x射线物理基础
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第一节 X射线物理基础
主要内容：
1.X射线的本质、产生和性质 2.X射线谱---连续谱,特征谱 3.X射线与物质的相互作用
1.1 X 射线的发现
伟大的物理学家,X射线发明者 ---伦琴
1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线 1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、 传播、穿透力等大部分性质 1901年伦琴获第一届诺贝尔奖
螢光一閃 揭開物理新紀元 照片一張 掀起報界千層浪
http://tx.liberal.ntu.edu.tw/~PurpleWoo/Literature/!%E6%95%B8%E7%90%86%E5%8C%96%E9%80%9A%E4%BF%97%E6%B C%94%E7%BE%A9/數理化通俗演義.htm
X射线衍射工作中希望细焦点和高强度；细焦点可提高分辨率； 高强度则可缩短暴光时间
2）旋转阳极靶
3、同步幅射X射线源
速度接近光速的带电粒子在磁场中作圆周运动时， 会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。
与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理 伦琴Wilhelm Conral Rontgen
X射线的发现
1914 物理 劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
晶体结构的X射线分析
2、X射线管
（1） 阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。 （2） 阳极——靶，使电子突然减速并发出X射线。 （3） 窗口——X射线出射通道。既能让X射线出射，又能使管密封。窗口材料用 金属铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成3-6°的斜角，以减少靶 面对出射X射线的阻碍。 （4）高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为热而散发了。所以靶 材料要导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此X射线管的 功率有限，大功率需要用旋转阳极。 （5） 焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X射线就是从这块面积上发 射出来的。焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯 丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点
1917 物理 巴克拉Charles Glover Barkla
元素的特征X射线
1924 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学
1937 物理
戴维森Clinton Joseph Davisson 汤姆孙George Paget Thomson
电子衍射
1954 化学 鲍林Linus Carl Panling
劳厄法ห้องสมุดไป่ตู้射线衍射实验的基本装置与所拍的照片
X射线也是电磁波的一种，波长在10－8 cm左右。 它具有波粒二象性。即 它既具波动性，又具有粒子性。
在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反映在 传播过程中发生干涉、衍射作用。
在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它的 粒子性。
X射线的波动性： X射线作为电磁波的具有电场矢量和磁场矢量。 它以一定的波长和频率在空间传播。 Ｖ＝Ｃ／λ
构成的。它具有一定能量和动量。
能量ε和动量p与X射线光子的频率v和波长λ之间的关
系如下：
ε＝hv=hc/λ
p＝h/λ
h为普朗克常数，为
c 为光速，为
1.3 X射线的产生
1、 原理
电磁学原理： 当带电粒子在加速或减速过程中，会释放出电磁
波，在巨大加速或减速过程中，所释放的电磁波具 有高能量，当其波長在10-12－10-8m則成X光。
X射线的波长范围：100- 0.01Å 或 10-0.001nm
硬X射线： 0.05-2.5 Å
0.5-2.5 Å 主要用于晶体结构分析
0.05-1 Å 主要用于金属探伤等
软X射线： 10-100 Å 主要用于医学
波长的单位：nm（纳米） 法定单位
Å
过去的常用单位
KX
晶体学单位（不常用）
换算关系： 1nm = 10-9m =10 Å
中子谱学 中子衍射
1.2、X 射线的本质
粒子流？电磁波？
第一节 X射线物理基础
在伦琴的两名研究生弗里德里希（W. Friedrich）和克尼(Knipping) 的帮助下，劳厄进行了第一次X射线衍射实验，并取得了成功。
第一次X射线衍射实验所用的仪器。所用的晶体是硫酸铜。
爱因期坦称，劳厄的实验是“ 物理学最美的实 验”。它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶 体的结构的周期性。
X射线衍射分析
第一篇：X射线衍射分析（XRD）
X射线物理基础 X射线晶体学基础 X衍射理论※ X衍射的应用※
1.怎样得到一张好的粉末衍射谱？ 2.从一张图谱中可以挖掘出什么样的信息？
〈1〉衍射峰位置：物相定性 〈2〉衍射峰强度：物相含量 〈3〉衍射峰型以及面积：结晶度 〈4〉峰型拟合：晶粒尺寸及微观应变 〈5〉全谱精修：晶胞参数计算 〈6〉应力分析 〈7〉粉末法未知晶体结构解析
化学键的本质
1962 化学
肯德鲁John Charles Kendrew 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz
蛋白质的结构测定
1962
生理医学
Francis Maurice
H.C.Crick、JAMES h.f.Wilkins
d.Watson、
脱氧核糖核酸DNA测定
1964 化学 Dorothy Crowfoot Hodgkin
波长
高能辐射区 γ射线 能量最高，来自于核能级跃迁
χ射线 来自内层电子能级的跃迁
光学光谱区 紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁
可见光
红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁
波谱区 微波
来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁
无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁
长
X射线粒子性：
X射线的粒子性表现在它是由大量的不连续的粒子流
青霉素、B12生物晶体测定
1985 化学
霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle
直接法解析结构
鲁斯卡E.Ruska
电子显微镜
1986 物理 宾尼希G.Binnig
扫描隧道显微镜
罗雷尔H.Rohrer
1994 物理
布罗克豪斯 B.N.Brockhouse 沙尔 C.G.Shull
第一节 X射线物理基础
主要内容：
1.X射线的本质、产生和性质 2.X射线谱---连续谱,特征谱 3.X射线与物质的相互作用
1.1 X 射线的发现
伟大的物理学家,X射线发明者 ---伦琴
1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线 1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、 传播、穿透力等大部分性质 1901年伦琴获第一届诺贝尔奖
螢光一閃 揭開物理新紀元 照片一張 掀起報界千層浪
http://tx.liberal.ntu.edu.tw/~PurpleWoo/Literature/!%E6%95%B8%E7%90%86%E5%8C%96%E9%80%9A%E4%BF%97%E6%B C%94%E7%BE%A9/數理化通俗演義.htm
X射线衍射工作中希望细焦点和高强度；细焦点可提高分辨率； 高强度则可缩短暴光时间
2）旋转阳极靶
3、同步幅射X射线源
速度接近光速的带电粒子在磁场中作圆周运动时， 会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。
与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理 伦琴Wilhelm Conral Rontgen
X射线的发现
1914 物理 劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
晶体结构的X射线分析
2、X射线管
（1） 阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。 （2） 阳极——靶，使电子突然减速并发出X射线。 （3） 窗口——X射线出射通道。既能让X射线出射，又能使管密封。窗口材料用 金属铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成3-6°的斜角，以减少靶 面对出射X射线的阻碍。 （4）高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为热而散发了。所以靶 材料要导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此X射线管的 功率有限，大功率需要用旋转阳极。 （5） 焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X射线就是从这块面积上发 射出来的。焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯 丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点
1917 物理 巴克拉Charles Glover Barkla
元素的特征X射线
1924 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学
1937 物理
戴维森Clinton Joseph Davisson 汤姆孙George Paget Thomson
电子衍射
1954 化学 鲍林Linus Carl Panling
劳厄法ห้องสมุดไป่ตู้射线衍射实验的基本装置与所拍的照片
X射线也是电磁波的一种，波长在10－8 cm左右。 它具有波粒二象性。即 它既具波动性，又具有粒子性。
在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反映在 传播过程中发生干涉、衍射作用。
在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它的 粒子性。
X射线的波动性： X射线作为电磁波的具有电场矢量和磁场矢量。 它以一定的波长和频率在空间传播。 Ｖ＝Ｃ／λ
构成的。它具有一定能量和动量。
能量ε和动量p与X射线光子的频率v和波长λ之间的关
系如下：
ε＝hv=hc/λ
p＝h/λ
h为普朗克常数，为
c 为光速，为
1.3 X射线的产生
1、 原理
电磁学原理： 当带电粒子在加速或减速过程中，会释放出电磁
波，在巨大加速或减速过程中，所释放的电磁波具 有高能量，当其波長在10-12－10-8m則成X光。
X射线的波长范围：100- 0.01Å 或 10-0.001nm
硬X射线： 0.05-2.5 Å
0.5-2.5 Å 主要用于晶体结构分析
0.05-1 Å 主要用于金属探伤等
软X射线： 10-100 Å 主要用于医学
波长的单位：nm（纳米） 法定单位
Å
过去的常用单位
KX
晶体学单位（不常用）
换算关系： 1nm = 10-9m =10 Å
中子谱学 中子衍射
1.2、X 射线的本质
粒子流？电磁波？
第一节 X射线物理基础
在伦琴的两名研究生弗里德里希（W. Friedrich）和克尼(Knipping) 的帮助下，劳厄进行了第一次X射线衍射实验，并取得了成功。
第一次X射线衍射实验所用的仪器。所用的晶体是硫酸铜。
爱因期坦称，劳厄的实验是“ 物理学最美的实 验”。它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶 体的结构的周期性。
X射线衍射分析
第一篇：X射线衍射分析（XRD）
X射线物理基础 X射线晶体学基础 X衍射理论※ X衍射的应用※
1.怎样得到一张好的粉末衍射谱？ 2.从一张图谱中可以挖掘出什么样的信息？
〈1〉衍射峰位置：物相定性 〈2〉衍射峰强度：物相含量 〈3〉衍射峰型以及面积：结晶度 〈4〉峰型拟合：晶粒尺寸及微观应变 〈5〉全谱精修：晶胞参数计算 〈6〉应力分析 〈7〉粉末法未知晶体结构解析
化学键的本质
1962 化学
肯德鲁John Charles Kendrew 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz
蛋白质的结构测定
1962
生理医学
Francis Maurice
H.C.Crick、JAMES h.f.Wilkins
d.Watson、
脱氧核糖核酸DNA测定
1964 化学 Dorothy Crowfoot Hodgkin
波长
高能辐射区 γ射线 能量最高，来自于核能级跃迁
χ射线 来自内层电子能级的跃迁
光学光谱区 紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁
可见光
红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁
波谱区 微波
来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁
无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁
长
X射线粒子性：
X射线的粒子性表现在它是由大量的不连续的粒子流
青霉素、B12生物晶体测定
1985 化学
霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle
直接法解析结构
鲁斯卡E.Ruska
电子显微镜
1986 物理 宾尼希G.Binnig
扫描隧道显微镜
罗雷尔H.Rohrer
1994 物理
布罗克豪斯 B.N.Brockhouse 沙尔 C.G.Shull