课程论文题目X射线衍射成像技术的原理以及最新发展与应用学院专业班级学生学号二〇年月日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-raydiffractionimaging，XDI）和相干X射线衍射成像(coherentX-raydiffractiveimaging，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-raydiffractionimaging，XDI）、相干X射线衍射成像技术（coherentX-raydiffractiveimaging，CXDI/CDI）等。近年来，X射线衍射增强成像（XRayDiffractionenhancedimaging，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(XDiffractionenhancedimaging,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。2X射线衍射基本原理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。图2.1光的传播图像光衍射的数学表达式：所有有散射体的空间rderfkrkti)()()(（2.1）现在扩展)(rf的定义域到整个空间，可得：全空间rderfkrkti)()()(全空间rderferkiti)(（2.2）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：空间所有KrkjkdekFrf)(21)(（2.3）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)(rf的，所以可以通过合适的方法利用该式得到晶体的内部信息。X射线衍射运动学理论：该理论把衍射现象作为三维Fraunhofer衍射问题来处理，认为晶体的每个体积元的散射与其它体积元的散射无关，而且散射线通过晶体时不会再被散射。这样处理可以得出足够精确的衍射方向，也能得出衍射强度。2.2X射线衍射的基本工作原理将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。图2.2为晶体衍射图。衍射X射线满足布拉格（W.L.Bragg）方程：.sin2nd（n=0，1，2，3⋯）（2.4）式中：λ是X射线的波长；θ是衍射角；d是结晶面间隔；n是整数。图2.2晶体衍射图波长λ可用已知的X射线衍射角测定，进而求得面间隔，即结晶内原子或离子的规则排列状态。将求出的衍射X射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的物质结构，此即定性分析。从衍射X射线强度的比较，可进行定量分析。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～n级反射，各劳埃斑的分布构成一条晶带曲线。图2.3劳埃法结构图周转晶体法以单色X射线照射转动...
