3. Рентгентовская спектроскопия и дифракция
О
собо
важное в науке и лабораторной практике
значение имеет дифракция коротковолнового
электромагнитного излучения (рентгеновских
лучей) на пространственной дифракционной
решетке, образованной молекулами
кристаллов.
2.2.5. Дифракция рентгеновских лучей
В стеклянный баллон, из которого откачан воздух, помещены два электрода - катод и антикатод. Путем пропускания тока через нагревательную спираль катода обеспечивается эмиссия электронов. Между электродами прикладывается разность потенциалов, достигающая десятков кВ. Электроны, ускоренные электрическим полем, бомбардируют антикатод, который испускает при этом высокочастотной электромагнитное излучение, обладающее высокой проникающей способностью. Свинцовая пластинка с отверстием способна выделить узкий пучок рентгеновских лучей (рис.2.13) .
П
усть
-постоянная
кристаллической решетки,
-угол
скольжения падающих лучей. Направления,
в которых получаются дифракционные
максимумы, определяются условием:
2d·sin = m, (2.10)
где m=1,2,….
(2.10) - формула Вульфа – Брэггов.
В данном случае происходит отражение электромагнитной волны от атомной плоскости кристаллической решетки за счет рассеяния волны на частицах (рис.2.14).
Пучок параллельных монохроматических рентгеновских лучей падает под углом скольжения θ – это угол между направлением падающих лучей и кристаллографической плоскостью – и возбуждает атомы кристаллической решётки, которые становятся источниками когерентных вторичных волн, интерферирующих между собой, подобно вторичным волнам от щелей дифракционной решётки. И при разности хода между двумя лучами, отражёнными от соседних кристаллографических плоскостей 2d·sin, кратной целому числу длин волн , наблюдается дифракционный максимум:
2d·sin = m, где m = 1, 2,…
Дифракция рентгеновских лучей от кристаллов находит два основных применения:
1) Она используется для исследования спектрального состава рентгеновского излучения: если известна d, то измеряя и m, можно найти падающего рентгеновского излучения (рентгеновская спектроскопия).
2) Для исследования структуры кристаллов (например, - определение постоянной кристаллической решетки). Если известна рентгеновского излучения, то измеряя и m, можно найти d (рентгеноструктурный анализ).
Особенности проведения экспериментов с нанообъектами. Микроскопический и термодинамический подход к изучению.
Микроскопические и термодинамические аспекты описания свойств различных наноструктур.
ЗАДАЧИ
1. При каком наименьшем угле θ между плоскостью кристалла и пучком рентгеновских лучей были отражены рентгеновские лучи с длиной волны 0,02 нм? Постоянная решетки кристалла равна 0,303 нм. (1°54')
2. К электродам рентгеновской трубки приложена разность потенциалов 60 кВ. Наименьшая длина волны рентгеновских лучей, получаемых от этой трубки, равна 0,0206 нм. Найти из этих данных постоянную Планка. (h=6,625∙10-34 Дж∙с)
3. Найти коротковолновую границу рентгеновского спектра для случаев, когда к рентгеновской трубке приложена разность потенциалов: 30 кВ; 40 кВ и 50 кВ. (0,0413 нм; 0,031 нм и 0,0248 нм)
4. Длина волны γ-излучения λ=0,016 Å. Какую разность потенциалов надо приложить к рентгеновской трубке, чтобы получить рентгеновское излучение такой же длиной волны? (770кВ)