Дифракція рентгенівських променів
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Дифракція рентгенівських променів

Дифракція рентгенівських променів, розсіяння рентгенівських променів кристалами (або молекулами рідин і газів), при якому з початкового пучка променів виникають вторинні відхилені пучки тієї ж довжини хвилі, взаємодії первинних рентгенівських променів, що з'явилися в результаті, з електронами речовини; напрям і інтенсивність вторинних пучків залежать від будови розсіюючого об'єкту. Дифраговані пучки складають частину всього розсіяного речовиною рентгенівського випромінювання. Поряд з розсіянням без зміни довжини хвилі спостерігається розсіяння із зміною довжини хвилі — так зване комптонівське розсіяння (див. Комптона ефект ). Явище Д. р. л., що доводить їх хвилеву природу, вперше було експериментально виявлено на кристалах німецькими фізиками М. Лауе, Ст Фрідріхом і П. Кніппінгом в 1912.

загрузка...

  Кристал є природним тривимірним дифракційними гратами для рентгенівських променів, т.к. расстояніє між розсіюючими центрами (атомами) в кристалі одного порядку з довжиною хвилі рентгенівських променів (~1Å=10 -8 см ). Д. р. л. на кристалах можна розглядати як виборче віддзеркалення рентгенівських променів від систем атомної плоскості кристалічної решітки (див. Брега — Вульфа умова ). Напрям дифракційних максимумів задовольняє одночасно трьом умовам:

  а (cos а — cos a 0 ) = Н l,

  b (cos b — cos b 0 ) = K l,

  з (cos g — cos g 0 ) = L l.

Тут а , b , з — періоди кристалічної решітки по трьох її осях; a 0 , b 0 , g 0 — кути, що утворюються падаючим, а а, b, g — розсіяним променями з осями кристала; l — довжина хвилі рентгенівських променів, Н До , L — цілі числа. Ці рівняння називаються рівняннями Лауе. Дифракційну картину отримують або від нерухомого кристала за допомогою рентгенівського випромінювання з суцільним спектром (так звана лауеграмма ; мал. 1 ), або від кристала (кути a 0 , b 0 міняються, а g 0 залишається постійним), що обертається або коливається, освітлюється монохроматичним рентгенівським випромінюванням (l — постійно), або від полікристала, що освітлюється монохроматичним випромінюванням. У останньому випадку, завдяки тому що окремі кристали в зразку орієнтовані довільно, міняються кути a 0 , b 0 , g 0 .

  Інтенсивність дифрагованого променя залежить в першу чергу від так званого структурного чинника, який визначається атомними чинниками атомів кристала, їх розташуванням усередині елементарного вічка кристала, а також характером теплових коливань атомів. Структурний чинник залежить від симетрії розташування атомів в елементарному вічку. Інтенсивність дифрагованого променя залежить також від розмірів і форми об'єкту, від досконалості кристала і прочего.

  Д. р. л. від полікристалічних тіл приводить до виникнення різко виражених конусів вторинних променів. Віссю конуса є первинний промінь, а кут розчину конуса рівний 4j (J — кут між плоскістю, що відображає, і падаючим променем). Кожен конус відповідає певному сімейству кристалічної плоскості. У створенні конуса беруть участь всі кристали, сімейство плоскості яких розташоване під кутом J до падаючого променя. Якщо кристали малі і їх доводиться дуже велика кількість на одиницю об'єму, то конус променів буде суцільним. В разі текстури тобто наявність переважного орієнтування кристалів, дифракційна картина ( рентгенограма ) складатиметься з нерівномірно зачорнених кілець (див. також Дебая — Шеррера метод ).

  Метод Д. р. л. на кристалах дав можливість визначати довжину хвилі рентгенівських променів, якщо відома структура кристалічної грати, завдяки чому виникла рентгенівська спектроскопія, що зіграла важливу роль при встановленні будови атома. Спостереження Д. р. л. відомої довжини хвилі на кристалі невідомої структури дозволяють встановити характер цієї структури (розташування іонів, атомів і молекул, складових кристал), що послужило основою рентгенівського структурного аналізу .

  Д. р. л. спостерігається також при розсіянні їх аморфними твердими тілами, рідинами і газами. В цьому випадку на кривій залежності інтенсивності від кута розсіяння довкола центральної плями з'являються широкі кільця типа гало ( мал. 2 ). Положення цих кілець (кут J) визначається середньою відстанню між молекулами або відстанями між атомами в молекулі. Із залежності інтенсивності від кута розсіяння можна визначити розподіл щільності речовини.

  Д. р. л. можна спостерігати також на звичайних оптичних дифракційних гратах при ковзаючому падінні (менше кута повного віддзеркалення) рентгенівських променів на грати. За допомогою цього методу можна безпосередньо і з великою точністю вимірювати довжини хвиль рентгенівських променів.

  Літ.: Ландсберг Р. С., Оптика, 4 видавництва, М., 1957 (Загальний курс фізики, т. 3); Боровський І. Б., Фізичні основи рентгеноспектральних досліджень, М., 1956.

  Ст І. Іверонова.

Мал. 2. Рентгенограма води.

Мал. 1. Лауеграмма берилу.