АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Дифракция лучей

В 1912 году М.Лауэ было доказано, что рентгеновские лучи являются электромагнитными волнами, которые при взаимодействии с кристаллом образуют дифракционную картину.

Поскольку длины волн рентгеновских лучей очень малы, то для их измерения обычные дифракционные решетки неприменимы. По предложению Лауэ можно воспользоваться упорядоченным расположением атомов и молекул в кристалле и применить кристалл в качестве дифракционной решетки, пригодной для исследования рентгеновских лучей. Опыт был произведен Фридрихом и Книппингом и полностью подтвердил предсказание Лауэ.

На рис. 8 приведена схема их опыта.

Рис.8.

Узкий пучок рентгеновских лучей падает на кристаллическую пластину К, поставленную вертикально и перпендикулярно к падающему пучку, дифракционная картина регистрируется на фотопластинке F.

Рис.9.

В результате опыта на фотопластинке получается дифракционная картина (рис. 9), представляющая собой совокупность пятен; расположение этих пятен зависит от вещества кристалла. Каждое пятно есть след луча, отклоненного от первоначального направления вследствие дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решетке.

Дифракция рентгеновских лучей является важнейшим и непосредственным доказательством их волновой природы. Вместе с тем она дала возможность исследовать структуру кристаллов.

Расчет дифракции рентгеновских лучей в кристалле довольно сложен, т. к. правильность расположения частиц в нем распространяется на три измерения вместо одного, как в обычной дифракционной решетке, используемой для видимого излучения.

Кристаллические вещества — это трехмерные дифракционные решетки, в которых рентгеновские лучи рассеиваются электронами атомов. Чтобы определить направления, в которых имеют место дифракционные максимумы, необходимо произвести сложение элементарных волн, идущих от всех рассеивающих центров. Оказалось, что результат сложения рассеянных элементарных волн можно получить, если считать, что первичный пучок рентгеновских лучей «отражается» от регулярно расположенных параллельных плоскостей, проведенных через узлы (атомы и ионы) кристаллической решетки.

Рис.10.

Рассмотрим дифракцию рентгеновских лучей на регулярно расположенных атомах в слое параллельных плоскостей, отстоящих друг от друга на расстоянии d, которое называется межплоскостным расстоянием.

Пусть 1 и 2 — монохроматические рентгеновские лучи, a₁, a₂, a₃ — параллельные плоскости в кристалле. Согласно известному условию максимума интерференции, разность хода волн должна быть равна целому числу длин волн. Найдем разность хода отраженных лучей 1' и 2':

где θ — угол скольжения, т. е. дополнительный к углу падения падающего луча. Таким образом, условие образования дифракционных максимумов выразится как

где n — целое число. Это уравнение было получено независимо русским кристаллографом Вульфом и английскими физиками Брэггами (отцом и сыном) и носит название формулы Вульфа-Брэггов.

Кристаллическая решетка — присущее кристаллическому состоянию вещества регулярное расположение частиц (атомов, ионов, молекул), характеризующееся периодической повторяемостью в трех измерениях. Известно, что видов кристаллических решеток достаточно много. Структуру кристалла можно описать с помощью минимального объема, который содержит все признаки симметрии кристалла (элементарной ячейки). Очевидно, многообразие кристаллических форм и размеров элементарных ячеек сопровождается и многообразием наборов межплоскостных расстояний. Каждому кристаллическому веществу будет соответствовать свой набор межплоскостных расстояний. А это в свою очередь позволяет использовать формулу Вульфа-Брэггов для идентификации кристаллических веществ.

Итак, явление дифракции рентгеновских лучей свидетельствует в пользу волновой природы этих излучений. Корпускулярные свойства рентгеновских лучей должны проявляться очень резко (например, в фотоэффекте и эффекте Комптона), т. к. энергия фотонов растет пропорционально 1/ l, а l — длина волны рентгеновских лучей очень мала.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 491 | Нарушение авторских прав