Дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке

Явление дифракции имеет место и на трехмерных (пространственных) периодических структурах. Примером таких естественных структур являются кристаллические решетки, имеющие период порядка 10^-10 м. Напомним, что наблюдать дифракцию можно, если постоянная решетки того же порядка, что и длина волны падающего излучения. Поскольку видимый свет имеет длину волны l~ 5 10^-7 м, то наблюдать дифракцию света на кристаллической решетке невозможно. Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны длиной примерно от 10^-9 до10^-12 м. Поэтому для коротковолнового рентгенов­ского излучения кристаллические решетки, например, монокристаллов, являются идеальными естественными дифракционными решетками.

Впервые дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах теоретически предсказали и экспериментально наблюдали в 1912-1913 гг. немецкие физики М. Лауэ, В. Фридрих и П. Книппинг. Дифракцию рентгеновского излучения можно рассматривать как результат его отражения от системы параллельных сетчатых плоскостей кристалла (т. е. плоскостей, в которых лежат узлы кристаллической решетки).

В этом случае роль межщелевых промежутков одномерных решеток играют атомы кристаллической решетки, которые рассеивают волны.

В 1913 г. русский физик Г.В. Вульф и независимо от него английские физики Г. Брэгг и его сын Л. Брэгг предложили метод расчета дифракционной картины. Пусть на кристаллическую решетку под углом скольжения q падает пучок параллельных рентгеновских лучей сдлиной волны l. Вторичные лучи 1^*и 2^* когерентны и будут интерферировать при их наложении.

Оптическая разность хода D между двумя лучами 1^*и 2^*, отраженными от двух параллельных кристаллографических плоскостей АА' и ВВ', равна

, (3.5.1)

где d - расстояние между атомными плоскостями, θ – угол между падающими и отраженными лу­чами и плоскостью АА' (угол скольжения).

Максимумы интенсивности наблюдаются для углов q, для которых лучи 1^* и 2^*имеют оптическую разность хода, равную целому числу длин волн

. (3.5.2)

где т = 1,2,3,...— порядок дифракционного максимума.

Выражение (3.5.2) получило название формула Вульфа-Брэгга.

Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах широко применяется для исследования спектрального состава рентгеновского излучения (рентгеновская спектроскопия),а также для изучения структуры кристаллов (рентгеноструктурный анализ). С пектральный анализ рентгеновского излучения заключается вопреде­лении значений λпо известным d и измеренным в опыте значениям угла θ для дифракционных максимумов. Рентгеноструктурный анализ кристаллов используется для исследования строения кри­сталлических решеток и заключается в определении межплоскостного расстояния d по известной длине волны λ и углу θ для дифракционных максимумов.

Дата добавления: 2015-06-04