Apa adalah difraksi sinar-X?

Artikel ini menjelaskan hal seperti difraksi sinar-X. Ini menjelaskan dasar fisik fenomena ini dan aplikasinya.

pengembangan teknologi material baru

Inovasi, nanoteknologi - tren dunia modern. Berita penuh dengan laporan tentang bahan baru yang revolusioner. Tetapi hanya sedikit orang menyadari apa ilmuwan aparat penelitian besar harus membuat setidaknya perbaikan kecil dalam teknologi yang ada. Salah satu fenomena mendasar yang membantu orang di dalamnya, - difraksi sinar-X.

radiasi elektromagnetik

Untuk memulai, itu harus diklarifikasi bahwa radiasi elektromagnetik tersebut. Setiap tubuh dibebankan bergerak menciptakan sekitar itu sendiri medan elektromagnetik. Bidang ini meliputi semua sekitar, bahkan ruang vakum dalam adalah tidak bebas dari mereka. Jika di lapangan seperti itu, gangguan periodik yang mampu menyebarkan di ruang angkasa, mereka disebut radiasi elektromagnetik. Digunakan untuk menggambarkan konsep-konsep seperti panjang gelombang, frekuensi dan energi. Apa energi intuitif jelas, dan panjang gelombang - jarak antara fase identik (misalnya, antara dua puncak yang berdekatan). Semakin tinggi gelombang (dan karenanya frekuensi), kurang energi. Ingat, konsep-konsep ini perlu menjelaskan apa difraksi sinar-X secara singkat dan jelas.

spektrum elektromagnetik

Semua berbagai sinar elektromagnetik cocok pada skala khusus. Tergantung pada panjang gelombang, membedakan (dari terpanjang ke terpendek):

• gelombang radio;
• gelombang Terahertz;
• gelombang inframerah;
• panjang gelombang terlihat;
• panjang gelombang ultraviolet;
• X-ray panjang gelombang;
• radiasi gamma.

Dengan demikian, kita tertarik radiasi memiliki panjang gelombang yang sangat kecil dan energi tertinggi (sehingga kadang-kadang disebut keras). Oleh karena itu, kita sampai pada penjelasan mengenai difraksi sinar-X.

Asal X-ray

Semakin tinggi energi radiasi, semakin sulit untuk mendapatkannya artifisial. Penyebaran api, orang tersebut menerima banyak radiasi inframerah, karena itu transfer panas. Tapi itu ada difraksi sinar-X pada struktur tata ruang, perlu banyak kerja keras. Jadi, jenis radiasi elektromagnetik dilepaskan, jika knock out elektron dari kulit atom, yang dekat dengan inti. Elektron yang terletak di atas, berusaha untuk mengisi lubang, transisi mereka dan memberikan X-ray foton. Juga di bawah pengereman berat partikel bermuatan memiliki berat (misalnya, elektron) yang dihasilkan oleh sinar energi tinggi ini. Dengan demikian, difraksi sinar-X pada kisi kristal disertai dengan pengeluaran jumlah cukup besar energi.

Dalam skala industri, radiasi ini adalah sebagai berikut:

1. katoda memancarkan elektron dengan energi tinggi.
2. Elektronik menghadapi material anoda.
3. Elektron secara dramatis melambat (memancarkan sinar-x).
4. Dalam kasus lain, elektron mengetuk memperlambat partikel dengan orbit rendah atom dari bahan anoda, yang juga menghasilkan sinar-X.

Hal ini juga diperlukan untuk memahami bahwa, seperti radiasi elektromagnetik lainnya di X-ray memiliki jangkauan sendiri. It goes radiasi ini digunakan cukup luas. Semua orang tahu bahwa patah tulang atau pembentukan di paru-paru mencari dengan bantuan sinar-X.

struktur kristal

Sekarang kita telah mendekati apa adalah metode difraksi sinar-X. Untuk melakukan hal ini, menjelaskan struktur padat. Dalam ilmu, suatu benda padat disebut zat dalam keadaan kristal. Kayu, tanah liat atau kaca padat, tetapi mereka tidak memiliki hal utama: struktur periodik. Tapi kristal memiliki properti yang luar biasa ini. Nama sangat fenomena ini berisi esensinya. Pertama, Anda perlu memahami bahwa dalam atom kristal tetap tegas. Kontak antara mereka memiliki gelar tertentu elastisitas, tetapi mereka terlalu kuat, sehingga atom dapat bergerak dalam kisi-kisi. episode seperti yang mungkin, tetapi dengan dampak eksternal yang sangat kuat. Sebagai contoh, jika kristal logam menekuk, terbentuk di cacat titik dari berbagai jenis: di beberapa tempat atom meninggalkan tempat duduknya, posisi membentuk, di lain - itu akan dipindahkan di posisi yang salah, membentuk pengenalan cacat. Dalam kristal kali lipat kehilangan struktur kristal ramping, sangat rusak, longgar. Oleh karena itu, klip, yang pernah unbent, lebih baik tidak menggunakan, sebagai logam kehilangan sifat-sifat mereka.

Jika atom-atom kaku tetap, mereka tidak dapat diposisikan relatif terhadap satu sama lain secara acak seperti dalam cairan. Mereka harus mengorganisir diri sehingga dapat meminimalkan energi interaksi mereka. Dengan demikian, atom diatur dalam kisi. Pada masing-masing array menyajikan satu set minimal atom diatur secara khusus dalam ruang, - sel satuan kristal. Jika semua itu disiarkan, yaitu, untuk menggabungkan tepi dengan satu sama lain dengan memindahkan ke segala arah, kita mendapatkan seluruh kristal. Namun, perlu diingat bahwa ini adalah - model. Setiap kristal nyata memiliki cacat, dan terjemahan-benar akurat hampir mustahil untuk dicapai. elemen memori silikon modern dekat dengan kristal yang ideal. Namun, produksi mereka membutuhkan sejumlah besar energi dan sumber daya lainnya. Di laboratorium, para ilmuwan adalah struktur berkomitmen dari berbagai jenis, tetapi sebagai aturan, biaya membuat mereka terlalu besar. Tapi mari kita asumsikan bahwa semua kristal yang ideal: segala arah atom yang sama akan berlokasi di jarak yang sama dari satu sama lain. Struktur seperti ini disebut kisi.

Investigasi struktur kristal

Hal ini disebabkan oleh fakta ini bisa difraksi sinar-X pada kristal. Struktur periodik kristal menciptakan di dalamnya beberapa pesawat yang lebih atom dari arah lain. Kadang-kadang ini diberikan pesawat kisi simetri, kadang-kadang - susunan saling atom. Setiap pesawat yang ditugaskan peruntukannya. Jarak antara pesawat sangat kecil: dari urutan beberapa angstrom (recall angstrom - adalah 10 ^-10 m atau 0,1 nanometer).

Namun, pesawat dalam satu arah dalam kristal nyata, bahkan banyak yang sangat kecil. difraksi sinar-X sebagai metode menggunakan fakta ini: semua gelombang yang mengubah arah pesawat dalam satu arah, diringkas, memberikan sinyal output cukup jelas. Jadi para ilmuwan dapat mengetahui apa daerah yang terletak di dalam kristal pesawat ini, dan dinilai berdasarkan struktur internal dari struktur kristal. Namun, hanya data tidak cukup. Selain sudut inklinasi, perlu mengetahui jarak antara pesawat. Tanpa itu, Anda bisa mendapatkan ribuan model yang berbeda dari struktur, tetapi tidak tahu jawaban yang tepat. Tentang bagaimana para ilmuwan mempelajari tentang jarak antara pesawat akan dibahas di bawah.

fenomena difraksi

Kami telah memberikan dasar fisik difraksi apa X-ray pada kisi spasial kristal. Namun, kami belum menjelaskan esensi dari fenomena difraksi. Dengan demikian, difraksi - sebuah pembengkokan gelombang (termasuk elektromagnetik) hambatan. Fenomena ini tampaknya menjadi pelanggaran terhadap hukum-hukum optik linier, tetapi tidak. Hal ini berhubungan erat dengan gangguan dan sifat gelombang, seperti foton. Jika jalan cahaya bernilai hambatan, karena difraksi foton bisa "melihat" di sudut. Seberapa jauh menyimpang dari arah cahaya propagasi langsung tergantung pada ukuran penghalang. Semakin kecil kendala, semakin kecil harus panjang gelombang elektromagnetik. Itulah sebabnya difraksi sinar-X pada kristal tunggal dengan menggunakan panjang gelombang pendek seperti: jarak antara pesawat sangat kecil, foton optik hanya tidak "melewati" di antara mereka, dan hanya tercermin dari permukaan.

Gagasan tersebut adalah benar, tetapi dianggap terlalu sempit dalam ilmu pengetahuan modern. Untuk memperluas definisi, serta pengetahuan umum gelombang metode hadir manifestasi difraksi.

1. Perubahan struktur gelombang spasial. Sebagai contoh, sudut ekspansi gelombang penyebaran berkas atau penyimpangan dari jumlah gelombang gelombang di beberapa arah yang diinginkan. Itu adalah untuk kelas ini fenomena terkait lentur gelombang hambatan.
2. gelombang ekspansi dalam spektrum.
3. Mengubah polarisasi gelombang.
4. Konversi struktur fase gelombang.

Fenomena difraksi, bersama-sama dengan gangguan yang bertanggung jawab untuk fakta bahwa arah sinar di celah sempit di balik itu kita melihat tidak satu, tapi beberapa tertinggi cahaya. Semakin jauh hasil maksimal dari tengah kesenjangan, semakin tinggi pesanan. Juga, ketika bayangan percobaan formulasi yang benar dari jarum jahit konvensional (secara alami tipis) dibagi menjadi beberapa band, dimana jarum tersebut tepat diamati cahaya maksimum, tidak minimum.

Formula Bragg

Kami telah menyebutkan bahwa sinyal akhir ditambahkan dari semua foton x-ray yang tercermin dari pesawat dengan kemiringan yang sama dalam kristal. Tetapi struktur tepat dihitung memungkinkan rasio penting. Tanpa itu akan sia-sia difraksi sinar-X. rumus Bragg terlihat seperti ini: 2dsinƟ = nλ. Di sini, d - jarak antara pesawat dengan sudut yang sama inklinasi, θ - sudut slip (sudut Bragg), atau sudut insiden ke pesawat, n - urutan puncak difraksi, λ - panjang gelombang. Karena diketahui persis bagaimana spektrum sinar-X yang digunakan untuk akuisisi data dan sudut di mana cahaya jatuh adalah, formula ini memungkinkan Anda untuk menghitung nilai d. Sedikit di atas kita mengatakan bahwa tanpa informasi ini akurat memperoleh struktur materi adalah mustahil.

penggunaan modern difraksi sinar-X

Timbul pertanyaan: dalam kasus apa perlu analisis ini, para ilmuwan belum benar-benar dieksplorasi semua struktur dunia, dan mungkin terutama dalam produksi zat baru tidak melibatkan orang, apa hasil yang mereka akan? Empat tanggapan.

1. Ya, kita tahu planet kita cukup baik. Tapi setiap tahun ada mineral baru. Kadang-kadang mereka bahkan menyarankan struktur tidak akan bekerja tanpa sinar-X.
2. Banyak ilmuwan mencoba untuk meningkatkan sifat bahan yang ada. Zat-zat ini dikenakan berbagai jenis pengobatan (tekanan, suhu, laser dan sejenisnya. D.). Kadang-kadang dalam struktur mereka untuk menambah atau menghapus elemen dari itu. Memahami apa restrukturisasi internal pada saat yang sama berlangsung, akan difraksi sinar-X pada kristal.
3. Untuk beberapa aplikasi (misalnya, untuk media laser yang aktif, kartu memori, elemen optik dari sistem pengamatan) kristal harus secara akurat sesuai. Oleh karena itu, struktur mereka diuji menggunakan metode ini.
4. difraksi sinar-X - ini adalah satu-satunya cara untuk mengetahui berapa banyak dan apa yang terjadi di fase sintesis dalam sistem multikomponen. Contoh dari sistem tersebut dapat berfungsi sebagai elemen dari teknologi keramik modern. Kehadiran fase yang tidak diinginkan mungkin memerlukan konsekuensi serius.

kegiatan ruang

Banyak orang bertanya: "Mengapa kita memiliki observatorium besar yang mengorbit bumi, mengapa kita perlu rover, jika umat manusia masih tidak memecahkan masalah kemiskinan dan perang?"

Setiap orang dapat menemukan argumen mereka "untuk" dan "melawan", tetapi jelas bahwa manusia harus mimpi.

Oleh karena itu, melihat bintang-bintang, kita dapat sekarang mengatakan dengan pasti bahwa kita tahu tentang mereka lebih dan lebih setiap hari.

sinar-X dari proses yang terjadi di ruang angkasa, tidak mencapai permukaan planet kita, mereka diserap oleh atmosfer. Tapi ini bagian dari spektrum elektromagnetik memiliki banyak data tentang fenomena energi tinggi. Oleh karena itu, alat-alat, belajar x-ray, harus diletakkan di luar orbit Bumi. Stasiun yang ada saat ini belajar item berikut:

• sisa-sisa ledakan supernova;
• pusat galaksi;
• bintang neutron;
• lubang hitam;
• tabrakan benda masif (galaksi, kelompok galaksi).

Anehnya, untuk berbagai proyek akses ke stasiun-stasiun ini tersedia untuk siswa dan bahkan anak-anak sekolah. Mereka studi yang datang dari luar angkasa dari x-ray balok: difraksi, interferensi, spektrum menjadi topik yang menarik mereka. Dan beberapa pengguna sangat muda dari observatorium berbasis ruang membuat penemuan. Pembaca teliti mungkin, tentu saja, berpendapat bahwa mereka memiliki sesuatu yang hanya telah waktu gambar dalam resolusi tinggi untuk mempertimbangkan dan melihat rincian halus. Dan tentu saja, pentingnya penemuan, sebagai suatu peraturan, hanya memahami astronom serius. Tapi kasus tersebut menginspirasi anak muda untuk memastikan bahwa mengabdikan hidup mereka untuk eksplorasi ruang angkasa. Dan tujuan ini layak untuk diikuti.

Jadi, untuk mencapai Vilgelma Konrada Röntgen menemukan akses ke pengetahuan dan peluang untuk menaklukkan planet lain bintang.