Опыт томсона

В экспериментах Томсона наблюдалась дифракционная картина при прохождении монохроматического пучка быстрых электронов сквозь поликристаллическую фольгу толщиной см (рис. 6). Использование быстрых электронов объяснялось тем, что медленные электроны сильно поглощаются фольгой. На установленной за фольгой фотопластинке отчетливо наблюдались концентрические светлые и темные дифракционные кольца (рис. 7). Очень простым опытом Томсон доказал, дифракционная картина образовывалась именно рассеянными фольгой электронами, а не вторичными рентгеновскими лучами, испускаемыми атомами кристалла под действием электронного пучка. При создании магнитного поля в области между фольгой и фотопластинкой из-за отклонения электронов магнитным полем, вся дифракционная картина смещалась и искажалась. Этого, конечно, не должно было быть, при дифракции рентгеновских лучей.

Поясним, почему при рассеянии электронов на поликристаллическом образце на фотопластинке получаются концентрические дифракционные кольца. Поликристаллическая фольга, пронизываемая электронным лучом, состоит из большого числа очень маленьких ( см) монокристаллических зерен - кристаллитов, которые хаотически ориентированы по отношению друг к другу. На рис. 8 параллельными линиями показана ориентация некоторой выделенной системы атомных плоскостей в кристаллитах. Эта ориентация беспорядочно меняется при переходе от одного кристаллита к другому. При падении монохроматического пучка электронов на поликристалл в нем всегда найдутся кристаллиты, ориентированные так, что для отраженных от них электронов будет выполняться условие дифракционного максимума в соответствии с формулой Брэгга-Вульфа (9). Пусть пучок электронов падает под углом на систему атомных плоскостей кристаллита, представленную на рис. 9 параллельными линиями. Легко видеть, что дифрагировавший пучок электронов будет отклонен на угол по отношению к проходящему лучу. Таким образом, дифракция на отдельном кристаллите будет давать точку на фотопластинке.

3. Опыты по дифракции электронов проводил также Дж.П.Томсон (G.P.Thomson, 1927). Экспериментальный метод, использованный Томсоном, аналогичен известному методу Дебая-Шеррера (P.Debye, P.Sharrer,l9l6) в дифракции рентгеновских лучей. В этом методе вместо больших кри сталлов, необходимых для применения методов Лауэ и Брэг-га-Вульфа, используются поликристаллические пластинки. Если моноэнергетический пучок быстрых электронов падает на такую пластинку, то среди большого количества случайно ориентированных кристалликов пластинки всегда найдется такой микрокристалл, что для отраженного от него электрона будет выполняться условие дифракционного максимума в соответствии с формулой Брэгта-Вульфа. Дифрагированные лучи лежат на поверхности конуса (рис. 1.26). Его сечение на фотоплас­тинке регистрируется в виде концен­трических колец. Эта дифракционная картина называется дебаеграммой. Важнейшее условие проведения опыта состоит в том, чтобы осуществлялось однократное рассеяние электрона при прохождении его через пленку. Для этого толщина пленки должна быть доста­точно малой, порядка 10"⁵см. В случае более толстых пле­нок дифракционная картина сильно размывается из-за нало­жения различных отклонений. В эксперименте действитель­но наблюдались дифракционные кольца для электронного пучка при рассеянии пленками из разного материала. На рис.1.26,а изображена дебаеграмма, полу­ченная при дифракции электронов на поли­кристаллической пленке золота. Чтобы убе­диться, что дифракционная картина обус­ловлена именно электронами, а не рентге­новским излучением, возникающим при торможении электронов в веществе, на пути Рис 1 26.а дифрагированных электронов помещалось магнитное поле. Тогда вся картина дифракции сильно иска­жалась. В случае же дифракции рентгеновского излучения в этих условиях не должно происходить никаких изменений.

Из формулы (1.60) с помощью рис. 1,26 для малых уг­лов скольжения легко получить приближенное соотношение:

г L

— = п— = const, (1-64)

Я d

где г - радиус кольца на фотопластинке, L - расстояние от пленки до фотопластинки. Постоянство отношения (1.64) хорошо подтверждается в эксперименте.

В опытах Томсона использовались монохроматиче­ские пучки быстрых электронов (с энергией от 17,5 до 56,5 кэВ). Аналогичные опыты по дифракции электронов, но только с меньшими энергиями (до 1,7 кэВ), проводились П.С.Тартаковским.