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111年
理化、化工裝置
第 2 題
科學家會使用X射線測量晶體的晶格大小，使用X射線的主要原因是什麼？
- A 利用其可繞射、干涉的特性
- B 其波長遠小於原子晶格大小
- C 能量大，穿透效果良好
- D 其為電中性
思路引導 VIP
試著思考一下：如果你想用一把尺來測量一根頭髮的寬度，這把尺上的「最小刻度」與「頭髮的寬度」之間，應該維持什麼樣的關係，才能讓你精確地讀出數值？同理，當我們想利用「波」來偵測物質內部的微小空隙時，波長的大小應該如何選擇，才不會直接穿過去或被完全擋住，而是能與空隙產生某種交互作用呢？
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恭喜你準確地選出了正確答案！這顯示你對波的特性以及微觀結構的觀測原理有著相當紮實的理解。科學家之所以能精確測量晶格大小，核心原理就在於 X射線繞射 (X-ray Diffraction) 的物理現象。
晶格測量的核心原理：干涉與繞射
在晶體中，原子是呈週期性規則排列的。當 X 射線照射到晶體時，原子會散射這些射線。由於 X 射線的波長（約為 $0.1$ 至 $10$ 埃，$10^{-10}$ m）剛好與晶體中原子間的距離（晶格常數）處於同一個數量級，這些散射波之間會產生顯著的干涉現象。根據布拉格定律 (Bragg's Law)：
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