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原理以及最新发展与应用
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日 月 二〇年．
摘 要
随着科技的发展，基于傅里叶光学的X射线衍射技术发展越来越先进，形成了X射线衍射成像（X-ray diffraction imaging，XDI）和相干X射线衍射成像(coherent X-ray diffractive imaging，CXDI/CDI)等技术，它们广泛应用于材料、医学、生物、物理等领域，为人们探索微观世界的结构提供很好的工具。本文主要论述了X射线衍射的基本原理，并讲述了它们在不同应用中的最新发展，包括X射线衍射成像和相干X射线衍射成像的二维、三维成像等技术，同时简单的说明了它们在一些领域的应用。
关键词： X射线衍射；X射线衍射成像；相干X射线衍射成像
1 前言
近几十年来，X射线衍射成像技术得到快速发展，它具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点，大量的用于材料内部结构分析、生
物分子探究、医学以及危险品扫描等领域。近一个世纪以来，科学家们不断探索测定物质结构的方法，希望能够看到物质内部的原子是如何排列的。而传统用的最多的方法是X射线晶体衍射分析的方法(XRD)能够实现物质的结构的测定，但它存在一定的局限性，然而在实际应用中，会受到很多的限制，为了更好的研究物质的结构，科学家们做了大量的工作，对X射线衍射技术进行改进升级，取得了一些最新的更成果，例如X射线衍射成像技术（X- ray
diffraction imaging，XDI）、相干X射线衍射成像技术（coherent X-ray diffractive
imaging，CXDI/CDI）等。
近年来，X射线衍射增强成像（X Ray Diffraction enhanced imaging，DEI）也发展迅速。射线相位衬度成像是一种新型的X射线成像技术，通过记录射线穿过物体后相位的改变对物体进行成像，可以提供比传统的X射线吸收成像更高的图像衬度以及空间分辨力。衍射增强成像方法(X Diffraction enhanced
imaging,DEI)是X射线相位衬度成像方法之一，利用一块放置在物体和探测器之间的分析晶
体提取物体的吸收、折射以及散射信息并进行成像。但是它跟X射线衍射成像方法不同，不是同一种技术。
企业网络营销策略 射线衍射基本原理X 2
2.1 傅里叶变换与衍射
光是一种波，它具有传播速度、相位等信息，它可以发生干涉、衍射等现象。
光场可以用数学表达式来描述。当光经过晶体时，会发生衍射现象。
2.1 光的传播图像图
光衍射的数学表达式：
?)?ri(kt??f(r)edk?()?r （2.1）
间有有散的空射体所
现在扩展的定义域到整个空间，可得： )(rf
?)?t?ki(rf(r)edr???(k) 全空间 ?rikit???f(?er)edr （2.2）
全空间
从上式可看出衍射就是一个傅里叶变换。
而傅里叶逆变换为：
1 rk?j?F(k)ed(fr)?k （2.3） ?2 空间K所有
上式说明，收集到所有的衍射信息，是能回推出所有晶体信息所以的，)r(f
可以通过合适的方法利用该式得到晶体的内部信息。衍射问题FraunhoferX射线衍射运动学理论：该理论把衍射现象作为三维而且散射线通来处理，认为晶体的每个体积元的散射与其它体积元的散射无关，也能得出衍射这样处理可以得出足够精确的衍射方向，过晶体时
不会再被散射。 强度。 射线衍射的基本工作原理2.2 方差齐性检验X射线因在结晶内遇到规X将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，射线在某些方向上相位得到加强，X则排列的原子或离子而发生散射，散射的 2.2从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。图为晶体衍射图。 衍射X射线满足布拉格（W.L.Bragg）方程：
?? 2.4） （ 深海异种，，（n=01，23…） .?nsin2d
θX射线的波长；是衍射角；d是结晶面间隔；n是整数。λ式中：是
2.2 晶体衍射图图
即结晶内原子或离进而求得面间隔，可用已知的X射线衍射角测定，波长λ射线强度和面间隔与已知的表对照，即可X子的规则排列状态。将求出的衍射射线强度的比较，可进行确定试样结晶的物质结构，此即定性分析。从衍射X 定量分析。衍射实验方法中，基本方法有单晶法、多晶法和双晶法。下面将简单的介绍这几种方法。
单晶X射线衍射分析的基本方法为劳埃法与周转晶体法。
劳埃法以光源发出连续X射线照射置于样品台上静止的单晶体样品，用平板底片记录产生的衍射线。劳埃法的衍射花样由若干劳埃斑组成，每一个劳埃斑相应于晶面的1构造区～n级反射，各劳埃斑的分布构成一条晶带曲线。
2.3 图劳埃法结构图
用以样品转动轴为轴线的圆周转晶体法以单射线照射转动的单晶样品，X这样的衍射花样容易在底片上形成分立的衍射斑。柱形底片记录产生的衍射线，周转晶体法适用于未知晶体的结构分析。准确测定晶体的衍射方向和衍射强度，很容易分析对称性较低的晶体（如正交、单斜、三斜等晶系晶体）结构，但应用 较少。 射线衍射方法包括照相法与衍射
仪法。多晶X根并用底片记录衍射花样。X射线照射多晶样品，照相法以光源发出的特征其中德拜据样品与底片的相对位置，照相法可以分为德拜法、聚焦法和针孔法， 法应用最为普遍。
2.4 图德拜法原理图
图2.5 德拜法窄条底片
答记者问中煤第七十一工程处用卷成圆柱状并与射线照射到小块粉末样品上，德拜法以一束准直的特征X样品同轴安装的窄条底片记录衍射信息，获得的衍射花样是一些衍射弧，如图 2.5所示。射线测X射线发生器、X射线衍射仪以布拉格实验装置为原型。衍射仪由X2.6所示，是以特征角仪、辐射探测器和辐射探测电路4个基本部分组成，如图X射线照射多晶体样品，并以辐射探测器记录衍射信息的衍射实验装置。衍射仪准确和可以自动进行数据处理等特点在许多领域中取代了照快捷、法以其方便、．
相法，现在已成为晶体结构分析等工作的主要方法。
2.6 图 X射线衍射仪
使符合布拉格条件的某X双晶衍射仪用一束射线照射一个参考晶体的表面，射线在很小角度范围内被反射，这样便得到接近单并受到偏振化一波长的XX的窄反射线，再用适当的
光阑作为限制，就得到近乎准值的X射线束。把此及Δθ 射线作为第二晶体的入射线，第二晶体和计数管在衍射位置附近分别以 角度摆动，就形成通常的双晶衍射仪。Δ(2θ)射线衍射成像都要用到X以上为最基础的X射线衍射成像技术知识，一切 这些基本的知识。射线衍射成像X3
射线衍射成像3.1 X
射线衍射成像有一定的区别和联系。射线衍射与X相对来说：X射线衍射而XX联系是最基本的原理是一样的，射线衍射是最基本的技术， 成像是在这技术上发展而成的。 主要的区别是： (one-dimensional detector)检测。XRD = X-ray diffraction：是用一维检测器检(two-dimensional detector)是用二维检测器XDI = X-ray diffraction imaging： 测得到的影像。通过检测器得到的数据，进行分析计算，利用计算机处理可得到图像。
射线衍射成像应用X3.2
生物分子结构检测等领现在X射线衍射成像已经广泛应用于物质结构检测、
域。）在安全检查有一些应用，包括检测和多种XDI射线衍射成像（X-同时．
：有机（塑料），液体，自制爆炸物（热湿交换器）和特殊核材料（SNMS）。它主要是利用X射线衍射（XDI）原理，对物质进行分析与对比，同时利用电脑断层扫描等技术对物品实现成像。现在已经发展到第三代：第零代，经典X射线仪。第一代，单点断层X射线衍射成像，如图3.1；第二代，线平行X射线衍射成像，如图3.2；第三代，面平行x射线衍射成像，如图3.3。
图3.1 第一代X射线衍射成像原理图
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