X射线实验报告

X射线的布拉格衍射和康普顿散射实验

杨笑生

（北京邮电大学理学院,100876）

摘要：本实验使用X光机测量X射线的布拉格衍射求出不同晶体的晶格常数，和使用铝块时X射线康普顿散射的康普顿位移。

关键词：X射线衍射；康普顿位移；晶格常数

Bragg diffraction and Compton scattering experiment of X-ray

Tian He

(School of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing, 100876, China) Abstract: In this experiment we use X-ray apparatus to measure the lattice constants of different crystal under

X-ray Braggdiffraction and the Compton shift of the X-ray Compton scattering with aluminum blocks. Keywords: XRD; Compton shift; lattice constant

在各种测量方法中，X 射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。由于晶体的广泛应用和特殊性能，X 射线衍射分析日益成为研究晶体最方便和重要的手段。

1 实验原理

1.1 X-衍射技术

晶体是由原子、离子或分子周期性排列构成的固体物质。原子的间距与入射X 射线波长数量级相当，故可视为三维衍射光栅。当X 射线照射晶体时，各原子中的电子受激而同步振动，振动的电子作为新辐射源向四周放射波长与原入射线相同的次生X 射线，即相干散射的过程。干涉加强就在某些方向上出现衍射线。若照相法收集衍射线，则可使胶片感光，留下相应的衍射花样。

1.2 布拉格衍射

晶格对电磁波的衍射，可看作多个晶面对电磁波反射的相干叠加。通常两种方式考虑：一是固定晶面（例如只考虑简单晶面），考虑反射时可从不同角度入射，而不同晶面间的反射正好相差波长整数倍时相干加强；另一种是只考虑与入射方向垂直的晶面，如果这样的晶面间距为半波长的整数倍则相干加强。两种方式得到的相干加强条件等价，称为布拉格条件：

2d sinθ = nλ

其中d即为原子的晶格常数， θ为入射线或反射线与反射面的夹角， λ为X射线的波长。1.3 康普顿散射

X射线通过物质发生散射的实验发现，散射光中除了有原波长 λ0的X光外，还产生了波

长 λ > λ0的X光，波长增量 ∆λ = λ - λ0称为康普顿位移，随散射角 φ的增大而增加，此现象称为康普顿效应。光子理论解释：X射线的散射是单个电子和光子发生弹性碰撞的结果。根据碰撞前后动量和能量守恒解得：

∆λ = λ - λ0 =

称为康普顿散射公式。

铜滤波片的透射系数T与X射线的波长 λ满足一定函数关系，测出T就可以算出波长。 实验中先测出无滤波片时铝块的散射强度R0，再测出滤波片在铝块前后的散射强度R1和

R2。由于射线很弱，须考虑本底强度R( I = 0)。则有公式:

2 实验数据及分析

2.1 X射线的布拉格衍射

在靶台上安放NaCl(LiF )晶体，仪器调零。钼阳极K和K射线波长分别为71.08pm 和63.06pm.仔细调节靶和探测器的角度，使计数率最大。运行软件，确认仪器处于耦合模式下开始扫描，仪器将数据传输到计算机。

NaCl LiF

级数 1 2 3

βαβαβαNaCl 6.4 7.2 12.9 14.6 19.6 22.2 LiF 9.0 10.2 18.3 20.7

表1晶体衍射角度和级数(单位：度)