Hvad er en røntgendiffraktion?

Denne artikel beskriver sådan noget som røntgendiffraktion. Det forklarer den fysiske grundlag af dette fænomen og dens anvendelse.

Teknologi udvikling af nye materialer

Innovation, nanoteknologi - en tendens i den moderne verden. Nyheder fuld af rapporter om de revolutionerende nye materialer. Men få mennesker indser, hvad en enorm apparater forskning forskere har brug for at skabe mindst en lille forbedring i de eksisterende teknologier. Et af de grundlæggende fænomener, der hjælper folk i det, - røntgendiffraktion.

elektromagnetisk stråling

Til at begynde, bør det præciseres, at en sådan elektromagnetisk stråling. Ethvert bevæger opladet krop skaber rundt om sig selv et elektromagnetisk felt. Disse felter gennemsyre hele vejen rundt, selv vakuum af dybe rum er ikke fri for dem. Hvis der i et sådant område, periodiske forstyrrelser, der er stand til at propagere i rummet, kaldes de elektromagnetisk stråling. Anvendes til at beskrive begreber som bølgelængde, frekvens og dens energi. Hvad energi intuitivt klart, og bølgelængden - afstanden mellem identiske faser (fx mellem to nærliggende toppe). Den større bølgelængde (og dermed frekvens), jo mindre energi. Recall, disse begreber har brug for at beskrive, hvad det røntgendiffraktion kortvarigt og tydeligt.

elektromagnetiske spektrum

Alle forskellige elektromagnetiske stråler passer på en særlig skala. Afhængigt af bølgelængde, skelne (fra længste til korteste):

• radiobølger;
• terahertz bølge;
• infrarøde bølger;
• synlig bølgelængde;
• ultraviolet bølgelængde;
• X-ray bølgelængde;
• gammastråling.

Således er vi interesserede i strålingen har en meget lille bølgelængde og højeste energi (så det er undertiden kaldes hårdt). Derfor kommer vi til beskrivelse af, hvad røntgendiffraktion.

Oprindelsen af X-ray

Jo højere stråling energi, jo sværere er det at få det kunstigt. Spredning ild, personen modtager en masse infrarød stråling, fordi det er det overfører varme. Men at der var en røntgendiffraktion på den rumlige struktur, er det nødvendigt en masse hårdt arbejde. Så er denne form for elektromagnetisk stråling frigivet, hvis knock out en elektron fra skallen af et atom, som er tæt på kernen. Elektroner er placeret over, søger at fylde hullet, deres overgange og give X-ray fotoner. Også under kraftig opbremsning af ladede partikler med en vægt (fx elektroner) produceret af disse høje energi stråler. Således er den røntgendiffraktion på krystalgitter ledsaget af udgifterne for en tilstrækkelig stor mængde energi.

I en industriel skala, denne stråling er som følger:

1. Katoden udsender elektroner med høj energi.
2. Elektronisk står anode materiale.
3. Electron dramatisk sinker (det udsender røntgenstråler).
4. I et andet tilfælde elektronen udskærer retardere partikelstrømmen med en lav bane af atomet af anodematerialet, hvilket også genererer røntgenstrålerne.

Det er også nødvendigt at forstå, at som enhver anden elektromagnetisk stråling i X-ray har sin egen serie. Det går denne stråling anvendes bredt nok. Alle ved, at en brækket knogle eller dannelse i lungerne er på udkig efter ved hjælp af røntgenstråler.

Crystal struktur

Nu er vi kommet tæt på, hvad der er en metode til røntgendiffraktion. For at gøre dette, forklarer strukturen af det faste stof. I videnskaben, er et fast legeme kaldes et stof i en krystallinsk tilstand. Træ, ler eller glas fast, men de mangler den vigtigste ting: en periodisk struktur. Men krystaller har denne fantastiske ejendom. Selve navnet på dette fænomen indeholder sin essens. Først skal du forstå, at i de krystal atomer er faste fast. Kontakt mellem dem har en vis grad af elasticitet, men de er for stærk, så at atomerne kan bevæge sig inden gitter. Sådanne episoder er mulige, men med en meget stærk ekstern indflydelse. For eksempel hvis metallet krystal til at bøje, dannes i punktdefekter af forskellige typer: nogle steder atom forlader sit sæde, danner position, i andre - den bevæges i den forkerte position, danner en defekt introduktion. I folden krystal mister sin slanke krystalstruktur, det er meget defekt, løs. Derfor klippet, som engang unbent, er det bedre ikke at bruge, da metallet mistet deres egenskaber.

Hvis atomerne er stift fastgjort, kan de ikke placeres i forhold til hinanden tilfældigt som i væsker. De skal organisere sig for at minimere energien i deres interaktion. Således er atomerne er anbragt i et gitter. I hvert af arrayene præsentere et minimum af atomer anbragt på en særlig måde i rummet, - en enhedscelle af krystallen. Hvis det hele broadcast, det vil sige, at kombinere kant med hinanden ved at bevæge sig i nogen retning, får vi hele krystal. Men det er værd at huske, at det er - en model. Enhver rigtig krystal har defekter, og helt nøjagtige oversættelse er næsten umuligt at opnå. Moderne silicium hukommelseselementer er tæt på ideelle krystaller. Men deres produktion kræver enorme mængder energi og andre ressourcer. I laboratoriet, forskerne er engagerede strukturer af forskellige typer, men som regel omkostningerne ved at skabe dem er alt for stor. Men lad os antage, at alle krystaller er ideelle: i alle retninger de samme atomer vil blive placeret på de samme afstande fra hinanden. En sådan struktur kaldes en gitter.

Undersøgelse af strukturen af krystaller

Det er på grund af denne kendsgerning kan være røntgendiffraktion på krystaller. Den periodiske struktur af krystaller skaber i dem nogle af det plan, hvori flere atomer end i andre retninger. Nogle gange er givet gitter plan symmetri, til tider - det indbyrdes arrangement af atomer. Hver planet er tildelt sin betegnelse. Afstand mellem planerne er meget lille: af størrelsesordenen adskillige Ångstrøm (tilbagekaldelse Ångstrøm - er 10 ^-10 m eller 0,1 nanometer).

Men planerne i den ene retning i nogen rigtig krystal, selv en meget lille parti. Røntgendiffraktion som en metode bruger dette faktum: alle bølgerne, der ændrede retningen af fly i én retning, summeres op, giver udgangssignalet er klart nok. Så forskerne kan finde ud af, hvilke områder der er beliggende inden for krystal disse planer, og som vurderes på den interne struktur i krystalstrukturen. Men kun de data er ikke nok. Ud over hældningsvinklen, har brug for at kende afstanden mellem flyene. Uden den kan du få tusindvis af forskellige modeller af strukturen, men kender ikke det nøjagtige svar. Om hvordan forskerne lære om afstanden mellem planerne vil blive diskuteret nedenfor.

diffraktion fænomen

Vi har allerede givet den fysiske grundlag af, hvad røntgendiffraktion på den rumlige gitter af krystaller. Men vi har endnu ikke forklaret essensen af fænomenet diffraktion. Således, diffraktion - en bøjning af bølger (herunder elektromagnetiske) forhindringer. Dette fænomen synes at være en overtrædelse af lovgivningen i lineær optik, men det er ikke. Det er nært forbundet med interferens og den bølge egenskaber, såsom fotoner. Hvis lyset sti er værd en hindring, på grund af diffraktion af fotoner kan "se" rundt om hjørnet. Hvor langt til at afvige fra retningen af lys formering lige afhænger af størrelsen af de forhindringer. Jo mindre forhindringen, bør den mindre være længden af den elektromagnetiske bølge. Det er derfor, den røntgendiffraktion på enkelte krystaller ved at anvende sådanne korte bølgelængder: Afstanden mellem planer er meget små, optiske fotoner er simpelthen ikke "komme igennem" mellem dem, og kun reflekteres fra overfladen.

En sådan forestilling er sandt, men det anses for smal i moderne videnskab. At udvide sin definition, samt generel viden nuværende metoder manifestationer diffraktion bølger.

1. Ændringer i rumlig bølge struktur. For eksempel er vinklen af den bølge udvidelse af strålen spredes eller afvigelse af bølge antal bølger i nogle foretrukne retning. Det er til denne klasse af fænomener i relation bøjning af bølger af forhindringer.
2. Expansion bølger i spektret.
3. Ændring polariseringen af bølger.
4. Konvertering bølge fasestruktur.

Fænomenet diffraktion, sammen med interferensen ansvarlige for, at retningen af lysstrålen ved et snævert mellemrum bag det vi ser ikke én, men flere lys højder. Jo længere den mest ud af midten af hullet, jo højere orden. Også, når den korrekte formulering eksperiment skyggen af konventionel synål (naturligt tynd) er opdelt i flere bånd, hvor nålen præcis observerede maksimale lys, ikke minimum.

formel Bragg

Vi har allerede nævnt, at det endelige signal tilføjet fra alle x-ray fotoner, der afspejles fra flyene med samme hældning i krystal. Men netop beregnede struktur giver en anden vigtig forholdet. Uden det ville være nytteløst røntgendiffraktion. Bragg formel ser således ud: 2dsinƟ = nλ. Her, d - afstanden mellem planerne med den samme hældningsvinkel, θ - slip vinkel (Bragg-vinklen), eller indfaldsvinklen til planet, n - rækkefølgen af diffraktionstoppen, λ - bølgelængde. Da det er kendt præcist, hvordan den røntgenspektret anvendes til dataopsamling og den vinkel, hvor lys falder er, denne formel gør det muligt at beregne værdien af d. Lidt over vi sagde, at uden disse oplysninger præcist opnå er umuligt strukturen af stof.

Moderne brug af røntgendiffraktion

Spørgsmålet er: i hvilke tilfælde brug for denne analyse, har forskerne ikke rigtig blevet udforsket hele verden struktur, og måske hovedsageligt i produktionen af nye stoffer ikke involverer folk, hvad slags resultater, de vil? Fire svar.

1. Ja, vi ved vores planet er god nok. Men hvert år er der nye mineraler. Nogle gange er de endda foreslå strukturen vil ikke fungere uden røntgenstråler.
2. Mange forskere forsøger at forbedre egenskaberne af eksisterende materialer. Disse stoffer udsættes for forskellige typer behandling (tryk, temperatur, lasere og lignende. D.). Undertiden i deres struktur at tilføje eller fjerne elementer fra den. Forstå hvad intern omstrukturering på samme tid fandt sted, vil røntgendiffraktion på krystaller.
3. Til visse anvendelser (fx til laser aktive medier, hukommelseskort, optiske elementer i observationssystemet) krystaller skal nøjagtigt overensstemmelse. Derfor er deres struktur testes ved anvendelse af denne metode.
4. Røntgendiffraktion - det er den eneste måde at finde ud af, hvor mange og hvad der skete i syntesen faser i flerkomponentsystemer. Eksempler på sådanne systemer kan tjene som elementer i en moderne keramisk teknologi. Tilstedeværelsen af uønskede faser kan medføre alvorlige konsekvenser.

rumaktiviteter

Mange mennesker har spurgt: "Hvorfor har vi en enorm observatorium i kredsløb om Jorden, hvorfor har vi brug roveren, hvis menneskeheden stadig ikke løse problemerne med fattigdom og krig?"

Alle kan finde deres argumenter "for" og "imod", men det er klart, at menneskeheden må være en drøm.

Derfor ser på stjernerne, vi kan nu sige med sikkerhed, at vi ved om dem mere og mere hver dag.

Røntgenbilleder af de processer, der forekommer i rummet, ikke når overfladen af vores planet, er de absorberes af atmosfæren. Men denne del af det elektromagnetiske spektrum har en masse data om højenergi-fænomener. Derfor værktøjer, studerer røntgen, bør sættes ud kredsløb om Jorden. Den eksisterende station i øjeblikket studerer følgende punkter:

• rester af supernovaeksplosioner;
• centrene af galakser;
• neutronstjerner;
• sorte huller;
• kollision af massive genstande (galakser, grupper af galakser).

Overraskende, for en række forskellige projekter adgang til disse stationer er til rådighed for studerende og selv skolebørn. De studerer kommer fra det ydre rum af røntgenstråler: diffraktion, interferens, spektrum bliver genstand for deres interesse. Og nogle meget unge brugere af rumbaserede observatorier gøre opdagelser. Den omhyggelige læser kan selvfølgelig argumentere for, at de har noget bare har tid billeder i høj opløsning til at overveje og lægge mærke til subtile detaljer. Og selvfølgelig, at det er vigtigt for opdagelsen, som regel, forstår kun den alvorlige astronom. Men sådanne tilfælde er inspirerende unge til at sikre, at vie deres liv til udforskningen af rummet. Og dette mål er værd at følge.

Så for at opnå Vilgelma Konrada Röntgen opdagede adgang til stjernernes viden og muligheder for at erobre andre planeter.