Mikä on röntgendiffraktiolla?

Tässä artikkelissa kuvataan, sellaista kuin röntgendiffraktiolla. Se selittää fyysisen perustan tästä ilmiöstä ja sen soveltamista.

Teknologian uusien materiaalien

Innovaatio, nanoteknologia - suuntaus nykymaailmassa. Uutiset täynnä raportteja vallankumouksellinen uusia materiaaleja. Mutta harvat ymmärtävät, mikä on valtava tutkimus laite tutkijat luotava ainakin pieni parannus olemassa olevaa teknologiaa. Yksi keskeisistä ilmiöistä, jotka auttavat ihmisiä täällä, - röntgensädediffraktion.

sähkömagneettisen säteilyn

Aluksi olisi selvennettävä, että tällaisia sähkömagneettista säteilyä. Liikkuvia ladattu kehon luo ympärilleen sähkömagneettisen kentän. Nämä kentät tunkeutua ympäri, vaikka tyhjiö syvän avaruuden ei ole vapaa niistä. Jos tällaisella alalla, ajoittain häiriöitä, jotka pystyvät etenemään avaruudessa, niitä kutsutaan sähkömagneettista säteilyä. Käytetään kuvaamaan käsitteitä, kuten aallonpituus, taajuus ja energia. Mitä energia intuitiivisesti selvä, ja aallonpituus - etäisyys identtisiä vaiheiden (esim., Kahden vierekkäisen piikin). Korkeampi aallonpituus (ja siten taajuus), vähemmän energiaa. Muistaa, nämä käsitteet on kuvailla mikä X-ray diffraction lyhyesti ja selvästi.

sähkömagneettisen spektrin

Kaikki erilaisia sähkömagneettisen säteet sopii erityisen mittakaavassa. Riippuen aallonpituus, erottaa (mistä pisin lyhimpään):

• radioaaltoja;
• terahertsisäteily aalto;
• infrapuna-aallot;
• näkyvä aallonpituus;
• UV-aallonpituus;
• X-ray aallonpituus;
• gammasäteilyä.

Siten, olemme kiinnostuneita säteilyn on hyvin pieni aallonpituus ja eniten energiaa (joten se on joskus kutsutaan kova). Siksi tulemme kuvaus siitä, mitä röntgendiffraktion.

Alkuperä röntgen

Mitä korkeampi säteilyenergia, sitä vaikeampaa on saada keinotekoisesti. Spreading tulipalo, henkilö saa paljon infrapunasäteilyä, koska se on se luovuttaa lämpöä. Mutta se oli röntgendiffraktion on aluerakennetta on tarpeen paljon kovaa työtä. Niin, tällainen sähkömagneettinen säteily vapautetaan, jos knock out elektronin kuori atomin, joka on lähellä ydin. Elektronit yläpuolella, pyrkivät täyttämään reikä, niiden siirtymät ja tarjota röntgen fotonit. Myös alle jarruttaa voimakkaasti varautuneita hiukkasia, joiden paino (esim. Elektroneja), jota tuottaa näitä korkeita säteilyltä. Siten röntgendiffraktion kiteen hila on liitetty menojen riittävän suuri määrä energiaa.

Teollisessa mittakaavassa, tämä säteily ovat seuraavat:

1. Katodi lähettää elektronit paljon energiaa.
2. Elektroninen kasvot anodimateriaalille.
3. Electron dramaattisesti hidastaa (se lähettää röntgenkuvat).
4. Eräässä toisessa tapauksessa, elektroni iskee hidastava hiukkanen, jolla on alhainen kiertorata atomi anodimateriaalin, joka muodostaa myös röntgenkuvat.

On myös tärkeää ymmärtää, että kuten mikä tahansa muu sähkömagneettista säteilyä röntgen on oma alueensa. Se menee tämä säteily on käytetty laajalti tarpeeksi. Kaikki tietävät, että Luunmurtuma tai muodostumista keuhkoissa etsii avulla röntgenkuvat.

kiderakenne

Nyt olemme tulleet lähelle, mikä on tapa röntgendiffraktion. Voit tehdä tämän, selittää rakennetta kiinteän. Tieteessä, kiinteä kappale on nimeltään aine kidemuodossa. Puusta, savesta tai lasista kiinteää, mutta heillä ei ole tärkeintä: määräajoin rakenne. Mutta kiteiden on tämä hämmästyttävä ominaisuus. Jo nimi tämän ilmiön sisältää sen ydin. Ensin täytyy ymmärtää, että kiteen atomit ovat tiukasti paikoillaan. Kosketuksiin keskenään on tietty elastisuus, mutta ne ovat liian voimakkaita, niin että atomit voivat liikkua ristikko. Tällaiset jaksot ovat mahdollisia, mutta erittäin vahva ulkoisia vaikutuksia. Esimerkiksi, jos metallin kiteen taipumaan, muodostuu pistcvikoihin eri tyyppiä: paikoin atomin poistuu istuin, joka muodostaa kannan, muiden - se siirtyy väärään asentoon, muodostaen virheenmuodostuksen. Taitteen kristallin menettää hoikka kiderakenne, se on hyvin puutteellinen, löysät. Siksi leikkeen, joka jälleen unbent, on parempi olla käyttämättä, koska metalli menettäneet ominaisuuksia.

Jos atomit ovat jäykästi kiinnitetty, niitä ei voida sijoittaa toistensa suhteen sattumanvaraisesti nesteeseen. Niiden on järjestäytyä niin, että minimoidaan energian niiden vuorovaikutusta. Siten, atomit on järjestetty ristikko. Kussakin paneelit esittää vähimmäismäärä atomien järjestetty erityisellä tavalla tilaan, - yksikkö solu kiteen. Jos kaikki se lähetetään, eli yhdistää reuna toisiinsa siirtämällä mihinkään suuntaan, saamme koko kiteen. On kuitenkin syytä muistaa, että tämä on - malli. Mitään todellista kristalli on puutteita, ja täysin tarkka käännös on lähes mahdoton saavuttaa. Moderni pii muisti elementit ovat lähes ihanteellinen kiteitä. Kuitenkin niiden tuotanto vaatii valtavasti energiaa ja muita resursseja. Laboratoriossa tutkijat ovat sitoutuneita rakenteita erityyppisiä, mutta pääsääntöisesti kustannukset luomisesta niistä on liian suuri. Oletetaan kuitenkin, että kaikki kiteet ovat ihanteellisia: mihin suuntaan tahansa samoista atomeista tulee sijaitsemaan samassa etäisyydellä toisistaan. Tällainen rakenne kutsutaan ristikko.

Tutkimus rakenteen kiteiden

Se johtuu tämä seikka voi olla röntgendiffraktiossa on kiteitä. Määräajoin rakenne kiteiden luo heille joitakin tasossa, jossa useampia atomeja kuin muihin suuntiin. Joskus nämä annetaan ristikko tasossa symmetria, joskus - keskinäinen järjestely atomien. Kukin kone on liitetty sen nimitys. Tasojen välinen etäisyys on hyvin pieni: on suuruusluokaltaan useita ångströmiä (recall ångströmiä - on 10 ^-10 m tai 0,1 nanometrin).

Kuitenkin, tasot yhteen suuntaan mitään todellista kide, jopa hyvin pienen erän. Röntgendiffraktiolla kuin menetelmässä käytetään tämän tosiasian: kaikki aallot, joka muutti suuntaan konetta yhteen suuntaan, summataan, jolloin lähtösignaali on riittävän selkeä. Joten tutkijat voivat selvittää, mitä alueita sijaitsevat kiteen näiden tasojen ja arvostellaan sisäinen rakenne kiderakenteen. Kuitenkin vain data ei riitä. Lisäksi kaltevuuskulma, täytyy tietää tasojen välinen etäisyys. Ilman sitä, voit saada tuhansia eri malleja rakenteen, mutta ei tiedä tarkkaa vastausta. Miten tutkijat oppia tasojen välinen etäisyys tullaan käsittelemään alla.

diffraktio ilmiö

Olemme jo antanut fyysinen perusteella, mitä röntgendiffraktion on avaruushilarakenteisiin kiteitä. Emme kuitenkaan ole vielä selittänyt ydin ilmiö diffraktion. Siten, diffraktio - taipumisen aallot (mukaan lukien sähkömagneettisen) esteitä. Tämä ilmiö näyttää olevan lakien vastaisesti lineaarisen optiikka, mutta se ei ole. Se liittyy läheisesti häiriön ja aalto ominaisuudet, kuten fotonit. Jos valo polku kannattaa este, koska diffraktio fotonit "näkee" nurkan takana. Kuinka pitkälle poiketa suunnasta valon eteneminen suoraa riippuu koosta esteitä. Mitä pienempi este, sitä pienempi tulisi olla pituus sähkömagneettisen aallon. Siksi röntgendiffraktion on yksittäisiä kiteitä käyttämällä tällaisia lyhyitä aallonpituuksia: etäisyys tasojen välillä on hyvin pieni, optinen fotonit eivät yksinkertaisesti "läpi" välillä, ja vain heijastuu pinnasta.

Tällainen ajatus on totta, mutta sitä pidetään liian kapea nykytieteen. Laajentaa sen määritelmää, sekä yleistä tietoa esillä olevat menetelmät ilmenemismuotoja diffraktio aaltoja.

1. Muutokset spatiaalinen aalto rakenteeseen. Esimerkiksi kulma aallon laajentamisen säteilykeilan leveyttä tai poikkeama aalto aaltojen määrä eräissä edullisissa suuntaan. On tähän luokkaan liittyviä ilmiöitä taivutus aaltojen esteitä.
2. Laajeneminen aaltojen taajuuksia.
3. Muuttaminen polarisaatio aaltoja.
4. Muuntaminen aalto faasirakenne.

Ilmiö diffraktio, sekä häiriön vastuussa siitä, että suuntaan valonsäteen kapea rako takana näemme ole yksi, vaan useita valoa huippuihin. Kauemmas irti keskellä aukko, korkeampaa astetta. Myös, kun oikea formulaation koe varjo tavanomaisten ompeluneulan (luonnollisesti ohut) on jaettu useita juovia, jolloin neula täsmälleen havaittu maksimaalisen valon, ei pienin.

kaava Bragg

Olemme jo maininneet, että lopullinen signaali lisätään kaikki röntgensäteilyfotoneja jotka heijastuvat lentokoneet, joilla on sama kaltevuus sisällä kide. Mutta juuri laskettu rakenteen ansiosta toinen tärkeä suhde. Ilman sitä olisi hyödytön röntgendiffraktiolla. Bragg kaava näyttää tältä: 2dsinƟ = nX. Täällä, d - etäisyys tasojen kanssa saman kaltevuuskulman, θ - liukukulma (Braggin kulma), tai tulokulman tasoon nähden, n - järjestystä diffraktiopiikin, λ - aallonpituus. Koska on tunnettua, miten X-ray-spektri, jota käytetään tietojen hankinnan ja se kulma, jossa valo osuu on, tämän kaavan avulla laskea d: n arvo. Hieman edellä totesimme, että ilman näitä tietoja tarkasti rakenteen saamiseksi asia on mahdotonta.

Moderni käyttö röntgendiffraktion

Herää kysymys: missä tapauksissa tarvitaan tämän analyysin, tutkijat eivät ole oikeastaan tutkittu kaikki maailman rakennetta, ja ehkä pääasiallisesti uusien aineiden tuotannon eivät liity ihmisiä, millaisia tuloksia he? Neljä vastauksia.

1. Kyllä, tiedämme planeettamme on tarpeeksi hyvä. Mutta joka vuosi on uusia mineraaleja. Joskus ne jopa ehdottaa rakenne ei toimi ilman röntgensäteilyä.
2. Monet tutkijat yrittävät ominaisuuksien parantamiseen olemassa olevia materiaaleja. Nämä aineet joutuvat erilaisia hoito (paine, lämpötila, laserit ja vastaavat. D.). Joskus rakenteeltaan lisätä tai poistaa osia siitä. Ymmärtää, mitä sisäiset uudelleenjärjestelyt samanaikaisesti tapahtui, tulee röntgendiffraktion on kiteitä.
3. Joissain sovelluksissa (esim., Laser aktiivisen median, muistikortit, optiset elementit tarkkailujärjestelmän) kiteitä on tarkasti noudatettava. Näin ollen, niiden rakenne on testattu tällä menetelmällä.
4. Röntgendiffraktiolla - tämä on ainoa tapa saada selville, kuinka monta ja mitä tapahtui synteesissä vaiheiden monikomponenttijärjestelmän. Esimerkkejä tällaisista järjestelmistä voi toimia elementtejä nykyaikaisen keraaminen teknologia. Sisältämistä haitallisista vaiheiden voi johtaa vakaviin seurauksiin.

avaruustoiminnan

Monet ihmiset ovat kysyneet: "Miksi meillä on valtava observatorio maata kiertäessään, miksi tarvitsemme Rover, jos ihmiskunta ei edelleenkään ratkaise ongelmia köyhyyden ja sodan?"

Jokainen voi löytää argumentteja "for" ja "vastaan", mutta on selvää, että ihmiskunta on unessa.

Siksi tähdet katselee, voimme nyt sanoa varmuudella, että tiedämme niistä yhä enemmän joka päivä.

Röntgensäteilyä tapahtuvien prosessien tilaa, eivät pääse pintaan planeettamme, ne imeytyvät ilmakehään. Mutta tämä osa sähkömagneettisen spektrin on paljon tietoa korkean energian ilmiöitä. Siksi, työkalut, opiskelu röntgen-, olisi ulotuttava Maan kiertoradalle. Nykyiset asemalla parhaillaan seuraavat asiat:

• jäänteitä supernova räjähdykset;
• keskuksista galaksien
• neutronitähdet;
• mustia aukkoja;
• törmäys massiivisten kohteiden (galaksit, ryhmät galaksien).

Yllättäen erilaisia projekteja käyttää näitä asemia on saatavilla opiskelijoille ja jopa koululaisille. He opiskelevat tulevat syvän avaruuden röntgensäteiden: diffraktio, interferenssi, spektri joutuneet kiinnostuksensa. Ja joitakin erittäin nuorten käyttäjien avaruudessa observatoriot tehdä löytöjä. Huolellinen lukija voi tietysti väittävät, että heillä on jotain vain on aikaa kuvia korkeilla resoluutioilla pohtimaan ja huomaa pienimmätkin yksityiskohdat. Ja tietenkin, että on tärkeää löytö, pääsääntöisesti vain ymmärtää vakava tähtitieteilijä. Mutta tällaiset tapaukset ovat innostavia nuoret, jotta omistaa elämänsä avaruustutkimuksen. Ja tämä tavoite on syytä seurata.

Joten, saavuttaa Vilgelma Konrada Röntgen löysi pääsy tähtien tietoa ja mahdollisuuksia valloittaa muita planeettoja.