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1、19诺贝尔物理学奖X射线晶体构造分析1诺贝尔物理学奖授予英国伦敦大学的亨利布拉格(SirWllia eryg，18192)和她的儿子英国曼彻斯特维克托利亚大学的劳伦斯布拉格（i ilam awrence Bragg，1890191）,以表扬她们用X射线对晶体构造的分析所作的奉献。19，劳厄有关X射线衍射的论文刊登之后不久，就引起了布拉格父子的关注.当时，亨利布拉格正在利兹大学当物理学专家,劳伦斯布拉格则刚从剑桥大学卡文迪什实验室毕业,留在该实验室工作，开始从事科学研究。劳伦斯布拉格对X射线衍射发生爱好,来源于她爸爸的启发。对于射线的本性，亨利布拉格十分关注,从1起就始终和巴克拉公开争论X射线的
2、本性是粒子性还是波动性。亨利布拉格主张粒子性,并坚持这一观点。可是劳厄所发现的射线衍射现象却不可避免地会加重波动性的份量。对此，她感到疑惑。9暑期，布拉格一家在约克郡的海滨度假时，父子俩便环绕着劳厄的论文讨论起来。由于亨利布拉格是X射线的微粒论者,她试图用X射线的微粒理论来解释劳厄的照片，因而她的尝试未能获得成功。劳伦斯布拉格并无成见,当她返回剑桥后反复研究，终于领悟到这是一种波的衍射效应。她还进一步注意到劳厄对闪锌矿晶体衍射照片所作的定量分析中存在的问题,即按照劳厄拟定的五种波长本来应当形成的某些衍射斑事实上并未在照片上浮现。通过反复思考,她挣脱了劳厄的特定波长的假设,运用原子面反射的概念(
3、图11），立即成功地解释了劳厄的实验事实。她以更为简洁的方式清晰地解释了X射线晶体衍射的形成，并且提出了出名的布拉格方程:=dsin其中n是一整数,是X射线的波长，d是原子面的间距,是射线的掠射角。这里遇到的困难是如何阐明某些斑点的消失。劳伦斯布拉格提出,衍射斑的强度同步与反射X射线的能量和反射面的有效原子密度这两个因素有关。因此,照片上衍射斑的强度就应当按照相应的反射X射线能量和反射面的有效原子密度的变化形成规则的变化序列;换句话说,衍射斑强度的变化标志着相应的反射线能量和反射面原子密度的变化。对于闪锌矿衍射的状况,她先假设是简朴的立方晶体,计算下来发现成果不对，乃改为面心立方晶体进行计算，
4、所得成果正好阐明了为什么劳厄照片中有些斑点消失了，这样一来，不仅证明了反射面的假设是对的的，并且由此证明了可以用X射线来获得晶体构造特性的信息。劳伦斯布拉格在初次见到劳厄的论文之后不到四个月,就在911月1日以晶体对短波长电磁波的衍射为题向剑桥哲学学会报告了这一研究成果.在剑桥大学化学系珀普(Pope)专家的指点下，劳伦斯布拉格用构造较为简朴的碱金属卤化物作进一步的研究。她拍摄到了这些碱金属卤化物的X射线衍射照片,成果表白其衍射图的确比闪锌矿简朴。劳伦斯布拉格就在这一基本上成功地对碱金属卤化物进行了完整的晶体构造分析。这时亨利布拉格也开始把注意力从研究射线本性转移到X射线衍射对晶体构造分析的应
5、用。她很奇怪小布拉格在论文中为什么使用的是“短波长电磁波”一词，而劳伦斯布拉格则是由于还很难肯定衍射效应究竟是射线导致的还是随着X射线的某种波动导致的,因此故意避免使用“X射线”一词。老布拉格觉得，只要从实验中检查反射线与否还是X射线就可解决,于是就立即在自己的实验台上安顿了电离室，看反射线与否和X射线同样具有电离作用。这一简便的检查措施，正是亨利布拉格长期工作的手段。月,亨利布拉格用她的电离室得出了肯定的成果,并在这一实验的基本上，该年月又进一步设计制成一台X射线分光计(图15-2)。她开始运用这台仪器,研究X射线的光谱分布，波长与普朗克常数、辐射体及(A为X射线管,为狭缝系统,C为晶体,D
6、为电离室）吸取体原子量之间的关系，随后又对X射线衍射作了进一步研究，她用一波长已知的X射线求原子面的间距d，从而拟定了晶体的构造。到9底，布拉格父子两人已把晶体构造分析问题总结成了原则的环节。射线晶体构造分析形成了一门崭新的分析技术。这时离X射线衍射的发现还不到两年，小布拉格只有23岁。下面简要简介布拉格父子的生平。亨利布拉格862年7月3日出生于坎伯兰的威斯特瓦（Wsward)。她在马基特哈伯罗文法学校读书后，进入曼岛的威廉国王学院。81年被选为剑桥大学三一学院的进修生，在出名的教师劳思（.J.Roh)博士指引下攻读数学。884年月获得了优等生数学考试第一部分的第三名，次年月转入第二部分第一
7、班学习。18年有一段时间她在卡文迪什实验室学习物理学,该年年终被选为南澳大利亚阿德莱德大学担任数学物理专家职位,后来相继担任利兹大学的卡文迪什物理学专家(1919），伦敦大学学院的奎恩讲席物理学专家（19195年），皇家研究所的弗莱林化学专家。在第一次世界大战期间,亨利布拉格的研究课题是与测量潜水艇位置有关的水下声音的探测与测量。她的这项工作得到了奖赏，这也是她科学生涯的顶峰。她于9被任命为大英帝国骑士团司令官，1封为爵士,1年获功勋奖章。从9起她始终是皇家学会会员,然后在3年被选为皇家学会主席。她曾是十六所大学的名誉博士,并且是国外某些重要学会的会员。她获得过许多奖章和奖金，其中应提到的是1
8、9的伦福德奖章和1930年由首相授予的柯普利奖章。亨利布拉格毕生成果累累，她于1942年月1日去世。劳伦斯布拉格1890年月3日出生于南澳大利亚的阿德莱德。她在出生地的圣彼得学院接受早年教育后，进入阿德莱德大学学习，以优等成绩获得数学学位。19随父去英国，考取了艾伦奖学金进入剑桥大学三一学院,并于19在自然科学考试中获优等成绩。就在这一年秋天,她开始研究劳厄发现的射线衍射现象，并于1月在剑桥哲学学会学报上刊登了有关这个课题的第一篇论文。1劳伦斯布拉格被选为三一学院自然科学研究员和讲师，同年荣获巴纳德奖章。从19到19和爸爸一起工作，研究的成果在9以摘要形式刊登,题为“射线和晶体构造”。从这年到
9、9，劳伦斯布拉格担任法国声波测绘地图总局的技术顾问，19获得大英帝国勋章和军功十字勋章。19任曼彻斯特大学的兰沃西荣誉物理学专家始终到137年。她在19被选为皇家学会会员，37年1938年任国家物理实验室主任，这是英国专管计量工作的科学机构。从138到1953年任剑桥大学卡文迪什实验物理学专家。1958年到16年任频率顾问委员会主席。她于1941年被封为爵士,并获剑桥大学文学研究生学位。她获得都柏林大学、利兹大学、曼彻斯特大学、里斯本大学、巴黎大学、布鲁塞尔大学、列日大学、达勒姆大学的荣誉科学博士学位，科隆大学的荣誉哲学博士学位,圣安得鲁斯大学的荣誉法律博士学位。她是英国诸多团队的名誉成员，同
10、步又是美国、法国、瑞典、中国、荷兰、比利时等国的科学院名誉院士，还是法国矿物和结晶学会名誉会员。劳伦斯布拉格于1931年获英国皇家学会的休斯奖章，196年获皇家学会的皇家奖章，18年获美国矿物学会的罗布林奖章。劳伦斯布拉格和她爸爸在19刊登了出名的论文后又合写了许多有关晶体构造的科学论文:结晶状态（193年）,电学（1936年)，矿物的原子构造（193年）。劳伦斯布拉格后来的重要爱好是应用射线分析蛋白质分子的构造,这项工作先是在剑桥大学的卡文迪什实验室进行，后来她在皇家研究所戴维法拉第实验室时继续了这项研究。这项研究获得了巨大成功,第一次拟定了生命物质极其复杂的分子构造。劳伦斯布拉格年仅5岁时就荣获了诺贝尔奖,她是历史上最年轻的诺贝尔物理学奖获奖者。965年12月在斯德哥尔摩特意举办了庆祝她获得诺贝尔奖五十周年典礼。亨利布拉格和劳伦斯布拉格在1919的工作中创立了一种极重要和极故意义的科学分支射线晶体构造分析。如果说劳厄和她的同事们发现了射线在晶体中的衍射,从而证明了X射线的波动特性,那么,运用X射线系统地探测晶体构造,则应归功于布拉格父子。这项成果受到了科技界极大的关注,在她们成果刊登之后的第三年即授予诺贝尔物理学奖就证明了这一点。
