Què és un patró de difracció de raigs X?

Aquest article descriu tal cosa com difracció de raigs X. S'hi explica la base física d'aquest fenomen i la seva aplicació.

desenvolupament de la tecnologia de nous materials

La innovació, la nanotecnologia - una tendència del món modern. Notícies plena d'informes sobre els nous materials revolucionaris. Però poques persones s'adonen del que els científics un enorme aparell de la recerca han de crear almenys una petita millora en les tecnologies existents. Un dels fenòmens fonamentals que ajuden a les persones en ella, - difracció de raigs-X.

radiació electromagnètica

Per començar, cal aclarir que aquesta radiació electromagnètica. Qualsevol cos carregada en moviment crea al voltant de si mateix un camp electromagnètic. Aquests camps s'estenen per tot arreu, fins i tot el buit de l'espai profund no està lliure d'ells. Si en un camp com, pertorbacions periòdiques que són capaços de propagar-se en l'espai, s'anomenen radiació electromagnètica. S'utilitza per descriure conceptes com ara la longitud d'ona, freqüència i la seva energia. Quina energia intuïtivament clar, i la longitud d'ona - distància entre fases idèntiques (per exemple, entre dos pics adjacents). La longitud d'ona major (i per tant la freqüència), menys energia. Recordem, aquests conceptes han de descriure breument el que la difracció de raigs X i amb claredat.

espectre electromagnètic

Tota la varietat de raigs electromagnètics encaixa en una escala especial. Depenent de la longitud d'ona, distingir (de llarg a més curt):

• ones de ràdio;
• ona terahertz;
• ones d'infrarojos;
• longitud d'ona visible;
• longitud d'ona ultraviolada;
• longitud d'ona de raigs X;
• radiació gamma.

Per tant, estem interessats en la radiació té una longitud d'ona molt petita i la més alta energia (el que de vegades es diu dur). Per tant, arribem a la descripció del que la difracció de raigs X.

L'origen dels raigs X

Com més gran sigui l'energia de radiació, més difícil és aconseguir-ho artificialment. Propagació del foc, la persona que rep una gran quantitat de radiació infraroja, perquè és que transfereix calor. Però que hi havia una difracció de raigs X en l'estructura espacial, cal molta feina dur. Per tant, aquest tipus de radiació electromagnètica s'allibera, si el knock out un electró de la closca d'un àtom, que està prop del nucli. Els electrons es troben per sobre, tracten d'omplir el forat, les seves transicions i proporcionar els fotons de raigs X. També sota pesat de frenada de partícules carregades que tenen un pes (per exemple, electrons) produïdes per aquests raigs d'alta energia. Així, la difracció de raigs X a la xarxa cristal·lina està acompanyat per la despesa d'una gran quantitat suficient d'energia.

En una escala industrial, aquesta radiació són els següents:

1. El càtode emet electrons amb alta energia.
2. Electrònica s'enfronta al material de l'ànode.
3. Electrons disminueix dràsticament (que emet raigs X).
4. En un altre cas, l'electró colpeja retardar la partícula amb una òrbita baixa de la àtom del material de l'ànode, que també genera els raigs-X.

També cal entendre que, com qualsevol altra radiació electromagnètica en el de raigs X té el seu propi rang. No fa aquesta radiació s'usa àmpliament suficient. Tothom sap que un os trencat o formació en els pulmons està buscant amb l'ajuda de raigs-X.

estructura cristal·lina

Ara hem arribat a prop del que és un mètode de difracció de raigs X. Per a això, explicar l'estructura del sòlid. En la ciència, un cos sòlid es diu una substància en un estat cristal·lí. Fusta, argila o vidre sòlid, però els falta el més important: una estructura periòdica. Però vidres tenen aquesta propietat increïble. El mateix nom d'aquest fenomen conté la seva essència. En primer lloc cal entendre que en els àtoms de vidre es fixa amb fermesa. El contacte entre ells tenen un cert grau d'elasticitat, però són massa forts, de manera que els àtoms es poden moure dins de la xarxa. Tals episodis són possibles, però amb un molt fort impacte extern. Per exemple, si el vidre de metall es doble, es formen en defectes puntuals de diferents tipus: en alguns llocs àtom surt del seu seient, posició de formació, en un altre - es mou en la posició incorrecta, formant una introducció defecte. Al vidre vegades perd la seva estructura de vidre prim, és molt defectuós, solt. Per tant, el clip, que un cop sense doblegar, és millor no utilitzar, com el metall perdut les seves propietats.

Si els àtoms estan rígidament fixos, que no poden ser posicionats un respecte a l'altre a l'atzar com a líquids. Han d'organitzar per tal de minimitzar l'energia de la seva interacció. Per tant, els àtoms estan disposats en una retícula. En cadascuna de les matrius presenten un conjunt mínim d'àtoms disposats d'una manera especial en l'espai, - una cel·la unitat del cristall. Si tots de la mateixa emissió, és a dir, combinar la vora entre si movent en qualsevol direcció, obtenim tot el cristall. No obstant això, val la pena recordar que això és - un model. Qualsevol vidre real no té defectes, i la traducció completament exacta és gairebé impossible d'aconseguir. elements de memòria de silici moderns són a prop de vidres ideals. No obstant això, la seva producció requereix enormes quantitats d'energia i altres recursos. Al laboratori, els científics estan compromesos estructures de diferents tipus, però com a regla general, el cost de la creació d'ells és massa gran. Però anem a suposar que tots els vidres són ideals: en qualsevol direcció els mateixos àtoms es troben en les mateixes distàncies unes de les altres. Tal estructura es diu un enreixat.

La investigació de l'estructura dels cristalls

És a causa d'aquest fet pot ser de difracció de raigs X en cristalls. L'estructura periòdica de vidres crea en ells alguns pla en el que més àtoms que en altres direccions. A vegades aquests es donen simetria pla de gelosia, de vegades - la disposició mútua dels àtoms. Cada pla se li assigna la seva designació. Distància entre els plans és molt petita: l'ordre de diversos àngstroms (àngstroms de record - és 10 ^-10 m o 0,1 nanòmetres).

No obstant això, els avions en una direcció en qualsevol vidre real, fins i tot una molt petita quantitat. difracció de raigs X com un mètode utilitza aquest fet: totes les ones que van canviar la direcció dels plans en una direcció, es sumen, donant el senyal de sortida és prou clar. Així que els científics poden esbrinar quines àrees es troben dins del cristall aquests plans, i són jutjats en l'estructura interna de l'estructura cristal·lina. No obstant això, només les dades no és suficient. A més de l'angle d'inclinació, necessita saber la distància entre els plans. Sense ella, pot obtenir milers de diferents models de l'estructura, però no sap la resposta exacta. Sobre com els científics a aprendre sobre la distància entre els plans es veurà més endavant.

fenomen de difracció

Ja hem donat la base física de difracció el que la de raigs X a la gelosia espacial de vidres. No obstant això, encara no hem explicat l'essència del fenomen de la difracció. Per tant, la difracció - una curvatura de les ones electromagnètiques (incloent) obstacles. Aquest fenomen sembla ser una violació de les lleis de l'òptica lineal, però no ho és. Està estretament relacionat amb la interferència i les propietats d'ona, com ara fotons. Si la trajectòria de la llum és digne d'un obstacle, a causa de la difracció dels fotons pot "veure" molt prop. A quina distància es desviï de la direcció de propagació de la llum recta depèn de la mida de les obstruccions. Com més baix sigui l'obstacle, el més petit ha de ser la longitud de l'ona electromagnètica. Per això, la difracció de raigs X sobre cristalls individuals mitjançant l'ús d'aquestes longituds d'ona curtes: la distància entre els plans és fotons molt petites, òptics no són simplement "aconseguir a través d '" entre ells, i només es reflecteix des de la superfície.

Tal noció és cert, però es considera massa estret a la ciència moderna. Per estendre la seva definició, així com les ones presents mètodes manifestacions de difracció de coneixement general.

1. Els canvis en l'estructura de l'ona espacial. Per exemple, l'angle de l'expansió de l'ona de la dispersió del feix o desviació de nombre d'ona de les ones en una direcció preferida. És a aquesta classe de fenòmens relacionats amb la curvatura de les ones d'obstacles.
2. onades d'expansió en l'espectre.
3. Canvi de la polarització de les ones.
4. estructura de fase de l'ona de conversió.

El fenomen de la difracció, juntament amb la interferència responsable del fet que la direcció del feix de llum en un estret espai darrere d'ell a veure no un, sinó diversos màxims de llum. Com més lluny el màxim profit de la meitat de la bretxa, més gran és l'ordre. A més, quan l'ombra experiment formulació correcta de l'agulla de cosir convencional (naturalment prima) es divideix en diverses bandes, en què l'agulla va observar exactament el màxim de llum, no el mínim.

fórmula Bragg

Ja hem esmentat que s'afegeix el senyal final de tots els fotons de raigs X que es reflecteixen des dels plànols amb el mateix pendent dins del cristall. Però l'estructura calculada amb precisió permet una altra relació important. Sense que seria inútil de difracció de raigs X. fórmula de Bragg es veu així: 2dsinƟ = nλ. Aquí, d - la distància entre els plans amb el mateix angle d'inclinació, θ - angle de lliscament (angle de Bragg), o l'angle d'incidència al pla, n - l'ordre del pic de difracció, λ - longitud d'ona. Atès que se sap exactament com l'espectre de raigs X utilitzat per a l'adquisició de dades i l'angle en el qual la llum cau és, aquesta fórmula permet calcular el valor de d. Lleugerament per sobre vam dir que sense aquesta informació obtenir amb precisió l'estructura de la matèria és impossible.

L'ús modern de difracció de raigs X

Sorgeix la pregunta: ¿en quins casos necessiten aquesta anàlisi, els científics realment no s'han explorat tota l'estructura del món, i potser principalment a la producció de noves substàncies no involucrar la gent, quin tipus de resultats que ho faran? Quatre respostes.

1. Sí, sabem que el nostre planeta és prou bo. Però cada any hi ha nous minerals. A vegades fins i tot suggereixen que l'estructura no funcionarà sense raigs-X.
2. Molts científics estan tractant de millorar les propietats dels materials existents. Aquestes substàncies són sotmesos a diferents tipus de tractament (pressió, temperatura, làsers i similars. D.). De vegades, en la seva estructura per afegir o eliminar elements de la mateixa. Comprendre el que es va dur a terme una reestructuració interna, al mateix temps, la voluntat de difracció de raigs X en cristalls.
3. Per a algunes aplicacions (per exemple, per làser mitjans de comunicació actiu, targetes de memòria, elements òptics del sistema d'observació) els vidres s'han d'ajustar amb precisió. Per tant, la seva estructura es prova utilitzant aquest mètode.
4. difracció de raigs X - aquesta és l'única manera de saber quants i què va passar en les fases de síntesi en sistemes multicomponents. Exemples de tals sistemes poden servir com a elements d'una tecnologia de ceràmica moderna. La presència de fases indesitjables pot implicar greus conseqüències.

les activitats espacials

Moltes persones han preguntat: "Per què tenim un enorme observatori en òrbita de la Terra, per què necessitem el vehicle, si la humanitat no resol els problemes de la pobresa i la guerra?"

Cadascú pot trobar els seus arguments "a favor" i "en contra", però és obvi que la humanitat ha de ser un somni.

Per tant, mirant les estrelles, ara podem dir amb certesa que sabem sobre ells més i més cada dia.

Les radiografies dels processos que tenen lloc en l'espai, no arriben a la superfície del nostre planeta, que són absorbits per l'atmosfera. Però aquesta part de l'espectre electromagnètic té una gran quantitat de dades sobre els fenòmens d'alta energia. Per tant, les eines, l'estudi de raigs X, s'han de posar enllà de l'òrbita de la Terra. L'estació existent actualment l'estudi dels següents elements:

• restes d'explosions de supernoves;
• els centres de les galàxies;
• estrelles de neutrons;
• forats negres;
• col·lisió d'objectes massius (galàxies, grups de galàxies).

Sorprenentment, per a una varietat de projectes d'accés a aquestes estacions està disponible per als estudiants i fins i tot els nens en edat escolar. Ells estudien procedents d'espai profund de feixos de raigs X: difracció, interferència, espectre convertit en objecte del seu interès. I alguns molt petits usuaris dels observatoris espacials fan descobriments. El lector meticulós pot, per descomptat, argumenten que tenen alguna cosa que acaba d'imatges en temps en altes resolucions a considerar i notar subtils detalls. I, per descomptat, la importància del descobriment, per regla general, només entenen l'astrònom seriós. Però aquests casos estan inspirant als joves per assegurar que dediquen la seva vida a l'exploració espacial. I aquest objectiu val la pena seguir.

Per tant, per aconseguir Vilgelma Konrada Röntgen va descobrir l'accés al coneixement i les oportunitats de conquerir altres planetes estel·lar.