ДИФРА́КЦИЯ РЕНТГЕ́НОВСКИХ ЛУЧЕ́Й
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ДИФРА́КЦИЯ РЕНТГЕ́НОВСКИХ ЛУЧЕ́Й, упругое рассеяние пучка рентгеновских лучей кристаллическим, аморфным, жидким или газовым образцом с возникновением дифракционных лучей, отклонённых от направления распространения первичного рентгеновского пучка. Впервые обнаружена в 1912 на кристаллах М. Лауэ и его учениками В. Фридрихом и П. Книппингом. В 1913 Лауэ предложил первую (т. н. кинематическую) теорию явления. В 1913 У. Л. Брэгг и независимо от него Г. В. Вульф сформулировали условие возникновения Д. р. л. в кристаллах. В 1914 англ. физик Ч. Дарвин изложил основы теории динамической Д. р. л., учитывающей взаимное влияние первичного и рассеянного излучений, которое становится существенным, если линейные размеры образца превышают 10–7 м.
Д. р. л. обусловлена пространственной когерентностью вторичных волн, появляющихся при взаимодействии рентгеновского излучения с электронами атомов вещества. Вторичные волны, находящиеся в одинаковой фазе, складываются, создавая под определёнными углами дифракционные максимумы. Распределение рассеянного рентгеновского излучения может быть зарегистрировано на спец. фотоплёнке или с помощью к.-л. детектора частиц. Получаемая картина распределения называется рентгенограммой; её вид связан с атомным строением рассеивающего излучение образца и особенностями проведения эксперимента (см. Лауэ метод, Дебая – Шеррера метод).
Наиболее чёткая картина Д. р. л. получается при рассеянии рентгеновского излучения кристаллами, которые вследствие упорядоченной структуры являются естественной дифракционной решёткой для этого излучения, т. к. расстояние между рассеивающими центрами (атомами) в них одного порядка с длиной волны $λ$ рентгеновского излучения (порядка 10–10 м). Д. р. л. на кристаллах можно рассматривать как избирательное (по $λ$) отражение рентгеновских лучей от систем атомных плоскостей кристаллич. решётки (см. Брэгга – Вульфа условие). Направление дифракционных максимумов определяется условиями Лауэ: $$a(\cos α-\cosα_0)=hλ, \\ b(\cos β-\cosβ_0)=𝑘λ,\\ c(\cos γ-\cosγ_0)=lλ,$$где $a,b,c$ – периоды кристаллич. решётки по трём её осям, $α_0,β_0,γ_0$ – углы, образуемые падающим, а $α,β,γ$ – рассеянным лучом с осями кристаллич. решётки; $h,k,l$ – целые числа (индексы кристаллографические).
Интенсивность дифракционного максимума определяется соответствующим атомным фактором, расположением атома в элементарной ячейке кристалла (структурным фактором); на неё влияют тепловые колебания атомов кристалла, его размеры, форма, степень совершенства его структуры и др. характеристики. Т. о., пространственное расположение максимумов рассеянного рентгеновского излучения и их интенсивность несут информацию об элементном составе образца, атомной структуре и о её дефектах, поэтому Д. р. л. легла в основу рентгеновского структурного анализа и рентгенографии материалов. Возможность определения длины волны $λ$ рентгеновского излучения по данным Д. р. л. на кристаллах с известной атомной структурой лежит в основе создания приборов для рентгеновской спектроскопии. Д. р. л. также используется для получения узких монохроматич. пучков рентгеновского излучения. Методы исследования динамической Д. р. л. позволили изучать строение тонких приповерхностных слоёв монокристаллов. Исследование Д. р. л. на аморфных телах, жидкостях и газах позволяет оценить ср. межмолекулярные или межатомные расстояния и установить распределение плотности вещества.
Вследствие несовершенства структуры реальных кристаллов Д. р. л. на них сопровождается диффузным некогерентным рассеянием излучения, создающим изотропный фон. Возможны также рассеяние с изменением длины волны вследствие Комптона эффекта, возникновение дифракции вторичного излучения и др. эффекты, изучение которых также представляет науч. интерес. Теория дифракции гамма-излучения, электронов, нейтронов и др. частиц аналогична теории Д. р. л., но учитывает особенности взаимодействия конкретного излучения с веществом.