브래그 법칙

반사된 파의 강도가 최대로 되려면 보강간섭이 일어날 수 있도록 각 파의 위상이 같아야 한다. 즉 개개 파의 동일점(가령 파의 마루나 골)이 관측장소에 동시에 도착해야 한다. 이 법칙은 영국의 물리학자 윌리엄 로렌스 브래그가 처음으로 발견했다.

그림을 보면, 위상이 서로 같은 2개의 파 1·2가 결정 안에 있는 A, B 원자에서 각각 반사된다.

이 결정의 격자(또는 원자) 면간격은 d이다. 실험에 의하면 반사각 θ와 입사각 θ는 서로 같다. 두 파가 반사된 다음에도 위상이 같으려면 경로차 CBD가 파장(λ)의 정수배가 되어야 한다(즉 CBD=nλ). 그런데 기하학적으로 볼때, CB와 BD의 길이가 서로 같고, 각각의 크기는 격자 면간격 d와 반사각 θ의 사인 값을 곱한 d sin θ와 같으므로 nλ=2d sin θ가 성립하며, 이 관계를 브래그 법칙이라 부른다.

그림에서 알 수 있듯이 n=2이면 경로 CB 안에 파장이 1개만 존재하며, n=3인 경우보다 반사각이 작다. n=1인 각도로 반사하면 1차 반사라고 부르며, n=2인 각도로 반사하면 2차 반사라고 부르는 등 순서대로 이름을 붙인다. n이 정수가 아닌 경우에는 반사된 파들이 상쇄간섭을 일으켜 소멸된다.

브래그 법칙은 파장을 측정하거나 결정의 격자 간격을 알아내는 데 유용하다. 특정한 파장을 측정하려면 복사파와 탐지기를 모두 임의의 각 θ로 맞추어 놓은 다음, 탐지기에 강한 신호가 나타날 때까지 탐지기를 돌려 각도를 조절한다. 신호가 나타날 때의 각도(브래그 각)를 브래그 법칙에 대입하면 바로 파장을 구할 수 있다. X선과 저에너지의 감마선이 갖고 있는 정확한 에너지 값은 주로 이 방법으로 측정한다. 양자역학에 의하면 중성자도 파동성을 나타내기 때문에 중성자의 에너지를 구할 때도 브래그 반사를 자주 이용한다.