厚积薄发
Page 5
学而知新
X射线分析系列教程
1845 年 3 月 27 日生于德国莱茵省的雷内普（ Lennep）。 1868年伦琴毕业于瑞士苏黎世联邦工程学院，成为一 名机械工程师。 1869年，获哲学博士学位。 1889-1893年任耶拿大学和乌德勒兹两大学的教授。 1894 -1900 年任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究 所所长。他是柏林和慕尼黑科学院的通讯院士。
厚积薄发
Page 10
学而知新
X射线分析系列教程
1895年年底，他以通信方式将这一发现公之于众。题为 《一种新射线（初步通信）》。 伦琴在一开始并没弄清楚X射线的本质。因为当时电子还 未发现，阴极射线的本质还没有搞清楚。因此伦琴把这 种新发现的射线取名为X射线。 在伦琴之前，就有人在研究阴极射线的过程中发现了X 射线，但没有得出正确的认识。而伦琴经过长期磨炼， 掌握了完美的实验艺术，摆脱了任何偏见，在研究中一 贯严谨自觉，才抓住机遇作出别人作不出的新发现。正 如法国微生物学家巴斯德的名言：“机遇偏爱有准备的 头脑。”
厚积薄发
Page 8
学而知新
X射线分析系列教程
伦琴意识到这可能是某种特殊的射线，它具有特别强的 穿透力，从来没有观察到过。于是立刻集中全部精力进 行彻底的研究。他一连许多天把自己关在实验室里，连 自己的助手和家人都不告知。 他把密封在木盒中的砝码放在这一射线的照射下拍照， 得到了模糊的砝码照片；他把指南针拿来拍照，得到金 属边框的深迹；他把金属片拿来拍照，拍出了金属片内 部不均匀的情况。他深深地沉浸在这一新奇现象的探讨 中，达到了废寝忘食的地步。
0.001
0.01 0.1 1.0 10.0 100 200 nm
厚积薄发 学而知新
Page 21
X射线分析系列教程
X射线的能量
量子理论将X射线看成由一种量子或光子组成的粒子流，每 个光子具有的能量为： (依据X射线的波长即可计算出其能量)
1.24 E (keV ) h h (nm)
1923年2月10日因癌症在慕尼黑去世，享年78岁。
厚积薄发
Page 6
学而知新
X射线分析系列教程
伦琴对科学作出的最大贡献是在 1895 年从实验中发现 了X射线，并随后对其性质进行了深入研究，从而为多 种科学领域提供了一种有效的研究手段。他还有一项 意义重大的发现，就是所谓的伦琴电流。此外，他还 在弹性、液体的毛细作用、气体比热、热在晶体中的 传导、压电效应以及偏振光的磁致旋转等方面也都有 研究。 伦琴对科学有崇高的献身精神。他无条件地把 X射线的 发现奉献给全人类，自己没有申请专利。
X射线分析系列教程
X射线衍射分析技术
Page 1
X射线分析系列教程
第六章 X射线衍射分析技术
6.1 前言 6.2 X射线物理学基础 6.3 X射线衍射 6.4 X射线衍射仪器 6.5 X射线粉末衍射及应用
厚积薄发
Page 2
学而知新
X射线分析系列教程
6.1 前言
简单的回顾
1895年，物理学已经有了相当的发展，它的几个主要部 门--牛顿力学、热力学和分子运动论、电磁学和光学， 都已经建立了完整的理论，在应用上也取得了巨大成果。 这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶了，以后 的任务无非是在细节上作些补充和修正而已，没有太多 的事好做了。 然而, X射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。因伦琴发 现X射线，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引 向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命 的序幕。
厚积薄发
Page 7
学而知新
X射线分析系列教程
2.X射线的发现过程
1895年，伦琴已经是五十岁的人了，当时他正担任维尔 茨堡大学校长和该校物理研究所所长。 1895 年 11 月 8 日， 正当伦琴继续在实验室里从事阴极射线的实验工作，一 个偶然事件吸引了他的注意。当时，房间一片漆黑，放 电管用黑纸包严。他突然发现在不超过一米远的小桌上 有一块亚铂氰化钡做成的荧屏发出闪光。他很奇怪，就 移远荧光屏继续试验。只见荧光屏的闪光，仍随放电过 程的节拍断续出现。他取来各种不同的物品，包括书本、 木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同 的物品效果很不一样。有的挡不住，有的起到一定的阻 挡作用。
厚积薄发
Page 23
学而知新
X射线分析系列教程
连续谱(或韧致辐射)：高速 电子在阳极原子核场中运动 受阻，能量迅速损失而产生 宽带连续X射线谱。
特征X射线：当化学元素受 高能光子或粒子照射，如内 层电子被激发，将产生空穴， 当外层电子跃迁时，就会放 射出特征X射线。
厚积薄发
Page 24
学而知新
X射线分析系列教程
Cu 靶 产 生 的 X 射 线 谱
厚积薄发
Page 25
学而知新
X射线分析系列教程
4.特征X射线的产生
1920年，W. Kossel首次正确的提出了依照波尔（Bohr）的 电子能级理论对X射线光谱的合理解释： 一个原子内的所有电子是分布在K, L, M, N(对应于 n=1,2,3,4,…）等若干个壳层里面。 该理论推测：相邻壳层间的能量差随着主量子数n的减小而 增加，而且从n=2到n=1的电子跃迁会导致非常强烈的辐射 （短波长）； 相反，外层电子跃迁（例如，从n=5到n=4）就弱得多（长 波长).
厚积薄发
Page 20
学而知新
X射线分析系列教程
X射线的波长范围
X射线是一种波长较短的电磁辐射： 波长0.01 ~ 10nm；能量：124 keV - 0.124 keV 其短波段与γ 射线长波段相重叠，其长波段则与真空紫外 的短波段相重叠。
g-rays X-rays UV Visual
厚积薄发
Page 27
学而知新
X射线分析系列教程
如果入射电子的能量足够高的话，他们就会将靶材料中的 原子K壳层电子打出，因而产生一个空位。 (需要明确的是，K到L的激发是不可能发生的，因为L壳层 已被占据：激发必须是从n=1到n=∞。) 只要空位一旦产生，它可以被该原子L或M壳层上的电子填 充。这样的内部电子跃迁就导致产生了短波长的，具有高 “穿透”能的“特征”X射线。 (因为电子流用于产生X射线，所以X光管必须是真空的—— 用于分散到达标靶的能量流量，而且靶的阳极支持材料是 由循环水冷却。)
厚积薄发
Page 9
学而知新
X射线分析系列教程
平时一直帮他工作的伦琴夫 人感到他举止反常，以为他 有什么事情瞒着自己，甚至 产生了怀疑。六个星期过去 了，伦琴已经确认这是一种 新的射线。才告诉自己的亲 人。1895年12月22日，他邀 请夫人来到实验室，用他夫 人的手拍下了第一张人手X 射线照片（如图）。
X射线衍射分析的基础
厚积薄发
Page 15
学而知新
X射线分析系列教程
5.莫塞莱定律
1914 年也是 X 射线物理学进展的重要一年，莫塞莱 （ Henry Gwyn-Jeffreys Moseley）对 X射线轰击不同 靶金属后所产生的特征谱线进行了一系统研究 ，证明 如给各元素指定一定序号 Z（后来称之为原子序数）， 任何元素 X射线谱线的频率的平方根是原子序数的函 数 即:(1/)1/2=Q(Z-) X射线荧光分析的基础
厚积薄发
Pa程
X 射 线 管
劳 厄 斑 点
铅 屏
晶体
底 片
晶体可看作三维 立体光栅 根据劳厄斑点的 分布可算出晶面间距 掌握晶体点阵结构
厚积薄发 学而知新
Page 13
X射线分析系列教程
德国物理学家
劳厄 ue (1879-1960)
劳埃实验的成功可 以认为是凝聚态物 理学发展史上的一 个里程碑，奠定了 劳埃作为射线衍射 学的开拓者的历史 地位。
公式 E(keV) (nm) =1.24/ E (nm) MgK 1.253 0.9895 CaK 3.69 0.3360 FeK 7.057 0.1757 PbL 10.55 0.1175
c
厚积薄发
Page 22
学而知新
X射线分析系列教程
2.X射线的产生
X射线是由高能量粒子（电子）轰击原子所产生的电磁辐射， 包括： - 连续谱(或韧致辐射) - 特征X射线
厚积薄发
Page 18
学而知新
X射线分析系列教程
6.2 X射线物理学基础
目录 什么是X射线？
X射线的产生
X射线的性质
厚积薄发
Page 19
学而知新
X射线分析系列教程
1.什么是X射线？
X射线的本质
X射线和可见光一样，都显示波粒二象性，故两者的本质 是相同的， 都会产生干涉、衍射、吸收和光电效应等现象， 两者的主要差别于波长不同。 X射线是由高能量粒子轰击原子所产生的电磁辐射，电磁 辐射的辐射能是由光子传输的，而光子所取的路径是由波 动场引导。 X射线这种波、粒二象性，可随不同的实验条件表现出来。 显示其波动性有：以光速直线传播、反射、折射、衍射、 偏振和相干散射；显示其微粒性有：光电吸收、非相干散 射、气体电离和产生闪光等。
厚积薄发
Page 14
学而知新
X射线分析系列教程
4.布拉格定律
1913年，W.L.Bragg父子即对这些劳埃斑点进行了深入 的研究，证明劳埃衍射花样中的各个斑点可以认为是 由晶体中原子较密集的一些晶面反射而得出的，由此 得出著名的
布拉格公式：nλ =2d sinθ （λ =波长 θ =入射角 d=晶面间距）。
厚积薄发
Page 16
学而知新
X射线分析系列教程
1943年：科学家获得DNA的X射线衍射图
厚积薄发
Page 17
学而知新