Рентгеновские лучи

Реклама
Кристаллы и рентгеновское
излучение, инструмент изучения
веществ и материалов
Вильгельм Конрад Рентген,
Нобелевская премия 1901
1912, революция в кристаллографии
Понимание того, как устроена структура кристаллов,
возникло в результате экспериментов, целью которых
было использовать кристаллы для понимания того, что
собой представляет рентгеновское излучение; открытия
часто рождаются неожиданно!
Рентгеновские лучи ….
В 1895 году немецкий физик Рентген открыл
новый вид излучения, но не смог определить
его природу. В конце концов, он сам назвал это
излучение X-лучами. Невидимое глазом
излучение способно проникать сквозь самые
различные материалы. Природу нового
излучения и его свойства пытались изучать
ученые из многих стран мира, используя для
этого кристаллы.
В 1912 году фон Лауэ, Фридрих и Книппинг
подвергли кристалл действию рентгеновских
лучей и показали, что рентгеновские лучи
представляют собой волны с очень короткой
длиной волны (с очень высокой частотой).
Дифракционный эксперимент первоначально
ставился для того, чтобы понять природу этого
излучения; как оказалось впоследствии, его
истинное значение состояло в том, что был
найден метод изучения внутреннего строения
самих кристаллов, регулярного порядка и
симметрии их строения. Это дало поистине
необыкновенные возможности изучения
внутреннего строения кристаллов, картины
относительного расположения в них атомов,
изучения природы химической связи и свойств
кристаллов.
... для исследования структуры
кристаллов
Уильям Лоуренс Брэгг и его отец, Уильям
Генри Брэгг, поняли, что рентгеновские лучи
можно использовать для понимания
кристаллов, для того, чтобы «видеть» их
внутреннее строение. Эти исследования дали
толчок развитию новой науки – рентгеновской
кристаллографии. Уильям Лоуренс Брэгг
знаменит законом рентгеновской дифракции,
названным его именем, который он открыл в
первый год своей учебы в аспирантуре в 1912
году. Дифракция рентгеновских лучей
превратилась в мощный уникальный
инструмент исследования расположения
атомов в кристаллах.
Лаборатория Вильгельма Конрада Рентгена.
© Немецкий Музей Рентгена
Макс фон Лауэ, Нобелевская премия 1914
Пример картины
рентгеновской дифракции,
полученной в апреле 1912 Фридрихом и
Книппингом от кристалла сфалерита ZnS,
используя самодельную установку. Отдельные пятна
(«дифракционные максимумы», или «рефлексы»)
получаются из-за рассеяния рентгеновских лучей на атомах
кристалла, образующих регулярные периодические ряды, и их
взаимодействия (интерференции). Если структура
кристалла обладает определенной симметрией, то и
дифракционная картина обладает той же
симметрией.
Источник: Фридрих и Книппинг «50 лет
рентгеновской дифракции», под редакцией
П.П. Эвальда (Friedrich & Knipping & “50
Years of X-ray Diffraction”, edited by P.
P. Ewald)
Рентгеновские лучи позволяют нам
“заглянуть внутрь кристаллов”, это
открытие
послужило
началом
интенсивных исследований во многих
странах мира. Многие из тех, кто начинал
эти исследования, были удостоены
Нобелевских премий.
В дифрактометре Брэгга
источник излучения рассеивает
пучок под известным углом к
поверхности кристалла, а детектор,
регистрирующий интенсивности
рассеянного (дифрагированного) пучка
ориентирован под углом, равным углу падения.
Этот дифрактометр был оснащен газовым
детектором, который позволял прямо
измерять интенсивность дифрагированного
излучения в зависимости от
дифракционного угла.
Источник: Коллекция
Кэвендишевской лаборатории
Уильям Лоуренс Брэгг, Нобелевская премия 1915
Закон Брэгга
Уильям Генри Брэгг, профессор физики,
считал, сто рентгеновские лучи – это поток
частиц, подобных электронам, но не имеющих
электрического заряда. Однако, познакомившись с
результатами эксперимента M. Лауэ, он понял, что из
данных эксперимента следует, что рентгеновские лучи
ведут себя как волна, как свет. Его сын, Уильям Лоуренс
Брэгг, которому тогда было всего 22 года, немало
способствовал тому, что его отец изменил свою
точку зрения. В поисках доказательств он
сформулировал закон Брэгга λ=2d sinθ
который связывает отклонение
дифракционного луча с расстоянием
Уильям Генри Брэгг, Нобелевская премия 1915
между атомными плоскостями в
кристалле.
Скачать