В 1895 г. немецкий физик В.Рентген обнаружил, что при электрическом разряде в вакуумной трубке возникает невидимое для глаз излучение, обладающее высокой проникающей способностью. Излучение вначале было названо Х-лучами, а затем получило название рентгеновского. Оно занимает диапазон длин волн от 2∙10-9 до 6∙10-12м. Рентгеновские лучи вызывают флуоресценцию некоторых веществ, ионизацию газов, оказывают фотохимическое и биологическое воздействие на тела. Для наблюдения дифракции рентгеновских лучей необходима дифракционная решетка того же порядка d, что и длина волны. Изготовить решетку такого малого порядка невозможно, однако можно воспользоваться для этой цели кристаллами, которые состоят из упорядоченно расположенных ионов, атомов или молекул на расстоянии порядка 10-10м друг от друга. Такие дифракционные решетки называются пространственными или трехмерными.
Идея применить монокристалл для изучения дифракции рентгеновских лучей принадлежит немецкому физику М.Лауэ (1912 г.). Развивая его идеи, в 1913 г. русский физик Г.В.Вульф и английский физик У.Л.Брэгг независимо друг от друга предложили простой метод наблюдения и расчета дифракционной картины. Они рассматривали дифракцию рентгеновских лучей, отражающихся от атомов кристаллографических плоскостей. Поскольку рентгеновские лучи обладают высокой проникающей способностью, отраженная их часть составляет ничтожную долю лучей, прошедших в кристалл. Однако при условии интерференционного максимума лучей, отраженных от разных плоскостей кристалла, можно добиться их значительного усиления.
Разобьем кристалл на ряд параллельных плоскостей, проходящих через узлы кристаллической решетки и отстоящих друг от друга на расстояние d (рис. 3.8). Пусть на кристалл падает плоская монохроматическая волна рентгеновского излучения под углом скольжения θ (угол между направлением падающего луча и кристаллографической плоскостью). Рассмотрим лучи 1’ и 2’, отразившиеся от атомов А и В двух параллельных плоскостей I и II соответственно. Абсолютный показатель преломления любых сред для рентгеновских лучей близок к единице, поэтому отраженные лучи 1’ и 2’ по закону отражения выйдут из кристалла под тем же углом θ к плоскостям I и II. Лучи 1’ и 2’ когерентны и будут интерферировать между собой, подобно лучам, идущим от соседних щелей дифракционной решетки. Для определения разности хода лучей 1’ и 2’ из точки А опустим перпендикуляры на лучи 2 и 2’ (на рис. 3.8 это пунктирные линии). Искомая разность хода Δ = 2 dsinθ. Лучи будут усиливать друг друга при 2 dsinθ = = mλ, где m = 1,2…. – порядок дифракционного максимума. Данное соотношение называется формулой Вульфа-Брэгга. Если известна длина волны рентгеновских лучей, то по виду дифракционной картины можно определить структуру кристалла. На этом основан метод изучения структуры вещества, получивший название рентгеноструктурного анализа. Основоположники рентгеноструктурного анализа У.Г.Брэгг (отец) и У.Л. Брэгг (сын) первыми расшифровали атомные структуры ряда кристаллических веществ, за что были удостоены в 1915 г. Нобелевской премии.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему