X射线的反射

编者按

1912年，德国物理学家马克斯·冯·劳厄证明了X射线的衍射现象。这种形式的光能量很高，其波长与晶格中分子之间的距离相近，因而可以用于研究晶体的结构。其他物理学家推算出了晶格间距与预计会出现明亮衍射斑点的角度之间的关系。在这篇文章中，物理学家路易斯·德布罗意的哥哥莫里斯·德布罗意介绍了记录单晶X射线衍射的方法，后来被称作旋转晶体法。该技术探测沿着一组被称作“劳厄锥”的晶面反射的X射线。许多年来这种方法一直是人们研究X射线衍射的标准方法。ft　　英文

鉴于大家对布拉格教授、莫塞莱先生以及达尔文先生关于从X射线管发射的初级辐射强度分布的研究有极大的兴趣，我已发现的另一种很方便的方法可能也会引起大家的兴趣（《法国科学院院刊》，1913年11月17日）。ft　　英文

如我们所知，反射射线的波长由方程nλ=2dsinθ确定，式中n是一个整数，d是两个平行平面间的距离，θ是掠射角。如果我们将一块晶体放在一台缓慢而有规律旋转的仪器（例如，记录式气压计）上，使晶体的一个表面沿仪器的轴向，那么反射的角度将连续不断地发生变化。ft　　英文

如果我们使一束X射线从狭缝中射出，并被此晶面反射到照相干版上，假定初级光束的强度保持不变，即可在干版上得到X射线的真实光谱。（可以通过曝光时在初级光束前方缓慢移动另一块照相干版来检验光束强度是否保持不变。）ft　　英文

这样得到的光谱与用衍射光栅得到的光谱非常类似，而且很容易使人想起那些含有连续区、谱带和谱线的普通可见光谱。ft　　英文

至今，我仅确认了莫塞莱先生和达尔文先生所描述的双线：11°17′和11°38′。这个光谱还包含比双线短大约两个倍频程的许多亮线，还有在大致相同范围内的连续谱。这些光谱线也许可用于解释伦琴的衍射图样，因为产生伦琴的衍射图样时使用的管子与产生这些谱线时使用的管子具有相同的硬度。ft　　英文

上述装置能使我们很容易地区别不同级的谱线，因为插入吸收层可以截断软射线，但并不会太明显地减弱次级和更高级的硬射线。ft　　英文

进行吸收实验也是很方便的。用这样的方法，一片0.2毫米厚的铂箔会显示出透射带。至于确切的测量方法以及目前我在改变晶体温度方面所做的实验得到的结果，都将在我即将发表的文章中进行介绍。ft　　英文

莫里斯·德布罗意

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正如布拉格首先指出的，当一束软X射线入射到云母的一个解理面上时，光束反射部分所占的比例严格遵照光学定律。除了这种普通的反射光束，布拉格指出，对于特定的入射角，由于以这些角度入射到原子中连续的平行层上的光束彼此相互增强，因而会产生一种选择性的反射。ft　　英文

我正在进行的实验似乎表明，当一个普通的反射束入射到下一个晶体表面上时，还会再次产生光学反射，但是，反射的程度取决于第二个反射面与第一个反射面之间的夹角。ft　　英文

我用的是照相记录法。第二个反射面被安装在调整好的测角仪上，照相干版紧贴在晶体后面。光束直径为1.5毫米。当两个反射面平行时，两次反射在照相干版上产生的影像是清晰的。但是，当以第一个固定反射面上反射的射线为轴旋转第二个反射面时，假如其他条件不变，则从第二个反射面上反射的光学辐射明显减弱。当反射面之间的夹角从0°增加到90°时，照相干版上记录的影像的清晰度不断降低。在角度为20°时，影像仍然很清晰；角度为50°左右时，经常检测不到影像；角度为90°时，由于影像非常微弱，在第一步显影阶段已经很难看到，而在最终冲洗出的照片上则从来没有出现过。ft　　英文

以上结果表明，X射线普通反射束的偏振特性在某种程度上完全类似于普通光的偏振。由于普通反射束的强度随着初级光束入射角的增加而迅速下降，当入射角超过78°后就很难得到确定无疑的影像了。遗憾的是，这个角度比可能的偏振角大很多。入射角在45°附近的实验尤其具有决定意义，虽然通常不能通过反射使普通光完全偏振，但在原子平面上X射线的反射并不受被辐照的晶体表面上任何污染的影响，一旦出现偏振，那么偏振角处被反射的辐射将是完全偏振的。被选择性反射的X射线与普通的反射有相同的效应。在第二次反射后总能检测到被选择性反射的辐射，但这似乎是由第一个反射面处被反射的那部分非偏振辐射在第二个反射面上发生选择性反射而造成的。ft　　英文

偏振理论可以用来解释上述结果，这得到了以下事实的强烈支持，在由两个平行反射面引起的两次反射中，第二个反射面上被反射的X射线总是多于第一个反射面上被反射的X射线；即在第二个反射面上被反射的辐射相对于入射辐射的比例，总是大于第一个反射面。这就可以预期，垂直于入射平面的振动被反射的量比在入射平面内的振动更大。与原光束相比，入射到第二个反射面上的光束中垂直于入射平面的振动所占比例更大一些，因此在第二个反射面上被反射的辐射的比例大于第一个反射面。在两个反射面相互平行的情况下，如果初始光束以偏振角入射到第一个反射面上，则在第二个反射面上它将被完全反射。ft　　英文

贾科

（沈乃澂　翻译；江丕栋　审稿）