2 Тарау. Рентген құрылымды талдау тәсiлдерiнiң физикалық негiздерi

2.1 Рентген сәулелердiң табиғаты туралы қысқаша мәліметтер

Рентген сәулелерi 1895 жылы берлгiлi немiс физигі В.К Рентгенмен ашылған болатын. Дегенмен, рентген сәулелердiң толқындық табиғатын анықтау үшiн он жыл керек болды.

Бұл уақытқа х-сәулелердiң кейбiр спецификалық қасиеттері анықталған болатын: рентген сәулелерi көзге көрiнбейдi, түзу сызықты таралады, көрiнетiн жарық үшiн мөлдiр емес заттардан өтедi және де көп заттардың алюминисценциясын туғызады.

Тек 1912 жылы Макс Лауэ рентген сәулелердiң жарық сәулелер сияқты дифракцияға ие, сондықтан кристалдан өткенде ауытқитынын (2.1 - сурет) анықтады. Рентген сәулелермен сәуле өтетiн кристалдың артында тұратын фотопластинада симметриялы орналасқан дақтар пайда болады, олардың орналасуы және ретi кристалдың құрамына байланысты.

2.1 - сурет – Кристалда рентген сәулелердiң дифракциясы.

Алюминий кристалының лауэграммасы

Рентген сәулеленуi, радиотолқындар, жарық (инфрақызыл, көрiнетiн және ультракүлгiн) сәулелер және радиоактивтi сәулеленуi сияқты электромагниттi толқындар болып табылады (2.1 - кесте).

Электромагниттi толқындар өзара толқын ұзындығымен  (тербелiс жиiгiлiмен =с/, мұндағы с - жарық жылдамдығы) және пайда болу көздерiмен ажыратылады. Рентген және  - сәулеленудiң кең үзiлiсті қамтитын диапазондары сәйкес келедi.

Рентгендiк сәулеленуi электрондық түтiктегі процестер нәтижесiнде, соның ішінде -сәулеленуi радиоактивтi заттардың ыдырауынан пайда болады.

2.1 - кесте – Электромагниттi толқын ұзындықтарының диапазоны, м

Электромагниттi толқындар		толқын ұзындығы
Радиотолқындар		3*103  5*10-5
Жарық	Инфрақызыл	5*10-4  8*10-7
сәулелер	Көрiнетiн жарық	8*10-7  4*10-7
	Ультракүлгiн	8*10-7  10-9
Рентгендiк сәулеленуi		4*10-8  10-15
Радиоактивтi -сәулеленуi		2*10-10  6*10-14

Ең маңыздысы, ол электромагниттi толқынмен тасымалдайтын энергияның мөлшерi тербелiс жиiлiгiнiң Эйнштейн-Планктың өрнегімен байланысты:

(2.1)

мұндағы:  - Планк тұрақтысы, =6,62*10^-27 эрг*сек;

 -секундта тербелiс жиiлiгi.

Бұл теңдеуден электромагниттi толқындардың барлық түрлерiнен рентген және - сәулеленуiнiң әр кванты ең көп энергияны таситындығын көруге болады. Олар газдарды ионизациялайды, қоршаған ортаға және тiрi ағзаға биологиялық керi әсерін тигiзiп сәулелендiретiн ортаның молекулаларын ыдыратады. Осыған байланысты рентген және - сәулеленуiн жалпылағанда (электромагниттi толқындардың екi класын қамтитын) «ионизациялайтын сәулелену» деп аталатын бiр топқа жатқызады.

Жоғарыда айтылғандай -сәулеленуiнiң (немесе радиоактивтi сәулеленуi) оптикалық және рентгендiк сәулеленуден, радиотолқындардан маңызды айырмашылығы - бұл сәулеленуді туғызатын энергияның сыртқы көзiнің болмауы.

Сонымен, кез келген сәулеленудiң сапасы толқын ұзындығымен сипатталады. Сандық бағалауды өткiзуге болады, егер толқын ұзындығы-ның () үзiлiсiнде оның сәулелену қарқындылығының (J_) сипаты белгiлi болса. Бұндай тәуелдiлiктi J_ -  координаталармен график түрiнде белгiлейдi және сәулелену спектрi деп атайды (2.2 - сурет).

Дифракциялық тормен рентген сәулелердiң қысқа толқын ұзындықты спектрінде (электромагниттi сәуле тарату қарқындылықтың бөлiнуi) әр түрлi кристалдар қызмет атқаруы мүмкiн.

2.2 - сурет – Рентген сәулеленудiң тұтас спектрi - толқын ұзындықтары бойынша қарқындылықтың үлестірілуі

Кристалдар заңды периодты анықталған тәртiппен кеңiстiкте орналасқан атомдардан тұрады. Атомның планетарлы моделi бойынша (1911 ж. ағылшын физигi Эрнест Резерфордтың) атомның барлық массасы кiшкене өлшемдi оң зарядталған ядрода шоғырланған. Атомдық ядроны сипаттайтын өлшемдерi 10^-12 см шамасында. Ядроның айналасында өте үлкен (атомдық масштабта) қашықтықта шеңбер және эллипс траектория-сы бойынша терiс зарядталған электрондар айналып жүр, ядроға қарағанда олардың салмағы жоқ: электрон протоннан (сутегi ядросы) 1836 есе жеңiл. Атомның радиусы 10^-8 см шамасында, яғни атомдық адросы оны қоршаған электронды қабықшадан 10 мың есе кiшi.

Түсетiн рентген сәулелердiң электромагниттi өрiс энергияның әсерiнен атомдардың электрондары қозып, өзiнiң бастапқы жағдайына келедi және өздерi толқын ұзындығы бiрiншi рентген сәуленiң толқын ұзындығына тең сфералық толқындардың көзi болады. Кристалдың әр бөлек атоммен тарататын сфералық толқындары кеңiстiкте қосылады және интерференцияның нәтижесiнде кейбiр бағыттарда күшейедi.

Сонымен, кристалға (дифракциялық торға) түсетiн электромагниттi толқынның фронты когеренттi шоғырларға бөлiнедi бұлар дифракцияны (кристалдық атомдары) төтеп беріп, интерференцияланады. Дифракциялық сурет рентгендiк сәулеленуiнiң «шағылуы» ретiнде қарастырылады. Кристалда рентген сәулелердiң дифракциясы, кристалдық құрылымның геометриялық параметрлерi мен толқын ұзындығының қатынасымен анықталатыны ақиқат.