7) дифракция рентгеновских лучей

7) ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ

явление, возникающее при упругом рассеянии рентгеновского излучения в кристаллах, аморфных телах,жидкостях или газах и состоящее в появлении отклонённых (дифрагированных) лучей, распространяющихсяпод определёнными углами к первичному пучку. Д. р. л. обусловлена пространств. когерентностью междувторичными волнами, возникшими при рассеянии первичного излучения на эл-нах разл. атомов. В нек-рыхнаправлениях, определяемых соотношением между длиной волны излучения l и межатомнымирасстояниями в в-ве, вторичные волны складываются, находясь в одинаковой фазе, в результате чегосоздаётся интенсивный дифракц. луч. Дифракц. картина может быть зафиксирована на фотоплёнке; её видзависит от структуры объекта и эксперим. метода. Напр., рентгенограммы от монокристаллов (лауэграммы)образованы закономерно расположенными пятнами (рефлексами), от поликристаллов (дебаеграммы) —системой концентрич. окружностей, от аморфных тел, жидкостей и газов — совокупностью диффузионныхореолов вокруг центр. пятна. Д. р. л. впервые была экспериментально обнаружена на кристаллах нем.физиками М. Лауэ, В. Фридрихом и П. Книппингом в 1912 и явилась доказательством волновой природырентгеновских лучей.

Наиболее чётко выражена Д. р. л. на кристаллах. Кристалл явл. естеств. трёхмерной дифракц. решёткой длярентгеновского излучения, т. к. расстояние между рассеивающими центрами (атомами) в нём одногопорядка с l рентгеновского излучения (=1? =10-8 см). Д. р. л. на кристаллах можно рассматривать как избирательное (по l) отражение рентгеновских лучей от систем ат. плоскостей кристаллической решётки(см. БРЭГГА — ВУЛЬФА УСЛОВИЕ). Направление дифракц. максимума удовлетворяет условиям Лауэ:

Здесь а, b, с — периоды крист. решётки по трём её осям; a0, b0, g0 — углы, образуемые падающим, а a, b, g— рассеянным лучом с осями кристалла; h, k, l — целые числа (Миллера индексы).

Интенсивность дифрагиров. луча определяется атомными факторами, к-рые зависят от электроннойплотности атомов, расположением атомов в элем. ячейке (структурным фактором), а также интенсивностьютепловых колебаний атомов крист. решётки. На неё влияют также размеры и форма объекта, степеньсовершенства кристалла и др. хар-ки. Зависимость величины и пространств. распределения интенсивностирассеянного рентгеновского излучения от структуры и др. хар-к объекта легла в основу рентгеновскогоструктурного анализа и рентгенографии материалов.

Д. р. л. на кристаллах даёт возможность определять длину волны рентгеновского излучения (см.РЕНТГЕНОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ).

Д. р. л, на аморфных твёрдых телах, жидкостях и газах позволяет оценивать средние расстояния междумолекулами или расстояния между атомами в молекуле и определять распределение плотности в-ва.

Дифрагиров. пучки составляют часть всего рассеянного излучения. Из-за нарушений периодичностистроения кристаллов часть излучения рассеивается некогерентно и образует изотропный фон. Кроме того,наблюдается комптоновское рассеяние с изменением l (см. КОМПТОНА ЭФФЕКТ).

Уравнение Брэгга-Вульфа

У. Л. Брэгг показал, что поглощение и испускание рентгеновских лучей кристаллами с математической точки зрения эквивалентно отражению света от параллельных плоскостей. Допустим, что рентгеновские лучи с длиной волны "К падают на поверхность кристалла под углом падения G. Длина пути рентгеновского луча, который отражается от верхнего слоя атомов кристалла (путь А на рис. 3.17), меньше, чем у рентгеновского луча, который отражается от второго слоя атомов (путь В). Для того чтобы две

Рис. 3.17. К выводу уравнения Брэгга Рис. 3.18. Установка для наблюдения дифракции рентгеновских лучей.

испускаемые волны имели одинаковую фазу и усиливали друг друга, длина их пути должна отличаться на целое число длин волн. Эту разность можно записать как пк, где и-целое число, а А,-длина волны рентгеновских лучей. Таким образом, угол отражения рентгеновских лучей должен быть связан с расстоянием d между двумя слоями атомов в кристалле соотношением

Это и есть уравнение Брэгга-Byльфа.

8) Естественный и поляризованный свет. Следствием теории Максвелла (см. § Дифференциальное уравнение электромагнитной воны) является поперечность световых волн: векторы напряженности электрического E и магнитного H полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу). Поэтому дня описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов. Обычно все рассуждения ведутся относительно светового вектора - вектора напряженности E электрического поля (это название обусловлено тем, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества).

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора (рис. 10.1, а; луч перпендикулярен плоскости рисунка). В данном случае равномерное распределение векторов E объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов E - одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора E (и, следовательно, H) называется естественным.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!) направление колебаний вектора E (рис. 10.1, б), то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор E (и, следовательно, H) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 10.1, в), называется плоскополяризованным (линейно поляризованным).

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью поляризации. Плоскополяризованный свет является предельным случаем эллиптически поляризованного светя - света, для которого вектор E (вектор H) изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу. Если эллипс поляризации вырождается (см. § Сложение взаимно перпендикулярных колебаний) в прямую (при разности фаз , равной нулю или ), то имеем дело с рассмотренным выше плоскополяризованным светом, если в окружность (при н равенстве амплитуд складываемых волн), то имеем дело с циркулярно-поляризованным (поляризованным во кругу) светом

Закон Малюса — зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора.

Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.

Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно-поляризованных составляющих, к каждой из которых применим закон Малюса. По закону Малюса рассчитываются интенсивности проходящего света во всех поляризационных приборах, например в поляризационных фотометрах и спектрофотометрах. Потери на отражение, зависящие от и не учитываемые законом Малюса, определяются дополнительно.

Дата добавления: 2015-09-29