Опыты Тартаковского и Томсона, опыты Фабриканта и Штерна

1. В последующем электронные пучки стали применять для анализа структуры кристалла. Метод этот давал более богатую информацию, чем рентгеноструктурный анализ, так как позволял определять не только межатомные расстояния, но и внутренний потенциал (работу выхода). Исследования рентгеновских лучей проводятся не только методом Брэгга, но и другими методами. Например, на монокристаллах - методом Лауэ, а на поликристаллах - методом Дебая.

В методе Дебая электронный пучок направлялся на металлическую фольгу (Работы Томсона и Тартаковского). На фотопластинке, поставленной за фольгой, получали центральное пятно, окруженное дифракционными кольцами.

Поликристаллическая фольга состоит из множества маленьких кристалликов, беспорядочно ориентированных в пространстве (рис. 4). При фиксированной длине волны среди множества кристалликов найдутся такие, для которых будет выполнено условие Вульфа-Брэгга

.

При этом в точке С, соответствующей зеркальному отражению от атомных плоскостей, будет выполнено условие интерференционного максимума.

Статистическая совокупность таких кристалликов обладает симметрией вращения вокруг направления падающего луча АВО. Поэтому точки С на фотопластинке, куда попадают максимумы электронных волн, располагаются на окружности (рис. 6).

При малых углах скольжения

,

где D – расстояние от фольги до фотопластинки.

Поэтому отношение радиуса интерференционного кольца к длине волны де Бройля пропорционально порядку интерференции

= const,

что и подтвердилось на опыте.

На рис. 6 показан вид электронограммы, получаемой на поликристаллах.

Сравнение электронограммы и рентгенограммы одного и того же кристалла приводит к одинаковым значениям для межатомных расстояний.

2. В 1949 году В. Фабрикант с сотрудниками провел опыт Тартаковского-Томсона с очень разреженным пучком электронов.

Период следования электронов Т в 30000 раз превышал время пролета t электронов через установку, т.е. были созданы условия, когда электроны пролетали через установку по одиночке. Проведя длительную экспозицию порядка года Фабрикант получил на фотопластинке систему дифракционных колец. Данный эксперимент убедительно показал, что волновыми свойствами обладает не пучок микрочастиц, а отдельная микрочастица.

3. Опытами Штерна доказаны волновые свойства атомов и молекул. Для тяжелых атомов, когда длина волны де Бройля очень мала, дифракционная картина либо не получается совсем, либо получается расплывчатой. Но для легких атомов и молекул () наблюдаются весьма четкие дифракционные максимумы. Для молекул водорода и атомов гелия средняя длина волны при комнатных температурах порядка , т.е. того же порядка, что и постоянная кристаллической решетки. Однако эти частицы обладают тепловым разбросом скоростей. Для получения четкой дифракционной картины их предварительно необходимо монохроматизировать, например, с помощью дискового селектора скоростей. Эти пучки не могут проникать вглубь вещества из-за малых энергий этих частиц. Кристаллы действуют на них как двумерные отражательные решетки.

4. В дальнейшем дифракционную картину получили с нейтронами. благодаря отсутствию электрического заряда нейтрон взаимодействует только с ядами атомов посредством ядерных сил. Поэтому он не производит фотохимических реакций (не действует на электроны). Чтобы зарегистрировать дифракционную картину на фотопластинке, ее покрывают тонкой индиевой фольгой, в которой в местах попадания нейтронов происходят ядерные реакции с выделением электронов и g - квантов, действующих на фотоэмульсию. Для получения дифракционной картины использовался пучок нейтронов от ядерного реактора, который направлялся на крупный монокристалл. На рис. 7 показана нейтронограмма, полученная при прохождении пучка нейтронов через монокристалл . Помимо центрального пятна, получилась система симметрично расположенных пятен, соответствующих поворотной оси четвертого прядка этого кристалла.

Таким образом, многочисленными экспериментами убедительно доказано, что электроны, атомы, нейтроны и т.п. проявляют волновые свойства. Кроме того, эти свойства нашли разнообразные технические применения (электронография, нейтронография и пр.)

Дата добавления: 2014-11-29