚且甚完整时,可以得到一种由非弹性散射效应而形成的衍射图。
因为在散射过程中部分透过上层晶体的电子保持其波长不变,但略改变了方向。
对于下层晶体而言,入射电子便分布在以原入射电子束为轴的圆锥内。
这时的电子衍射图由许多对相互平行的黑、白线所组成,这种衍射图称菊池衍射图,可以用来精确测定晶体的取向。
应用电子衍射和X射线衍射一样,可以用来作物相鉴定、测定晶体取向和原子位置。
由于电子衍射强度远强于X射线,电子又极易为物体所吸收,因而电子衍射适合于研究薄膜、大块物体的表面以及小颗粒的单晶。
此外,在研究由原子序数相差悬殊的原子构成的晶体时,电子衍射较X射线衍射更优越些。
会聚束电子衍射的特点是可以用来测定晶体的空间群(见晶体的对称性)。
采用波长小于或接近于其点阵常数的电子束照射晶体样品,由于入射电子与晶体内周期地规则排列的原子的交互作用,晶体将作为二维或三维光栅产生衍射效应,根据由此获得的衍射花样研究晶体结构的技术,称为电子衍射。
这是1927年分别由戴维孙(C.T.Davison)和革末(L.H.Germer),以及汤姆孙(G.P.Thomson)独立完成的著名实验。
和X射线衍射一样,电子衍射也遵循劳厄(M.vonLaue)方程或布喇格(W.L.Bragg)方程。
由于电子与物质的交互电子衍射作用远比X射线与物质的交互作用强烈,因而在金属和合金的微观分析中特别适用于对含少量原子的样品,如薄膜、微粒、表面等进行结构分析。
X射线及其衍射X射线是一种波长很短(约为20~0.06埃)的电磁波,能穿透一定厚度的物质,并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。
在用高能电子束轰击金属“靶”材产生X射线,它具有与靶中元素相对应的特定波长,称为特征(或标识)X射线。
在用高能电子束轰击金属“靶”材产生X射线,它具有与靶中元素相对应的特定波长,称为特征(或标识)X射线。
如通常使用的靶材对应的X射线的波长大约为1.5406埃。
考虑到X 射线的波长和晶体内部原子面间的距离相近,1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出一个重要的科学预见:晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束X射线通过晶体时将发生衍射,衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强,在其他方向上减弱。
分析在照相底片上得到的衍射花样,便可确定晶体结构。
这一预见随即为实验所验证。
1913年英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶体衍射基础的著名公式──布拉格方程:2d sinθ=nλ式中λ为X射线的波长,n为任何正整数。
当X射线以掠角θ(入射角的余角)入射到某一点阵晶格间距为d的晶面上时,在符合上式的条件下,将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。
布拉格方程简洁直观地表达了衍射所必须满足的条件。
当X射线波长λ已知时(选用固定波长的特征X射线),采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中,从每一θ角符合布拉格方程条件的反射面得到反射,测出θ后,利用布拉格方程即可确定点阵晶面间距、晶胞大小和类型;根据衍射线的强度,还可进一步确定晶胞内原子的排布。
这便是X射线结构分析中的粉末法或德拜-谢乐(Debye—Scherrer)法的理论基础。
而在测定单晶取向的劳厄法中所用单晶样品保持固定不变动(即θ不变),以辐射束的波长作为变量来保证晶体中一切晶面都满足布拉格方程的条件,故选用连续X射线束。
如果利用结构已知的晶体,则在测定出衍射线的方向θ后,便可计算X 射线的波长,从而判定产生特征X射线的元素。
这便是X射线谱术,可用于分析金属和合金的成分。