ДИФРА́КЦИЯ РЕНТГЕ́НОВСКИХ ЛУЧЕ́Й

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.