实验名称：X射线实验
一、实验目的：
1.了解X射线的产生及有关晶体的基本知识。
2.掌握晶体中X射线衍射理论。
3.测量单晶NaCl、LiF的晶面距及晶格常数。
二、实验仪器：
554—81型X射线衍射仪：NaCl单晶，面心立方体结构，表明：平行（100）
三、实验原理：
1.布拉格方程
设一束波长为λ的单色X射线射到晶体上，入射X射线将被晶体中原子的电子散射，每一个原子构成散射波的波源，这些散射波是相干的，在某个方向上的衍射波就是从晶体中全部原子所发出的波在这个方向上的叠加。
只有当散射波之间的光程差等于零或波长的整数倍时，才在空间互相加强，否则将相互抵消。
研究X射线在晶体中衍射时，可把晶体看作是由某一晶面族所组成，X射线平行地入射到晶面族上，如图1所示。
先就一个晶面A看，根据惠更斯原理，衍射线就是原射线在该晶面上的反射线。
由于X射线的透射能力强，在研究它在晶面族中衍射时，不仅要考虑第一个晶面A的反射，而且要考虑来自相继的晶面B,V.....的反射，这些来自相继晶面的反射线之间有一定的光程差，因而发生干涉。
对晶面距为
d的两个相邻晶面来说其反射线之间的光程差为2dsinθ(θ为掠射角)。
只有当
2dsinθ=nλn=1,2,3 (1)
得到满足时，各个晶面的反射线才互相加强，从而产生衍射线。
（1）式称为布拉格方程，它表明，当产生一定波长λ的X射线在晶面距为d的晶面族上，则只有某种X射线其波长满足（1）式才能产生衍射线。
至于衍射线的方向，无论上诉哪种情况，都是原射线在晶面上反射的方向。
通常说晶面反射X射线，应该按上诉含义来理解，这种反射称为选择反射。
2.晶体中X射线衍射的光路图
本实验所使用的554-81型组合式衍射仪主要由以下几部分组成：X 射线定位测角器、传感器、Geiger-Muller计算机等。
X射线管发出谱线，经锆滤波片下Ka线（λKa=0.711A）。
在经准直器变平行的单色X射线。
晶体的角位置（θ）测角器测量，通过传感器使计数管和（靶）以2：1的角耦合旋转，X射线晶体，反射光射向Geiger-Muller计由此记录反射光子弹数率N（单位为将数据传输给计算机，就可得到晶体的θ-N关系）
四、实验内容
1.将待测晶体放置在靶台上。
2.打开主电源开关（左侧面）
3.按U键，用ADJUST旋钮进行设置：U=35KV
按I键，用ADJUST旋钮进行设置：I=1.00mA
4.按Δt,Δβ键，用ADJUST旋钮设置所需值。
按COUPLED键β
LIMITS键，用ADJUST旋钮设置所需值（β=30度）。
5.启动软件“X-ray Apparatus”。
6.按COUPLED键及SCAN ON/OFF键，开始扫描。
7.按ZERO键，使靶和传感器臂回到零位置。
8.获取实验数据
9.关闭主电源开关，打开铅玻璃滑门，将样品放回到原处。
五、数据处理与结果
0.0686 4.2 781 8.4 300 12.6 309 0.1460 4.3 772 8.5 318 12.7 264 0.2256 4.4 811 8.6 293 12.8 144 0.3110 4.5 805 8.7 274 12.9 108 0.4102 4.6 803 8.8 256 13.0 116
0.5323 4.7 814 8.9 260 13.1 108 0.61257 4.8 837 9.0 269 13.2 108 0.73995 4.9 789 9.1 212 13.3 83 0.82880 5.0 762 9.2 194 13.4 118
0.91292 5.1 785 9.3 180 13.5 87
1.0895 5.2 760 9.4 182 13.6 105 1.1650 5.3 727 9.5 196 13.7 84 1.2525 5.4 679 9.6 174 13.8 93 1.3353 5.5 701 9.7 174 13.9 117 1.4229 5.6 678 9.8 158 14.0 146 1.588 5.7 683 9.9 166 14.1 424 1.652 5.8 701 10.0 121 14.2 750 1.713 5.9 993 10.1 164 14.3 689 1.814 6.0 1396 10.2 145 14.4 382
1.912 6.1 1416 10.3 150 14.5 150
2.08 6.2 1148 10.4 146 14.6 109 2.113 6.3 733 10.5 130 14.7 79 2.215 6.4 608 10.6 138 14.8 78 2.316 6.5 599 10.7 133 14.9 69 2.411 6.6 658 10.8 136 15.0 88 2.510 6.7 1067 10.9 127 15.1 77 2.616 6.8 2293 11.0 131 15.2 72 2.718 6.9 3112 11.1 133 15.3 72 2.8207.0 2628 11.2 119 15.4 67
2.9147.1 1279 11.3 119 15.5 79
3.0197.2 666 11.4 120 15.6 54 3.1517.3 490 11.5 101 15.7 72 3.21427.4 432 11.6 120 15.8 62 3.32507.5 432 11.7 85 15.9 75 3.43837.6 383 11.8 117 16.0 65 3.54347.7 400 11.9 117 16.1 70 3.65617.8 396 12.0 104 16.2 73 3.76267.9 372 12.1 120 16.3 70 3.86398.0 373 12.2 115 16.4 50
3.97218.1 347 12.3 138 16.5 76
4.07728.2 298 12.4 152 16.6 62 4.17608.3 289 12.5 225 16.7 53 16.85821.1 28 2
5.4 25 29.7 23
16.95321.2 29 25.5 21 29.8 43
17.05221.3 29 25.6 18 29.9 49 17.16321.4 22 25.7 18 30.0 31 17.25421.5 33 25.8 24
17.36121.6 43 25.9 31
17.46221.7 111 26.0 18 17.54221.8 162 26.1 33 17.65421.9 156 26.2 16 17.73822.0 112 26.3 23 17.84322.1 54 26.4 34
17.95122.2 30 26.5 26
18.04322.3 33 26.6 13 18.14222.4 30 26.7 18 18.23622.5 28 26.8 11 18.34922.6 25 26.9 12 18.44422.7 31 27.0 13 18.54522.8 33 27.1 16 18.63522.9 23 27.2 10 18.73323.0 30 27.3 28 18.83923.1 20 27.4 19
18.94823.2 24 27.5 21
19.04123.3 21 27.6 17 19.15223.4 13 27.7 13 19.27323.5 17 27.8 17 19.39323.6 30 27.9 15 19.46223.7 19 28.0 10 19.54023.8 24 28.1 20 19.63423.9 23 28.2 17 19.73724.0 18 28.3 13 19.83424.1 19 28.4 13
19.93524.2 19 28.5 16
20.02924.3 22 28.6 15 20.13424.4 19 28.7 16 20.24324.5 23 28.8 12 20.34024.6 22 28.9 20 20.42724.7 16 29.0 18 20.52624.8 13 29.1 14 20.63424.9 15 29.2 22 20.74425.0 20 29.3 13 20.83825.1 25 29.4 20
20.93125.2 21 29.5 20
21.02725.3 19 29.6 15
六、结果讨论与思考
根据公式: 2dsinθ=nλλ=0.711A
N=1 θ=6.1°d=3.35A
N=2 θ=6.9°d=5.92A
N=3 θ=12.6°d=4.89A
N=4 θ=14.2°d=5.80A
N=5 θ=19.3°d=5.38A
N=6 θ=21.8°d=5.74A
X射线照射到晶体上发生散射，其中衍射现象是X射线被晶体散射的一种特殊表现。
晶体的基本特征是其微观结构（原子、分子或离子的排列）具有周期性，
当X射线被散射时，散射波中与入射波波长相同的相干散射波，会互相干涉，在一些特定的方向上互相加强，产生衍射线。
晶体可能产生衍射的方向决定于晶体微观结构的类型（晶胞类型）及其基本尺寸（晶面间距，晶胞参数等）；而衍射强度决定于晶体中各组成原子的元素种类及其分布排列的坐标。