lich su hinh thanh vat ly tia x

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM
KHOA VẬT LÝ

Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM
KHOA VẬT LÝ

Tp.Hồ Chí Minh
Hiếm có một phát hiện nào có ảnh hưởng to lớn đến nhiều nghành khoa
học,nhiều thế hệ nghiên cứu như phát hiện về tia X của W.C.Rontgen. Đây là
phát hiện được trao giải nobel về vật lý đầu tiên năm 1901 và đến nay, theo
thống kê chưa đầy đủ đã có 17 giải nobel về vật lý, Hóa học, Sinh học thuộc lĩnh
vực tia X hay lên quan đến tia X.
Có nhiều sách giáo khoa sách chuyên đề về tia X và ứng dụng của nó. Tuy nhiên,
khi phát hiện ra tia X năm 1895 nó đã được ứng dụng rất rộng rãi ở các bệnh
viện để chụp xương, mặc dù khi đó người ta còn chưa biết đến bản chất của tia
X là gì. Đến nay trải wa hơn 100 năm, lý thuyết cũng như ứng dụng của tia X đã
phát triển sâu rộng sang nhiều lĩnh vực rất khác nhau. Từ người dân thường đến
các kỹ sư, bác sĩ, nhà khoa học không ai không biết đến tia X: chụp X- quang
xương , phổi, chụp cắt lớp CT kiểm tra sọ não; phân tích thành phần bằng huỳnh
quang tia X, dùng tia X để biết được các phân tử, nguyên tử sắp xếp như thế nào
để tạo lên các chất, kể cả sinh chất ….
Trang 1
Chương 1. Phát hiện tia X....................................................................................3
1.1 Tiểu sử của Wilhem Conrad Rontgen............................................................3
1.2 Những nghiên cứu của Rontgen.....................................................................4
Chương 2. Sự phát triển của vật lý tia X.............................................................6
1.1 Giai đọan 1914 đến 1936 dùng nhiễu xạ tia X xác định cấu trúc tinh thể rắn,
khí..........................................................................................................................6
1.2 Năm 1914 M.Von Laue được giải nobel vật lý vì khám phá ra nhiễu xạ tia
X bơi tinh thể ........................................................................................................6

1.3 Giải Nobel vật lý 1915.................................................................................10
1.4 Giải Nobel vật lý 1917.................................................................................14
1.5 Giải Nobel vật lí 1924..................................................................................16
1.6 Giải Nobel Vật Lý năm 1927.......................................................................17
1.7 Giải Nobel Hóa Học năm 1936....................................................................19
2.2.1 Giải Nobel Hóa học năm 1962– xác định cấu trúc hemôglôbin và
miôglôbin.............................................................................................................21
2.2.2 Giải nobel y học năm 1962: khám phá cấu trúc phân tử của axit nucleic
và ý nghĩa mạng thông tin di truyền trong chất sống. .........................................23
2.2.3 Giải Nobel Hóa học năm 1964: Xác định được cấu trúc của pênixilin và
một số chất hoá sinh quan trọng..........................................................................27
2.2.4 Giải nobel hoá học 1976: Lipscomb những nghiên cứu cấu trúc của
boran, làm sáng tỏ những vấn đề liên kết hoá học. .............................................28
2.2.5 Giải nobel y học 1979: phát triển phương pháp cắt lớp điện toán...........29
2.3 Giai đoạn từ 1981 đến 1988 phát triển các phương pháp để xác định tia X .
32
2.3.2 Năm 1985 H.A.Hauptman và Karle được giải Nobel Hoá học vì phát
triển phương pháp trực tiếp dùng tia X để xác định cấu trúc tinh thể..................33
Trang 2
2.3.3 Năm 1988 J.Deinsenhofer,R.Huber và H.Michel được giải Nobel Hoá
Học vì xác định được cấu trúc ba chiều của các trung tâm phản ứng quang hợp35
2.4.1 Năm 2002 R.Giacconi được giải Nobel Vật Lý ......................................36
2.4.2 Năm 2003 giải Nobel Hóa học được trao cho P.Agre và R.Mackinnon vì
khám phá ra kênh dẫn nước và kênh dẫn các ion ở tế bào...................................38
2.5 Tia X ngày nay............................................................................................41
2.5.1 Hai nguồn phát tia X mới là:Ống nanocacbon và máy gia tốc ...............42
2.5.2 Laze tia X.................................................................................................43
Trang 3
Chương 1. Phát hiện tia X
1.1Tiểu sử của Wilhem Conrad Rontgen

Wilhem Conrad Rontgen sinh ngày 27 tháng 3 năm
1845 ở Lennep thuộc tỉnh Lower Rhine,nước Đức, là
người con duy nhất của một nhà buôn bán và sản xuất
vải.
Khi ông mới lên ba, gia đình ông chuyển đến
Apeldoorn ở Hà Lan và đi học ở một trường thuộc vùng đó. Ông không có năng
thiếu gì đặc biệt nhưng tỏ ra rất yêu thiên nhiên, ham thích ra đồng quê và các
cánh rừng. Ông đặc biệt ham thích sáng chế các đồ cơ học, sau này trong đời ông
vẫn thể hiện tham thích đó. Năm 1862, ông vào học ở một trường kỹ thuật ở
Utrect. Tuy nhiên, sau đó ông bị đuổi học oan vì tội vẽ bím họa chân dung của
một thầy giáo, nhưng thực sự là do một người khác vẽ.
Năm 1865, ông vào đại học Utrect để nghiên cứu vật lí.Do thiếu tiêu chuẩn
cần thiết cho một sinh viên chính quy, ông đã thi vào đại học bách khoa Zurich
và trở thành sinh viên nghành chế tạo máy. Ông tham gia những bài giảng của
Clausius và làm việc ở phòng thí nghiệm của Kundt.
Cả Kundt và Clausius đều có ảnh hưởng đến những bước trưởng thành của
ông.Năm 1869, ông được cấp bằng tiến sĩ (Ph.D) ở đại học Zurich, được nhận là
trợ lí của Kundt và cùng Kunt đến Wierzbug, và ba năm sau thì đến Starsbourg.
Năm 1874, ông được công nhận là giảng viên ở đại học Starbourg và được
bổ nhiệm làm giào sư tại viện nghiên cứu nông nghiệp ở Hohenheim
Wurtemberg năm 1875.
Năm 1876, ông trở lại Strasbourg làm giáo sư vật lí. Nhưng ba năm sau đó
ông nhận lời làm trưởng khoa vật lí trường Đại học Giessen.
Năm 1886 trường đại học Jena, và năm 1888 trường đại học Utrect mời ông
đến làm trưởng khoa vật lí nhưng ông không nhận lời, mà nhận làm trưởng khoa
ở Đại học Wurzburg( 1888) để kế tục Kohlrausch và đồng nghiệp, và vì ở đấy
Trang 4
có Helmholtz và Lorentz. Năm 1899 ông cũng từ chối lời mời làm trưởng khoa
vật lí ở đại học Leipzig, nhưng đến 1900 ông lại nhận lời làm trưởng khoa vật lí
ở Munich, vì yêu cầu đạc biệt của chính phủ Đức thời đó.

Ông làm việc ở đây đến hết đời, mặc dù ông được mời làm Chủ tịch Viện
Vật lí kĩ thuật tại Berlin và Chủ tịch ngành Vật lí ở Viện Hàn lâm Berlin, nhưng
ông đều từ chối.
Nhờ phát hiện ra tia X, Rontgen đã được xã hội tôn vinh. Một số thành phố,
đường phố mang tên ông. Một danh sách rất dài các giải thưởng, huân chương,
tiến sĩ danh dự, hội viên danh dự của nhiều tổ chức nghiên cứu ở Đức cũng như
nước ngoài nhằm tôn vinh ông.Mặc dù vậy, Rontgen luôn luôn tỏ ra rất khiêm
nhường và trầm lặng. Cả đời ông vẫn thể hiện tình yêu thiên nhiên và thích giải
trí ngoài trời.Bản chất ông là người dễ mến, tao nhã, ông luôn luôn tránh có trợ
lí,thích làm việc một mình. Nhiều dụng cụ máy móc ông sử dụng đều chính do
ông tự làm lấy với nhiều sáng tạo và kĩ năng thưc nghiệm cao.
Ngày 10 tháng 2 năm 1923 Rontgeh từ trần ở Munich do bi ung thư ruột.
1.2 Những nghiên cứu của Rontgen.
Công trình đầu tiên Rongten công bố vào năm 1870 nói về nhiệt dung của
chất khí. Vài năm sau đó, ông viết bài báo nói về sự dẫn nhiệt của tinh thể.
Những vấn đề nghiên cứu khác của ông thuộc lĩnh vực điện học, những tính chất
đặc biệt của thạch anh, ảnh hưởng của áp suất lên chiết suất của một số chất
Trang 5
lỏng, sự thay đổi mặt phân cực ánh sáng do ảnh hưởng của trường điện từ, sự
thay đổi phụ thuộc nhiệt độ và độ nén của nước cũng như các chất lỏng khác
Hiện tượng sự loang rộng của giọt dầu trên mặt nuớc. Tuy nhiên, khi nói đến
tên của Rongtgen chủ yếu là người ta nói đến việc phát hiện một loại tia mà ông
gọi là tia X. Năm 1895, ông nghiên cứu hiện tượng xảy ra khi cho dòng điện đi
qua chất khí ở áp suất cực thấp. Ở lĩnh vực này, trước đó đã có J. Plucker ( 1801
– 1868), J.W. Hittorf ( 1824 – 1914) C.F. Varley (1828 – 1883), E. Goldstein
( 1850 – 1931), William Crookes (1832 – 1919), H. hertz ( 1857 – 1894) và Ph.
Von Lenard ( 1862 – 1947) nghiên cứu và từ những nghiên cứu của các nhà khoa
học này, những tính chất của tia catôt đã được biết khá kĩ. Thuật ngữ Tia catôt là
do Golstein đặt ra khi nói về dòng điện được tạo ra do cuộn dây cảm ứng (cuộn
Ruhmkorff) sinh ra. Tuy nhiên, công trình của Rongtgen về tia catôt đã đưa đến

việc phát minh ra một loại tia mới, khác lạ.
Tối ngày 8 tháng 11 năm 1895, ông phát hiện được rằng, khi bọc kín ống
phóng điện bằng giấy đen dày để ánh sáng không thể lọt ra được, rồi cho ống
phóng điện làm việc trong buồng tối, thì tờ bìa mà một mặt có phủ lớp
platinocyanua bari vẫn phát quang (huỳnh quang), mặc dù đặt cách ống phóng
điện đến gần hai mét.
Khi đặt những vật có bề dày khác nhau trên đường đi
của tia này và dùng kính ảnh để chụp, thì ông thấy độ đen
ở ảnh là khác nhau, điều đó chứng tỏ độ xuyên qua vật
của tia là khác nhau. Khi ông để bàn tay của vợ đứng yên
một lúc trên đường đi của chùm tia đến tấm kính ảnh thì,
sau khi rửa ảnh, ông quan sát thấy trên ảnh có bóng tối
của xương ngón tay của vợ mình, đồng thời thấy rõ cả
bóng của chiếc nhẫn đeo ở ngón tay và những chỗ tối mờ
mờ của phần thịt quanh các xương ngón tay (phần cho tia đi xuyên qua dễ dàng
hơn so với phần xương)
Đó chính là bức ảnh của tia X đầu tiên đã chụp được.
Trang 6
Những thí nghiệm tiếp theo nữa của Rontgen cho thấy rằng, loại tia mới này
sinh ra là do tia catôt đập vào các chất. vì bản chất của tia này chưa được biết
đến nên ông gọi là tia X. Về sau, Max von Laue và các học trò của ông đã cho
thấy rằng, về bản chất tia đó là sóng điện từ như ánh sáng, nhưng chỉ khác là có
tần số cực cao.
Chương 2. Sự phát triển của vật lý tia X
1.1 Giai đọan 1914 đến 1936 dùng nhiễu xạ tia X xác định cấu
trúc tinh thể rắn, khí.
1.2 Năm 1914 M.Von Laue được giải nobel vật
lý vì khám phá ra nhiễu xạ tia X bơi tinh thể
Sinh:09/10/1879
Mất :24/4/1960

Ông đã quan sát và giải thích hiện tượng nhiễu xạ tia X trên
tinh thể vào năm 1912. Ông nhận giải Nobel cho công trình
này vào năm 1914
Đặt vấn đề : Bản chất của tia X là gì?
- Từ những thí nghiệm khi đặt tia X trong từ trường mạnh thì không ảnh
hưởng đến hướng đi của tia.Cũng không thể chứng tỏ rằng khí tia X đi từ môi
trường này sang môi trường khác thì tia X bị khúc xạ.
- Nếu tia X có bản chất hạt thì nó không thể không mang điện như những tia
có bản chất hạt khác.
- Nếu cho tia X là vật chất trung hòa điện, thì những hạt chuyển động tạo ra
tia X phải mang hai điện tích trái dấu nhau, và tổng điện tích bằng 0.
- Tia X không bị khúc xạ thì có thể kết luận rằng tia X là sóng ngang giống
sóng ánh sáng và có bước sóng ngắn.
Ý tưởng của Laue:
Trang 7
Nếu như tia X là sóng ánh sáng thì bước sóng vào cỡ
9
10 cm
−
.Để xảy ra hiện
tượnt giao thoa tia X giống với sóng ánh sáng thì phải có cách tử nhiễu xạ mà
khoảng cách giữa các vạch vào cỡ
8
10 cm
−
.Nhưng khoảng cách đó lại bằng
khoảng cách của các phân tử trong vật rắn.
Ý tưởng của Laue là dùng vật rắn với các phân tử sắp xếp thành hàng để làm
cách tử nhiễu xạ.
Dụng cụ thí nghiệm:

- Hộp chì
- Chùm tia X mảnh truyền vào sao cho tia X chiếu thẳng vào tinh thể.
- Phim ảnh nhạy được đặt ở sau và ở một bên của tinh thể.
Trang 8
`
Phương pháp Laue
truyền qua của tia X
Trang 9
Kết quả:
Ngay lần chụp ảnh đầu tiên, những chỗ có cường độ cực đại như Laue dự
đoán đã thấy rõ dưới dạng những chấm đen trên phim đặt sau tinh thể.
Việc phát hiện ra nhiễu xạ tia X bởi tinh thể của Laue:
-Tia X là sóng và bước sóng của tia X là rất ngắn.
-Một phát hiện quan trọng nhất trong lĩnh vực tinh
thể lọc, bởi vì có thể xác định được vị trí của các
nguyên tử trong tinh thể.Cấu trúc của muối NaCl và
KCl đã được suy ra từ bức ảnh nhiễu xạ.
Hạn chế:
-Chưa xác định được bước sóng tia X và khoảng cách giữa các nguyên tử
trong tinh thể một cách chính xác.
Để có cực đại nhiễu xạ khi chiếu chùm tia X có bước sóng
λ
vào đơn tinh
thể phải tuân theo 3 phương trình Laue
1 0
2 0
3 0
( os os )
( os os )
( os os )

a c c n
a c c n
a c c n
α α λ
β β λ
γ γ λ
− =
− =
− =
Phương pháp Laue phản xạ
tia X
Trang 10
1.3 Giải Nobel vật lý 1915
Hai cha con Bragg đã chế tạo ra thiết bị nghiên cứu phổ tia X và cách tạo ra
chùm tia X đơn sắc.Đã đưa ra khái niệm tia X phản xạ từ mặt tinh thễ và tìm
được công thức
2 sin( )n d
λ θ
=
và mở đầu cho phương pháp nghiên dùng tia X để
nghiên cứu cấu trúc tinh thể.
Vấn đề tính cấu trúc tinh thể từ các công thức của Laue thì khá phức tạp.Do
đó một khám phá mới mang ý nghĩ quan trọng của W.L.Bragg nhận thấy rằng
hiện tượng mà Laue tìm ra có thể giải thích theo toán học.Khi bước sóng tia X
tới thì phản xạ trên những mặt song song kế tiếp nhau đi qua những điểm trên
nút mạng,theo cách này thì quan hệ giữa các bước sóng và khoảng cách giữa các
mặt song song tính theo góc phản xạ bằng công thức đơn giản.
Phương pháp thực nghiệm dựa trên nguyên lý phản xạ với một bước sóng
xác định,mặc dù ta chưa biết rõ biết sóng đó và thiết bị thí nghiệm đó gọi là phổ
kế tia X.

Trang 11
Ông cho chiếu một chùm tia X vào mẫu tinh thể và nhận thấy rằng góc của
tia tới thay đổi thì tia nhiễu xạ cũng có sự thay đổi. Các nghiên cứu tiếp theo trên
tinh thể NaCl, KCl, ZnS được tìm thấy trên một cơ sở chắc chắn nhờ dùng phổ
kế. Nhận thấy sự nhiễu xạ chỉ ứng với một số góc nhất định của tia tới so với các
mặt tinh thể. Vì vậy để có sự nhiễu xạ bởi các họ mặt tinh thể, chiều dài bước
sóng tia tới vào cỡ khoảng cách d của các mặt tinh thể đó. Vị trí các đỉnh nhiễu
xạ phụ thuộc vào góc nhiễu xạ và khoảng cách giữa các mặt tinh thể( thực chất
phụ thuộc vào các kiểu đối xứng và các hằng số mạng)
Mạng tinh thể các nguyên tử hay ion được phân bố trên các mặt phẳng, gọi là
các mặt phẳng nguyên tử song song
1 2 3
, ,P P P
Phương trình Bragg:
Đây là phương trình cơ bản cho việc đo bước sóng của các tia X hay để
nghiên cứu cấu tạo của mạng tinh thể.
Trang 12
Hiệu quang trình giữa hai tia nhiễu xạ trên hai mặt phẳng
1 2
,P P
2 sinBC CD CA
δ δ θ
= + ⇒ =
Hay
2 sind
δ θ
=
Để có cực đại nhiễu xạ thì
.n
δ λ

=
n là số nguyên
λ
là bước sóng của tia X
Vậy ta có công thức Bragg
Trang 13
2 sin
sin
d n
d
n
λ
λ θ
θ
= ⇒ =
Xác định cấu trúc tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
Mỗi một tinh thể được cấu tạo bởi một chất nào đó đều có hằng số mạng và
kiểu đối xứng riêng và do đó cũng có một giản đồ nhiễu xạ đặc trưng cho chất
đó. Ngược lại khi có giản đồ nhiễu xạ ta có thể suy ngược ra dạng tinh thể của
nó. Dựa vào nguyên tắc trên có hai cách để tiếp cận phân tích giản đồ nhiễu xạ.
Từ vị trí các đỉnh nhiễu xạ có thể xác định hằng số mạng và các kiểu đối
xứng của nó thông qua định luật Bragg và các phép tính toán khác. Như vậy về
nguyên tắc, khi đã biết thông tin đó, chúng ta có thể tái hiện hình ảnh của tinh
thể. Đối chiếu với các tinh thể trong tự nhiên chúng ta có thể biết tinh thể đó là
tinh thể gì.
Bằng thực nghiệm trên các mẫu chuẩn, chúng ta có thể xây dựng giản đồ
nhiễu xạ cho các mẫu này. Khi có giản đồ nhiễu xạ của một chất mà ta chưa biết
thì ta chỉ việc so sánh nó với thư viện phổ chuẩn, nếu trùng với chất chuẩn thì
tinh thể của chất cần tìm sẽ cùng loại với tinh thể có trong thư viện phổ chuẩn.
Trang 14

1.4 Giải Nobel vật lý 1917
C.G.Barkla được giả Nobel Vật lí 1917, ông đã
khám phá bức xạ tia X đặc trưng đối với các nguyên tố.
Khi chiếu tia X vào bất kỳ chất nào, chất rắn, chất
lỏng hay chất khí, để gây ra bức xạ thứ cấp.Bức xạ thứ
cấp này có 2 dạng. Một dạng là bức xạ hạt có tính chất
như tia catot và tương tự như tia beta ở các chất phóng
xạ, đó là phát xạ electron.Và dạng thứ hai có cùng tính
chất như tia X.
Nguyên tắc:
Khi một mẫu bị bắn phá bởi chùm electron, một số electron bay ra ngoài khỏi
lớp vỏ nguyên tử. Gọi là quá trình ion hóa lớp vỏ nguyên tử. Khoảng 0,1% các
electron bay ra khỏi lớp K, chủ yếu là sinh nhiệt.Những electron ở lớp bên ngoài
rơi vào để lấp vào lổ trống electron vừa bay ra . Năng lương cần thiết để xảy ra
quá trình ion hóa vỏ nguyên tử gọi là năng lượng kích thích tới hạn hay là thế ion
hóa tới hạn.
Việc phát tia X đặc trưng bởi bắn phá electron vào nguyên tố đơn chất được
C.G.Barkla và C.A.Sadler phát hiện vào năm 1909. Tuy nhiên nó chưa có cơ sở
giải thích rõ ràng cho đến năm 1917 Barakla nhận giả Nobel.
Trang 15
Barkla tiến hành nghiên cứu về bản chất của dạng bức xạ thứ 2 va nó có 2
loại:
-Một loại giống như tia X tới khi chiếu vào vật.Hệ số hấp thụ của tia X loại
này(tia X thứ cấp) giống như hệ số hấp thụ của tia X tới.Và tia X này có khả
năng xuyên thấu và có tính chất như tia X sơ cấp nên tia X này được xem là bức
xạ sơ cấp bị khuyết tán.
-Một loại tia X không phụ thuộc vào tính chất của bức xạ tới.Hệ số hấp thụ
của bức xạ này không phụ thuộc vào bức xạ tới nhưng lại do chất bị tia X(tia X
thứ cấp) chiếu tới quyết định.
Ông phát hiện tính chất của tia X loại này chỉ phụ thuộc vào tính chất của

các nguyên tử cấu tạo nên chất, không kể là các nguyên tử kết nhóm lại với nhau
như thế nào, ảnh hưởng với nhau ra sao nghĩa là không phụ thuộc vào thành
phần hóa học của chất. Mỗi loại nguyên tố hóa học cho một bức xạ thứ cấp đặc
trưng cho nguyên tố đó. Và ông gọi bức xạ này là bức xạ đặc trưng.
Tính chất bức xạ đặc trưng
Ông nghiên cứu bức xạ đặc trưng của từng nguyên tố từ nặng đến nhẹ,và
bức xạ này thích hợp để nghiên cứu đối với những nguyên tử có trọng lượng
lớn.
Bức xạ đặc trưng được xuất phát từ tia X nên sự phát xạ bức xạ đặc trưng đi
kèm với sự hấp thụ tia X.Những yếu tố như tỉ trọng,nhiệt độ,trạng thái kết tụ
thành phần hoá học không phải là chủ yếu.Tính chất riêng của các nguyên tử
mới quyết định độ hấp thụ.
Tạo bức xạ đặc trưng phải dùng tia X sơ cấp có độ xuyên thấu lớn hơn .
Bức xạ đặc trưng có hai miền tia X có độ xuyên thấu khác nhau, gọi hai
miền đó là dãy K và dãy L.Mỗi nguyên tố hoá học phát ra phổ tia X có 2 nhóm
vạch,một nhóm vạch là dãy K,và một nhóm là dãy L.
Kết luận
Trang 16
Mỗi nguyên tố có một phổ bức xạ đặc trưng riêng của nó. Phổ đặc trưng này
không thể hiện tính tuần hoàn nào liên quan tới vị trí của nguyên tố ở bảng tuần
hoàn.
1.5 Giải Nobel vật lí 1924
K.M.G.Siegbahn
Sau công trình được giải Nobel năm (1917) ta thấy
rõ tia X được phát ra từ bên trong nguyên tử,và việc
nghiên cứu chính xác phổ tia X giúp ta hiều được quá
trình bên trong nguyên tử.
Năm 1924, Viện Hàn Lâm hoa học Hoàng Gia
Thụy Điển trao giải Nobel Vật lý cho Karl Manne
Georg Siegbahn vì những phát hiện và nghiên cứu về phương pháp phổ tia X.

Ông đã giả định bức xạ tia X giống như bức xạ lâu nay vẫn có tên là ánh sáng
hay là bức xạ nhiệt, gồm những dao động điện ngang. Việc chứng minh nó là
dao động bằng cách dùng những hiện tượng đặc trưng cho sóng như khúc xạ,
phân cực, nhiễu xạ hay giao thoa đều chưa đạt kết quả.
Để phân biệt các loại tia X là khả năng xuyên thấu của chúng.
Ông cho rằng bức xạ X xuất phát từ những phần bên trong nguyên tử, nên để
nghiên cứu chính xác về phổ tia X chính là cách tìm hiểu bên trong nguyên tử.
Ông đã sử dụng phương pháp chụp ảnh mạng tinh thể để khảo sát nhiễu xạ,
Siegbahn đã thiết kế các máy đo phổ tia X và đo được khá chính xác bức xạ
đặt trưng của 42 nguyên tố,trong đó có 27 nguyên tố được xác định được các
dãy K,L,M,N.Ông đã liên hệ quá trình phát xạ tia X đặc trưng với các quá trình
chuyển mức năng lượng của electron trong nguyên tử.
Trang 17
Hạn chế:
Những kết quả phép đo cua Siegbahn đã cung cấp rất nhiều dữ liệu còn chưa
xử lý hết.
1.6 Giải Nobel Vật Lý năm 1927
Giải Nobel Vật Lý năm 1927 được trao cho giáo
sư Arthur Holly Compton, ở Đại học Chicago về phát
hiện hiện tượng mang tên ông là hiệu ứng Compton.
Ông đã đưa ra giả thuyết hạt phôton ánh sáng ta
có thể giải thích được hiệu ứng quang điện và sự tạo
thành tia X. Năm 1923 Compton đã thông báo kết quả
về tán xạ tia X thì các nhà hoa học đã có cơ sở để giải thích tính chất hạt của ánh
sáng. Ông cho rằng hạt lượng tử năng lượng của tia X hi va chạm vào các hạt
khác cũng tán xạ như hạt electron.
Trang 18
Ông đã thực hiện chiếu tia X đồng nhất, ông đã tìm thấy rằng tia tán xạ gồm
hai vạch một vạch giống như vạch của tia tới, còn vạch kia có bước sóng hơi lớn
hơn một chút đó là biểu hiện rõ ràng đầu tiên của hiệu ứng Compton.

Trong tán xạ Compton, năng lượng của lượng tử tia X đã chuyển hóa một
phần thành năng lượng của electron. Electron dao động phát ra sóng điện từ,
sóng điện từ chuyển một phần năng lượng cho một lượng tử, vì thế lượng tử bức
xạ có bước sóng nhỏ hơn lượng tử ban đầu.
Khi tia X va chạm một phần năng lượng tia X chuyển hóa cho electron, năng
lượng này phụ thuộc vào góc tán xạ tức là phương của lượng tử năng lượng tabs
xạ so với phương ban đầu.
Áp dụng công thức bảo toàn năng lượng và xung lượng ta tính được độ biến
thiên của bước sóng lượng tử năng lượng sau khi tán xạ và lẹch đi một góc
θ
so
với phương ban đầu là
Trang 19
2 1
0
2
2 1
0
(1 os )
2sin
2
h
c
m c
h
m c
λ λ λ θ
θ
λ λ λ
∆ = − = −

⇔∆ = − =
Công thức này được xây dựng từ sự bảo toàn năng lượng và xung lượng trong hệ
quy chiếu gắn với khối tâm,
0
m
là khối lượng nghỉ của electron, đại lượng
12
0
( 2.4*10 )
c c
h
m
m c
λ λ
−
= =
được hiểu là bước sóng Compton
Kết luận :
Khi bức xạ tia X có tần số rất cao cách tán xạ thay đổi. Đối với những tần số
thấp hiện tượng có thể xét theo quan điểm sóng. Còn đối với tần số cao chúng ta
không thể giải thích được tán xạ, trừ khi xem đó là sự lệch của hạt, hay photon
của bức xạ.Hai loại bức xạ ánh sáng và tia X là một.
1.7 Giải Nobel Hóa Học năm 1936
Giáo sư Peter Debye
Ông đoạt giải Nobel vì đã dùng nhiễu xạ tia X đối với
chất khí để xác định cấu trúc phân tử.
Ý tưởng
Các nhà Hóa Học cho rằng khi chiếu tia X vào
một chất, trong đó các nguyên tử sắp xếp đều đặn theo
một cách nào đó. Tia X bị nhiễu xạ, đó là kết quả của sự giao thoa, theo một số

hướng thì mạnh lên, theo một số hướng kia thì yếu đi.
Trong quá trình nghiên cứu Debye nhận thấy rằng, với những phân tử khí có
cấu trúc giống nhau sắp xếp một cách đơn giản. Nếu có tia X chiếu vào, chúng
có thể gây ra những hiệu ứng giao thoa có thể phân tích được.
Giống như trường hợp tia X tác dụng lên tinh thể, đối với chất khí cường độ
của tia nhiễu xạ cũng thay đổi theo góc nhiễu xạ theo một quy luật.
Trang 20
Ông cho một chùm tia X có bước sóng cho trước chiếu vaoì chất khí và bằng
cách chụp ảnh ghi nhạn sự nhiễu xạ tia X trong chất khí.
Theo phát hiện của ông tia electron có bản chất sóng nên có thể dùng để
nghiên cứu cấu trúc của phân tử. Tuy nhiên tia electron chủ yếu tán xạ bởi hạt
nhân nguyên tử, còn tia X tán xạ trên đám mây electron bao quanh hạt nhân
nguyên tử. Cho nên giao thoa của tia X cho biết trọng tâm của các đám mây
Cơ sở lý thuyết xây dựng
Cường độ tán xạ tia X giảm đều hi giảm góc
θ
giữa tia sơ cấp và tia thứ cấp
đối với hí nguyên tử cũng như hí phân tử, đó là ết quả hiệu ứng giao thoa. Trong
nguyên tử sự suy giảm này theo một đường cong đều, nhưng trong phân tử có
cực đại cực tiểu đôi khi gợn sóng.
Có thể xây dựng bằng phương pháp chồng chất nhiều đường cong riêng lẽ,
phụ thuộc vào hoảng cách các nguyên tử. Ta có N nguyên tử, ta đánh số 1..m hay
n..N và ta có cường độ tính theo biểu thức sau
1 1
sin
N N
mn
m n
n n
mn

x
I
x
ψ ψ
= =
=
∑∑
Độ lớn của
mn
x
ở đây tỉ lệ với khoảng cách
mn
l
từ nguyên tử m đến
nguyên tử n và nếu như bức xạ sơ cấp có bước sóng là
λ
thì
mn
x
được xác định
bằng hệ thức
4 sin
2
mn
mn
l
x
θ
π
λ

=
m
ψ
và
n
ψ
được gọi là thừa số hình dạng của nguyên tử m và nguyên tử n,
độ lớn của chúng phản ánh biên độ tán xạ của các nguyên tử đó. Do đó mỗi
koảng cách giữa các phân tử tạo ra một đương cong độ giảm hi góc
θ
tăng lên,
phù hợp với hàm
sinx
x
. Đối với hoảng cách nguyên tử lớn, các cực đại nằm
Max Ferdinand Perutz
John Cowdery Kendrew
Trang 21
gần nhau, còn đối với khoảng cách nhỏ thì các cực đại nằm xa nhau. Cường độ
tương ứng với từng khoảng cách nguyên tử được đo bằng tích số các thừa số
nguyên tử
ψ
2.2. Giai đoạn 1962 đến năm 1979 xác định cấu trúc của hemôglôbin,
miôglôbin, ADN, pênixilin, boran …nhờ vào nhiễu xạ tia X.
2.2.1 Giải Nobel Hóa học năm 1962– xác định cấu trúc
hemôglôbin và miôglôbin
Phương pháp vật lý đã cho biết cách phân
bố của nguyên tử nhờ những hiện tượng xảy ra
khi chiếu tia X vào tinh thể- hiện tượng nhiễu
xạ - kết quả của tinh thể gửi tia X ra theo một

số hướng nhất định.Phương và cường độ của
những chùm tia phản xạ này phụ thuộc vào
kiểu và phân bố của các nguyên tử bên trong
tinh thể,do đó dùng để xác định cấu trúc tinh thể.
Kể từ khi Max Von Laue phát hiện ra tia X nhiễu xạ bởi tinh thể, kỹ thuật khi
ấy đã khá cao, đã có khả năng giải quyết nhiều kiểu cấu trúc. Tuy nhiên còn
nhiều khó khăn gặp phải trong quá trình nghiên cứu: chưa có một phương pháp
tổng quát để từ số liệu thực nghiệm tìm ra cấu trúc của hợp chất.
Nhưng vào khoảng những năm 1940, khoa học đã đạt đến đỉnh cao: có thể
tiến hành dùng tia X xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ – cấu trúc phức
tạp mà các phương pháp hoá học cổ điển không giải quyết được.
Trang 22
Max Ferdinand Perutz đã tiến hành một số thí nghiệm ở Cambridge để giải quyết
vấn đề. Có thể hay không thể việc xác định cấu trúc của hemôglôbin bằng nhiễu
xạ tia X?
Ông tiến hành nghiên cứu hemôglôbin, một loại prôtêin có vai trò quan trọng
trong quá trình sống – vật liệu cơ bản của cơ thể sống. Hemôglôbin là một thành
phần của hồng cầu được chọn để nghiên cứu đầu tiên, một phần vì phân tử
hemôglôbin là rất nhỏ so với các phân tử prôtêin. Cỡ 10 năm sau đó, John
Cowdery Kendrew hợp tác nhóm nghiên cứu của Perutz với nhiệm vụ xác định
cấu trúc của miôglôbin, một loại prôtêin cầu, rất gần hemôglôbin nhưng phân tử
gấp 4 lần. Có thể tìm thấy miôglôbin ở cơ bắp và nó làm nhiệm vụ chứa oxi.
Tuy nhiên Perutz và Kendrew đã gặp rất nhiều khó khăn mãi cho đến năm
1953, Perutz đã thành công khi đưa thêm nguyên tử nặng là thuỷ ngân đính vào
những vị trí xác định của phân tử hemoglôbin. Bằng cách đó, ảnh nhiễu xạ thay
đổi khá nhiều và có thể dùng để xác định cấu trúc một cách trực tiếp.
Trong khi đó Kendrew cũng đã thành công nhờ cải tiến cho thêm nguyên tử
nặng như thủy ngân hay vàng vào phân tử và tiến hành thí nghiệm theo cách
tương tự.
Điều kiện cần thiết cho kỹ thuật này là: thêm nguyên tử nặng nhưng không

làm thay đổi vị trí của những nguyên tử khác của phân tử trong tinh thể. Điều
này khá đơn giản vì phân tử có kích thước rất lớn nên phân tử thực tế là không
thay đổi. Kỹ thuật xác định cấu trúc của hemoglôbin đã được xác định, còn lại
phải giải quyết vấn đề xửl ý số liệu khá lớn.