Mis on röntgendifraktsiooni?

See artikkel kirjeldab sellist asja nagu röntgendifraktsioon. See selgitab füüsilise alusel selle nähtuse ja selle rakendamine.

Tehnoloogia areng uute materjalide

Innovatsioon, nanotehnoloogia - trend tänapäeva maailmas. Uudised täis teateid revolutsiooniline uued materjalid. Aga vähesed inimesed mõistavad, milline tohutu teadusuuringute seade teadlased on vaja luua vähemalt väike paranemine olemasolevaid tehnoloogiaid. Üks põhilisi nähtused, mis aitavad inimestel seda, - röntgendifraktsiooni.

elektromagnetilise kiirguse

Et alustada, siis tuleb täpsustada, et need elektromagnetilise kiirguse. Iga liikuvate laetud keha tekitab enda ümber elektromagnetvälja. Need väljad tungida kogu isegi vaakum sügav ruum ei ole neist vabana. Kui sellisel alal, perioodilisi häireid, mis on võimeline paljunema ruumi, neid nimetatakse elektromagnetilist kiirgust. Kirjeldamiseks kasutatakse mõisteid nagu lainepikkus, sagedus ja selle energiat. Mis energiat intuitiivselt selge ja lainepikkuse - vahemaa identsed faasid (näiteks kahe kõrvuti tipud). Mida kõrgem lainepikkus (ja seega sagedus), seda vähem energiat. Meenuta, need mõisted on vaja kirjeldada, mida röntgendifraktsiooni lühidalt ja selgelt.

elektromagnetilise spektri

Kõik erinevaid elektromagnetilise kiirte sobib spetsiaalne skaalal. Sõltuvalt lainepikkus, eristada (alates pikim lühim):

• raadiolainete;
• terahertskiirgurite laine;
• infrapunakiirtega;
• nähtav lainepikkusest
• ultraviolett lainepikkusest
• Röntgenkiirte lainepikkusest
• gammakiirgust.

Seega oleme huvitatud kiirgusel on väga väike lainepikkus ja kõrgeima energia (nii nimetatakse seda mõnikord raske). Seega jõuame kirjeldus, mida röntgendifraktsiooni.

Päritolu X-ray

Mida kõrgem on kiirguse energia, seda raskem on saada kunstlikult. Levib tulekahju, inimene saab palju infrapunakiirgust, sest see on see kannab soojust. Aga see oli röntgendifraktsiooni ruumilise struktuuri, on vaja palju rasket tööd. Niisiis, selline elektromagnetilise kiirguse vabastatakse, kui Tyrmätä elektroni kesta aatomi, mis on lähedal tuum. Elektronid asuvad eespool püüavad täita auk, nende üleminekuid ning pakkuda X-ray footonid. Samuti äkkpidurdamisel laetud osakeste massiga (nt elektroni) toodetud nimetatud kõrge energiaga kiiri. Seega röntgenkiirte difraktsiooni kristallvõre kaasneb kulude piisavalt suur kogus energiat.

Tööstuslikult see kiirgus on järgmised:

1. Katood kiirgab elektrone kõrge energia.
2. Elektrooniline seisab anoodi materjalist.
3. Electron aeglustab oluliselt (see kiirgab röntgen).
4. Teisel juhul elektroni lööb aeglustava osakese madalalt orbiit aatomi anoodmaterjali, mis genereerib ka röntgenkiirgust.

Samuti on vaja mõista, et nagu iga teine elektromagnetilist kiirgust X-ray on oma valikut. See läheb selle kiirguse kasutatakse laialdaselt piisa. Igaüks teab, et luumurdu või moodustumise kopsudes otsib abiga röntgen.

kristallstruktuuri

Nüüd oleme jõudnud lähedale, mida on meetod röntgendifraktsiooni. Selleks selgitab struktuuri tahke. Teaduses tahke keha nimetatakse aine kristalses olekus. Wood, savi või klaasist tahked, kuid neil puuduvad peamine: perioodilise struktuuri. Aga kristallid on see hämmastav vara. Väga nimi see nähtus sisaldab oma olemuselt. Kõigepealt pead mõistma, et kristallis aatomit on kinnitatud kindlalt. Võta nende vahel on teatav elastsust, kuid nad on liiga tugev, et aatomid võivad liikuda võre. Sellised episoodid on võimalik, kuid väga tugev väline mõju. Näiteks kui metallist kristall painutada, on moodustatud punkti vead eri tüüpi: mõnes kohas aatom lahkub istmelt, moodustades seisukoht, teistes - see on liikunud vales asendis, moodustades defekti sissejuhatus. Klapi kristalli kaotab oma õhuke kristallstruktuur on väga katkine, lahtised. Seetõttu clip, mis kord unbent, siis on parem mitte kasutada, kuna metalli kaotanud oma omadused.

Kui aatomit on jäigalt fikseeritud, neid ei saa äri- üksteise suhtes juhuslikult nagu vedelikke. Nad peavad organiseeruma, et vähendada energia nende koostoime. Seega on aatomid paigutatud võre. Iga massiivid esitleda minimaalne hulk aatomit paigutatud erilisel moel ruumis, - võreelemendi kristalli. Kui kõik see saade, mis tähendab, et ühendada serva üksteisega liigub igas suunas, saame kogu kristall. Siiski tasub meeles pidada, et see on - mudeli järgi. Iga tõeline kristall on defekte, ja täiesti täpne translyatsii peaaegu võimatu saavutada. Modern räni mäluelement on lähedased suurepärane kristallid. Kuid nende tootmine nõuab tohutul hulgal energiat ja muid ressursse. Laboris teadlased on pühendunud struktuurid erinevad, kuid reeglina kulusid luues neile on liiga suur. Aga oletame, et kõik kristallid on ideaalne: mis tahes suunas on samad aatomid hakkab asuma samal kaugustel üksteisest. Selline struktuuri nimetatakse võre.

Uurimine struktuuri kristallid

See on tingitud sellest saab röntgenkiirte difraktsiooni kristallid. Perioodiline struktuuri kristallide tekitab neile mõned tasapinnaga kus mitu aatomit kui teistes suundades. Mõnikord on need on antud võretasapinna sümmeetria, mõnikord - vastastikuse aatomite paigutuse. Iga lennuk on määratud selle nimetusest. Kaugus tasapindade vahel on väga väike: suurusjärgus mitu Ä (turult Ä - on 10 ^-10 m või 0,1 nanomeetrit).

Kuid lennukeid ühes suunas igal tõeline kristall, isegi väga väike partii. Röntgenikiirte difraktsioon meetodina kasutab seda asjaolu: kõik lained, mis muutis suunda lennukid ühes suunas, on kokku, andes on väljundsignaali piisavalt selge. Nii saavad teadlased aru saada, millised valdkonnad asuvad kristall need lennukid ja hinnatakse sisemise struktuuri kristallstruktuuri. Kuid ainult andmed ei ole piisavalt. Lisaks kaldenurk, pead teadma vahemaa lennukid. Ilma selleta saad tuhandeid erinevaid mudeleid struktuuri, kuid ei tea täpset vastust. Kuidas teadlased õppida vahemaa lennukid arutatakse allpool.

difraktsiooni nähtus

Me oleme juba andnud füüsilise põhjal, mida röntgendifraktsiooni ruumilise võre kristallid. Kuid me ei ole veel selgitatud sisuliselt nähtus difraktsioon. Seega difraktsioon - painutamist lained (sh elektromagnetilise) takistusi. See nähtus tundub olevat rikkumist seaduste lineaarne optika, kuid see ei ole. See on tihedalt seotud häirete ja laine omadused, nagu footonite. Kui tuli tee on väärt takistuseks, sest difraktsioon footonite "näeb" ümber nurga. Kui kaugele kõrvale kalduda suunas valguse levimisel sirge sõltub suurusest takistusi. Mida väiksem on takistus, seda väiksem peaks olema pikkus elektromagnetilise laine. Sellepärast röntgendifraktsiooni monokristallide kasutades selliseid lühikese lainepikkusega: vahemaa lennukid on väga väike, optiline footonid on lihtsalt ei ole "läbi saama" nende vahel, ja ainult maapinnalt peegelduva.

Selline arusaam on tõsi, kuid seda peetakse liiga kitsas kaasaegses teaduses. Et laiendada oma olemuselt samuti üldteadmised Käesolevad meetodid ilmingud difraktsiooni lained.

1. Muutused ruumilise lainestruktuuri. Näiteks nurk laine laienemine tala levikut ega kõrvalekaldumisi lainearvu lainete Mõnes eelistatud suunas. See on selle klassi seotud nähtusi painutamine lained takistusi.
2. Expansion laineid spektriosa.
3. Muutuv polarisatsioon lained.
4. Conversion laine faas struktuuri.

Nähtus difraktsiooni koos häireid vastutab selle eest, et suunas valgusvihu kitsas lõhe taga näeme mitte üks, vaid mitu valguse tõusud. Kaugemal ära keset lõhe, seda suurem on järjekorras. Ka siis, kui õige preparaat eksperimendi varjus tavapäraste õmblusnõel (looduslikult õhuke) on jagatud mitmeks bändid, kusjuures nõela täpselt täheldatud maksimaalne valguse, mitte minimaalne.

valemiga Bragg

Me oleme juba maininud, et lõplik signaal lisanud röntgeniseadmetest footonite mis on peegeldunud lennukid sama tõusuga kristalli sees. Aga just arvutatud struktuur võimaldab veel üks oluline suhe. Ilma selleta oleks kasutu röntgendifraktsiooni. Bragg valemiga näeb välja selline: 2dsinƟ = nA. Siin d - vahemaa lennukid sama kaldenurka, θ - libisemisnurga (Bragg nurga) või langemisnurga tasapinnaga, n - suurusjärgus difraktsioonipiikide, λ - lainepikkus. Kuna on teada, kuidas täpselt X-ray spektri kasutada andmete kogumiseks ja nurk, mille valgus langeb on see valem võimaldab teil arvutada väärtus d. Veidi kõrgemal me ütlesime, et ilma selle teabe täpselt saada struktuur osakeste on võimatu.

Modern kasutamine röntgenkiirte difraktsiooni

Tekib küsimus: millistel juhtudel on vaja käesoleva analüüsi, teadlased ei ole tegelikult uuritud kogu maailma struktuuri ja võibolla peamiselt tootmise uute ainete ei kaasata inimesi, milliseid tulemusi nad? Neli vastuseid.

1. Jah, me teame, et meie planeedil on piisavalt hea. Aga igal aastal on uus mineraalid. Mõnikord nad isegi soovitada struktuuri ei tööta ilma röntgen.
2. Paljud teadlased üritavad parandada olemasolevate omadusi materjale. Neid aineid allutati erinevat liiki ravi (rõhk, temperatuur, laserid jms. D.). Mõnikord oma struktuuri lisada või eemaldada elemente ta. Aru, mida sisemisi ümberkorraldusi samal ajal toimus, hakkab X-ray difraktsiooni kristallid.
3. Mõnede rakenduste (nt laser aktiivne meedia, mälukaardid, optilised elemendid vaatluse süsteem) kristallid peab täpselt vastama. Seetõttu on nende struktuur on testitud seda meetodit kasutades.
4. Röntgenikiirte difraktsioon - see on ainus viis teada saada, kui palju ja mis juhtus sünteesi etappi mitmikkomponendina süsteemid. Sellised süsteemid võivad olla elementide kaasaegse keraamika tehnoloogia. Kohalolekul soovimatuid faasid võivad kaasneda tõsised tagajärjed.

ruumi tegevust

Paljud inimesed on küsinud: "Miks meil on tohutu jälgimissüsteem Maa orbiidil, miks me vajame Rover, kui inimkond ikka ei lahenda probleeme vaesuse ja sõja?"

Igaüks võib leida oma argumendid "for" ja "vastu", kuid on selge, et inimkonna peab olema unistus.

Seetõttu vaadates tähti, saame nüüd kindlalt öelda, et me teame neid rohkem ja rohkem iga päev.

X-kiirte toimuvate protsesside ruumi, ei jõua pinda meie planeedi, nad imenduvad atmosfääri. Aga see osa elektromagnetilise spektri on palju andmeid suure energiaga nähtused. Seega, tööriistad, õppimine x-ray, tuleks panna kaugemale Maa orbiidil. Olemasolev jaama õpib järgmisi punkte:

• jäänused supernoova plahvatust;
• keskused galaktikate
• neutron stars;
• mustad augud;
• kokkupõrge massiivne objektide (galaktikad, rühmade galaktikad).

Üllatuslikult erinevaid projekte juurdepääsu need jaamad on õpilastele kättesaadavad ja isegi koolilapsed. Nad uurivad riigist süvakosmosesse x-ray talad: difraktsiooni, interferentsi spektri muutunud objektiks nende huvides. Ja mõned väga noor kosmose kasutajad tegutsevad observatooriumid teha avastusi. Täpset lugeja võib muidugi väita, et neil on midagi lihtsalt on aega pilte kõrge resolutsiooni kaaluda ja teate peent detailid. Ja muidugi, kui tähtis on avastus, reeglina ainult mõista tõsiseid astronoom. Kuid sellised juhtumid on inspireeriv noorte tagada, et pühendada oma elu kosmoseuuringute. Ja see eesmärk on väärt, mida järgida.

Nii, et saavutada Vilgelma Konrada Röntgen avastas juurdepääsu tähe teadmisi ja võimalusi vallutada teiste planeetide.