Quang học tia x

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TPHCM
KHOA VẬT LÝ
Lớp CN Lý 4
Nhóm 7
NHIỄU XẠ TIA X BỞI CÁC TINH THỂ
Lê Thị Thúy Ngân
N?I DUNG :
Tổng quan về tia X .
Tinh thể .
Nhiễu xạ tia X .
Phương pháp phân tích tinh thể .
Ứng dụng .
Ngày 8 tháng 11 năm 1895 W.C.Rơntgen đã làm thí nghiệm khi cho tia catot của ống phóng điện trong chất khí đập vào anot thì từ anot phát ra một tia lạ mà mắt thường không nhìn thấy được, nhưng khi cho tác dụng lên chất huỳnh quang thì chất này lại phát sáng nên mắt thường nhìn thấy được. Ông đặt tên cho tia này là tia X ( với chữ X có nghĩa là chưa biết ).
I. Tổng quan về tia X .
1. Qúa trình hình thành nhiễu xạ tia X bởi tinh thể :
Vào thời điểm này người ta thấy tia X là có khả năng đâm xuyên rất lớn và bức ảnh đầu tiên thể hiện khả năng này là bức ảnh chụp xương bằng tia X cho thấy rõ có đốt ngón tay .
Năm 1901 Ông được trao giải Nobel vật lý đầu tiên vì đã khám phá ra tia X.
I. Tổng quan về tia X .
1. Qúa trình hình thành nhiễu xạ tia X bởi tinh thể :
Wilhelm Conrad Roentgen (1845–1923)
Lúc này ngành tinh thể học đã bắt đầu phát triển, người ta đã biết được hình thái học của tinh thể.
Trong quá trình làm thí nghiệm khi chiếu tia X vào tinh thể Laue đã quan sát được hiện tượng nhiễu xạ. Ông cho rằng tia X là sóng và có bước sóng rất ngắn
Đây được coi là một phát hiện quan trọng nhất ở lĩnh vực tinh thể học, bởi vì từ đây người ta có thể xác định được vị trí của các nguyên tử trong tinh thể.
1. Qúa trình hình thành nhiễu xạ tia X bởi tinh thể :
I. Tổng quan về tia X .
Nhờ việc khám phá ra nhiễu xạ tia X bởi tinh thể mà năm 1914 Max Von Laue được trao giải Nobel vật lý.

1. Qúa trình hình thành nhiễu xạ tia X bởi tinh thể :
I. Tổng quan về tia X .
Tuy nhiên, các vấn đề được tính cấu trúc tinh thể từ các công thức của Laue là cực kỳ phức tạp.
Sau đó, hai cha con nhà Bragg đã tìm ra cách tính toán đơn giản hơn bằng cách giả thiết rằng mỗi mặt phẳng nguyên tử phản xạ sóng tới độc lập như phản xạ gương. (sẽ tìm hiểu kỹ hơn ở phần sau ).
1. Qúa trình hình thành nhiễu xạ tia X bởi tinh thể :
I. Tổng quan về tia X .
Nhờ việc dùng tia X để xác định cấu trúc tinh thể mà năm 1915 hai cha con nhà Bragg đã được trao giải Nobel vật lý.
William Henry Bragg
William Lawrence Bragg
Là một dạng của sóng điện từ.
Có bước sóng trong khoảng từ 0,01 đến 10 nm
Có 2 loại: tia X cứng và tia X mềm
Khả năng xuyên thấu lớn.
Gây ra hiện tượng phát quang ở một số chất.
Làm đen phim ảnh, kính ảnh.
Ion hóa các chất khí.
Tác dụng mạnh lên cơ thể sống, gây hại cho sức khỏe
2. Tia X là gì ?
I. Tổng quan về tia X .
Hãm đột ngột điện tử năng lượng cao hay dịch chuyển điện tử từ quỹ đạo cao xuống quỹ đạo thấp trong nguyên tử.
Ứng dụng nhiều trong y học và phân tích cấu trúc tinh thể
2. Tia X là gì ?
I. Tổng quan về tia X .
Tia X được phát ra khi các electron hoặc các hạt mang điện khác bị hãm bởi một vật chắn và xuất hiện trong quá trình tương tác giữa bức xạ γ với vật chất.
Thông thường để tạo ra tia X người ta sử dụng electron.
3. Cách tạo tia X :
I. Tổng quan về tia X .
Tùy thuộc vào mức năng lượng bắt đầu bước chuyển (từ lớp vỏ L hay M) ta ký hiệu các vạch K(anpha) hay Kβ. Các bước chuyển từ mức năng lượng cao hơn về lớp vỏ L, tạo thành các vạch L (L(anpha) chuyển từ mức M hay Lβ chuyển từ lớp vỏ N)…
3. Cách tạo tia X :
I. Tổng quan về tia X .
 
3. Cách tạo tia X :
I. Tổng quan về tia X .
II. Tinh thể :
1. Cấu trúc tinh thể
Tinh thể là sự sắp xếp tuần hoàn trong không gian của các nguyên tử hoặc phân tử
II. Tinh thể :
2. Chỉ số Miller
nút : hkl
chiều : [hkl]
mặt : (hkl)
Một họ mặt song song và cách đều nhau được biểu thị bằng các chỉ số Miller như nhau.
Chỉ số Miller được xác định như sau:
- Chọn một mặt phẳng không đi qua gốc tọa độ (0,0,0).
- Xác định các tọa độ giao điểm của mặt phẳng với các trục x, y và z của ô đơn vị.
- Tọa độ giao điểm đó sẽ là các phân số.
- Lấy nghịch đảo các tọa độ giao điểm này.
- Quy đồng các phân số này và xác định tập nguyên nhỏ nhất của các tử số.
II. Tinh thể :
2. Chỉ số Miller
Họ mặt có chỉ số Miller càng nhỏ có khoảng cách giữa hai mặt kế nhau càng lớn và có mật độ các nút mạng càng lớn.
II. Tinh thể :
3. Mạng đảo
Mặt phẳng trong không gian thực có thể biểu diễn bằng một nút mạng trong không gian đảo.
Mỗi nút mạng đảo tương ứng với một mặt (hkl) của tinh thể.
 
 
III. Nhiễu xạ tia X :
1. Hiện tượng
Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ.

Chiếu lên tinh thể một chùm tia X, mỗi nút mạng trở thành tâm nhiễu xạ và mạng tinh thể đóng vai trò như cách tử nhiễu xạ.
III. Nhiễu xạ tia X :
2. Định luật Vulf – Bragg
Định luật Bragg giả thiết rằng mỗi mặt phẳng nguyên tử phản xạ sóng tới độc lập như phản xạ gương.
Phương trình Vulf – Bragg:
n được gọi là “bậc phản xạ”
Phương trình này biểu thị mối quan hệ giữa góc các tia nhiễu xạ θ và bước sóng tia tới λ, khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử d.
III. Nhiễu xạ tia X :
3. Cường độ nhiễu xạ
Nhiễu xạ bởi điện tử tự do:
Nhiễu xạ bởi nguyên tử:
 
Thừa số tán xạ nguyên tử f mô tả hiệu suất tán xạ trên một hướng riêng biệt
Nhiễu xạ bởi ô mạng cơ bản:
Với ψg là hàm sóng của chùm nhiễu xạ,
Fg là thừa số cấu trúc (hay còn gọi là xác suất phản xạ tia X)
IV. Phương pháp phân tích tinh thể
1. Nhiễu xạ đơn tinh thể
a. Phương pháp ảnh Laue:
Giữ nguyên góc tới θ và thay đổi bước sóng λ để thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ Bragg.
Chùm tia X liên tục được chiếu lên mẫu đơn tinh thể và tia nhiễu xạ được ghi nhận bởi các vết nhiễu xạ trên phim.
IV. Phương pháp phân tích tinh thể
1. Nhiễu xạ đơn tinh thể
a. Phương pháp ảnh Laue:
Trên ảnh Laue ta thấy các vết nhiễu xạ phân bố theo các đường cong dạng elip, parabol hay hyperbol đi qua tâm ảnh.
Các đường cong này gọi là các đường vùng bởi mỗi đường cong đó chứa các vết nhiễu xạ của các mặt thuộc một vùng mặt phẳng trong tinh thể.
IV. Phương pháp phân tích tinh thể
1. Nhiễu xạ đơn tinh thể
P
O
2φ
S0
Màn phim
S1
a. Phương pháp ảnh Laue:
IV. Phương pháp phân tích tinh thể
1. Nhiễu xạ đơn tinh thể
a. Phương pháp ảnh Laue:
Phương pháp phản xạ: Các vết nhiễu xạ nằm trên đường hyperbol.
Phương pháp truyền qua : Các vết nhiễu xạ nằm trên một đường elip.
Xác định hướng của các trục tinh thể và tính đối xứng của các đơn tinh thể.
Do khoảng bước sóng rộng nên với một họ mặt công thức Bragg được thỏa mãn với những bước sóng khác nhau ở các bậc khác nhau
Một vết trong ảnh nhiễu xạ Laue có thể là sự chồng chập của các tia nhiễu xạ ở các bậc khác nhau gây trở ngại cho việc phân tích dựa trên độ đen của vết.
a. Phương pháp ảnh Laue:
Ưu
Nhược
IV. Phương pháp phân tích tinh thể
1. Nhiễu xạ đơn tinh thể
b. Phương pháp đơn tinh thể quay:
Giữ nguyên bước sóng λ và thay đổi góc tới θ.
Phim được đặt vào mặt trong của buồng hình trụ cố định, đơn tinh thể được gắn trên thanh quay đồng trục với buồng.
Tất cả các mặt nguyên tử song song với trục quay sẽ tạo nên các vết nhiễu xạ trong mặt phẳng nằm ngang.
Phổ nhiễu xạ sẽ là sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ vào góc quay 2θ.
IV. Phương pháp phân tích tinh thể
1. Nhiễu xạ đơn tinh thể
b. Phương pháp đơn tinh thể quay:
- Chùm tia X đơn sắc tới sẽ bị nhiễu xạ trên 1 họ mặt nguyên tử của tinh thể với khoảng cách giữa các mặt là d khi trong quá trình quay xuất hiện những giá trị thỏa mãn điều kiện Bragg
Thường thì không quay tinh thể 3600 mà chỉ dao động trong 1 giới hạn góc nào đó, nhờ vậy mà số vết nhiễu xạ có thể chập vào nhau sẽ giảm đi nhiều.
- Tất cả các mặt nguyên tử song song với trục quay sẽ tạo nên các vết nhiễu xạ trong mặt phẳng nằm ngang.
Kết quả :
b. Phương pháp đơn tinh thể quay
Kết luận:
IV. Phương pháp phân tích tinh thể
2. Nhiễu xạ đa tinh thể ( phương pháp nhiễu xạ bột )
- Sử dụng với các mẫu là đa tinh thể
- Sử dụng một chùm tia X song song hẹp, đơn sắc, chiếu vào mẫu
- Quay mẫu và quay đầu thu chùm nhiễu xạ trên đường tròn đồng tâm
Phổ nhiễu xạ sẽ là sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ vào 2 lần góc nhiễu xạ (2θ).
- Đối với các mẫu màng mỏng, cách thức thực hiện có một chút khác, người ta chiếu tia X tới dưới góc rất hẹp (để tăng chiều dài tia X tương tác với màng mỏng, giữ cố định mẫu và chỉ quay đầu thu.
Phương pháp nhiễu xạ bột cho phép xác định thành phần pha, tỷ phần pha, cấu trúc tinh thể (các tham số mạng tinh thể) và rất dễ thực hiện...
Ứng dụng :
Thường được dùng trong chụp ảnh y tế, nghiên cứu tinh thể,...
Máy nhiễu xạ tia X dùng để phân tích cấu trúc tinh thể rất nhanh chóng và chính xác, ứng dụng nhiều trong việc phân tích các mẫu chất, sử dụng trong nghiên cứu, trong công nghiệp vật liệu, trong ngành vật lí, hóa học và trong các lĩnh vực khác.
Tuy nhiên tia X có khả năng gây ion hóa hoặc các phản ứng có thể nguy hiểm cho sức khỏe con người, do đó bước sóng, cường độ và thời gian chụp ảnh y tế luôn được điều chỉnh cẩn thận để tránh tác hại cho sức khỏe.
CÁM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN
ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI
CÁM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN
ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI