什么是布拉格定律（Bragg's Law）？
发布时间：2023-03-20 08:00:00 阅读数： 960
布拉格定律是物理学的一个基本原理，解释了X射线和其他类型的电磁辐射如何被用来确定晶体的结构。布拉格定律用于计算X射线被晶体衍射的角度，以确定晶格内原子的位置。这一定律是由威廉-劳伦斯-布拉格爵士和他的父亲威廉-亨利-布拉格爵士于1913年提出的。它的提出是为了简单解释使用各种晶体衍射X射线时观察到的特征衍射图案。布拉格夫妇研究了晶体中X射线的衍射图案，并注意到X射线衍射的角度与晶格中原子之间的距离有关。因此，这一规律有助于确定和解释晶体中的原子排列。图1显示了X射线与晶体中原子的相互作用。
图1：X射线与晶体中原子的相互作用
当X射线入射到晶体结构上时，它会被组成的原子吸收，并在其周围的电子云中产生振荡。这些振荡将引起基于瑞利散射的X射线在某些方向的再发射。为了简单起见，可以认为X射线是从由其中原子的规则排列形成的晶体平面上反射出来的。这些反射的X射线将以建设性或破坏性的方式在检测器上形成衍射图案，这可以用布拉格定律来解释。X射线会偏向于某些方向，这些方向可以在从各种平行晶体平面反射的波之间产生建设性干涉，因为这些波之间的光路差是波长的整数倍。
图2：入射在晶格中的X射线
在图2中，在第一个平面（在晶格点A）反射的射线和从第二个平面反射的射线之间的路径差是IB+BJ=2IB（由于反射）。
考虑到三角形IAB，AB=d（晶格常数）。
所以。
因此。
为了使两个波之间发生建设性干涉，路径差应该是波长的整数倍（或2IB=mλ）。当这个条件得到满足时，X射线就会出现反射，并且在给定的方向上可以看到一个X射线点。否则，将发生破坏性干扰。这个条件是由布拉格定律给出的，可以用数学公式来表示。
其中m是衍射的顺序。
λ是X射线的入射波长。
d是晶格中原子之间的距离或晶格常数。
θ是X射线的入射角
应用
布拉格定律可用于识别材料。例如，在X射线衍射仪中，通过用X射线照射样品，X射线衍射被用来描述结晶材料的分子结构。使用与晶格常数（几埃）相当的波长的X射线。在改变入射角度或旋转样品时，产生的显示强烈散射峰的干涉图案被记录下来，以找到各种特征的X射线点。在不同角度的多个X射线点将被获得，因为晶体将有不同方向的各种平行平面。由于每种晶体材料都有自己的结构，这些X射线衍射点可被视为材料的指纹，因此可用于识别目的。从这些观察中可以计算出原子间距离，这有助于推断晶体中的原子/分子排列，从而确定整个晶体结构。
该定律在其他领域也很重要，如材料科学，它被用来分析材料的晶体结构。布拉格定律也被应用于生物分子的研究，它被用来确定蛋白质和其他复杂分子的结构。
