Wat is in X-ray Diffraktion?

Dit artikel beskriuwt sa'n ding as X-ray Diffraktion. It ferklearret de fysike basis fan dit ferskynsel en har tapassing.

Technology ûntwikkeling fan nije materialen

Ynnovaasje, nanotechnology - in trend fan 'e moderne wrâld. Nijs fol mei rapporten oer it revolúsjonêre nije materialen. Mar pear minsken realisearje wat in grutte ûndersyk apparatus wittenskippers moatte yn elts gefal in lytse ferbettering yn de besteande techniken. Ien fan 'e fûnemintele ferskynsels dy't helpe minsken yn it, - X-ray Diffraktion.

elektromagnetyske strieling

Om te begjinnen, dan moat wurde makke dúdlik dat sokke elektromagnetyske strieling. Any moving opladen lichem skept om sels in elektromagnetyske fjild. Dizze fjilden pervade allegear hinne, sels it fakuüm fan de djippe romte is net frij fan harren. As yn sa'n fjild, periodike fersteuringen dy't by steat neiteam yn romte, se wurde neamd elektromagnetyske strieling. Brûkt om omskriuwe begripen lykas golflingte, frekwinsje en syn enerzjy. Wat is de enerzjy dúdlik yntuityf, en golflingte - de ôfstân tusken deselde fazen (bgl, tusken twa oanswettende piken). De hegere golflingte (en dus frekwinsje), de minder enerzjy. Recall, dy begripen jo beskriuwe wat de X-ray Diffraktion koart en dúdlik.

elektromagnetyske spektrum

Alle ferskaat fan elektromagnetyske rays past op in spesjale skaal. Ôfhinklik fan de golflingte, ûnderskied (fan langste te koartste):

• radio weagen;
• terahertz wave;
• ynfraread weagen;
• sichtber golflingte;
• Ultraviolet golflingte;
• X-ray golflingte;
• gamma strieling.

Sa, wy binne ynteressearre yn de strieling hat in hiel lyts golflingte en heechste enerzjy (dus dat wurdt soms neamd hurd). Dêrfandinne, wy komme by de beskriuwing fan wat de X-ray Diffraktion.

De oarsprong fan 'e X-ray

It heger de strieling enerzjy, hoe hurder it is te krijen it keunstmjittich. Spreizer fjoer, de persoan krijt in soad Infrarot strieling, want it is it transfers waarmte. Mar dat der in X-ray Diffraktion oan de romtlike struktuer, is it nedich in soad hurde wurk. Dus, dit soarte fan elektromagnetyske strieling wurdt útbrocht, as de knock out in elektron út 'e skulp fan in atoom, dat is ticht by de kearn. Elektroanen lizze hjirboppe, siikje te foljen it gat, harren transysjes en soargje foar X-ray fotoanen. Ek ûnder swiere braking fan laden dieltsjes mei in gewicht (bygelyks elektroanen) produsearre troch dizze hege enerzjy strielje. Sa, de X-ray Diffraktion op de kristallen lattice wurdt begelaat troch de útjeften fan in grut genôch bedrach fan enerzjy.

Yn in yndustriële skaal, dizze strieling binne as folget:

1. De cathode emits elektroanen mei hege enerzjy.
2. Elektroanyske stiet foar de anode materiaal.
3. Electron dramatysk vertraagt (it emits x-rays).
4. Yn in oar gefal, de braking dieltsje kloppet út in elektron fan in lege baan fan in atoom fan it anode materiaal, dêr't ek generearret X-rays.

It is ek nedich om te begripen, dat, lykas alle oare elektromagnetyske strieling yn de X-ray hat syn eigen berik. It giet dizze strieling wurdt brûkt wiidferspraat genôch. Eltsenien wit dat in brutsen bonke of formaasje yn de longen siket mei help fan X-rays.

crystal struktuer

No ha wy komme tichtby wat is in metoade fan X-ray Diffraktion. Om dit te dwaan, lizzen de struktuer fan 'e bêst. Yn wittenskip, in stevige lichem hjit in stof yn in kristallijn steat. Hout, klaai of glês bêst, mar se misse de wichtichste ding: in periodike struktuer. Mar kristallen hawwe dit geweldich eigendom. De tige namme fan dit ferskynsel befettet syn essinsje. Earst moatte jo begripe, dat yn 'e kristallen atomen wurde fêst stevich. Kontakt tusken harren hawwe in beskate graad fan elastisiteit, mar se binne te sterk, sadat de atomen kinne bewege binnen in traeljefinster. Sokke episodes binne mooglik, mar mei in hiel sterke eksterne ynfloed. Bygelyks, as de metalen crystal te bûge, wurde foarme in punt mankeminten fan ferskillende soarten: yn guon plakken atoom ferlit syn sitplak, foarmjen posysje, yn oare - it is ferhuze yn 'e ferkearde posysje, foarmje in lek yntroduksje. Yn de fold kristal ferliest syn slim kristal struktuer, it is hiel defecte, losse. Dêrom, de klip, dy't ienris unbent, it is better net te brûken, as de metaal ferlearen harren eigenskippen.

As de atomen wurde rigidly fêste, se kinne net pleatst ten opsichte fan elkoar om samar as yn floeistoffen. Sy moatte organisearje harren sa as om minimalisearje de enerzjy fan harren ynteraksje. Sa, de atomen binne oardere yn in traeljefinster. Yn elk fan de rigen presintearje in minimum set fan atomen ynrjochte op in bysûndere wize yn 'e romte, - in ienheid sel fan it kristal. As alles derfan útstjoerd, dat wol sizze, kombinearje de râne mei inoar troch it ferpleatsen yn alle rjochting, wy krije de hiele kristal. Lykwols, it is de muoite wurdich ûnthâlden dat dit is - in model. Any echte kristal hat mankeminten, en hielendal sekuere oersetting is hast ûnmooglik om te berikken. Moderne silisium ûnthâld eleminten binne tichtby ideaal kristallen. Lykwols, harren produksje fereasket enoarme bedraggen fan enerzjy en oare boarnen. Yn it laboratoarium, wittenskippers dien wurdt en struktueren fan ferskillende types, mar as in regel, de kosten fan it meitsjen fan harren is te grut. Mar lit ús der fan út dat alle kristallen binne ideaal: yn alle rjochting deselde atomen komt te lizzen by deselde ôfstannen fan elkoar. Sa'n struktuer hjit in traeljefinster.

Ûndersyk fan 'e opbou fan kristallen

It komt troch dit feit kin wêze X-ray Diffraktion op kristallen. De periodike struktuer fan kristallen skept yn harren guon fan it fleantúch dêr't mear atomen as yn oare rjochtings. Soms dizzen wurde jûn lattice plane symmetry, soms - de ûnderlinge skikking fan de atomen. Elts fleantúch wurdt tawiisd syn oantsjutting. Ôfstân tusken de fleantugen is tige lyts: fan 'e folchoarder fan ferskate ångströms (recall ångströms - is 10 ^-10 meter of 0,1 nanometer).

Lykwols, de fleantugen yn ien rjochting yn alle echte kristal, sels in hiel lyts soad. X-ray Diffraktion as metoade brûkt dit feit: al de weagen dy't feroare de rjochting fan de fleanmasines yn ien rjochting, binne fette, it jaan fan de útgong sinjaal is dúdlik genôch. Sa wittenskippers kinne finen hokker gebieten lizze binnen de crystal dy fleantugen, en wurde beoardiele op de ynterne struktuer fan it kristal struktuer. Lykwols, allinnich de gegevens is net genôch. Njonken de hoeke fan 'e oanstriid, moatte witte de ôfstân tusken de fleantugen. Sûnder dat, kinne jo krije tûzenen ferskillende modellen fan de struktuer, mar net wit it krekte antwurd. Op hoe't wittenskippers leare oer de ôfstân tusken de fleantugen wurde besprutsen hjirûnder.

Diffraktion ferskynsel

Wy hawwe al sjoen de fysike basis fan wat de X-ray Diffraktion op de romtlike lattice fan kristallen. Mar wy hawwe noch net ferklearre de essinsje fan it fenomeen fan Diffraktion. Sa, Diffraktion - een bûgen fan de weagen (ynklusyf elektromagnetyske) obstakels. Dit ferskynsel liket te wêzen fan in skeining fan 'e wetten fan lineêre optika, mar it is it net. It is nau ferbûn mei it hinderjen en de wave eigenskippen, lykas fotoanen. As it ljocht paad wurdich is in obstakel, fanwege Diffraktion fan fotoanen kin "sjen" om 'e hoeke. Hoe fier te ôfwike fan de rjochting fan ljocht fuortplanting rjochte hinget ôf fan de grutte fan 'e obstructions. De lytsere de hindernis, de lytsere moat wêze de lingte fan de elektromagnetyske weach. Dat is wêrom't de X-ray Diffraktion op single kristallen troch help fan sokke koarte golflingten: ôfstân tusken fleantugen is hiel lyts, optyske fotoanen binne gewoan net "krije troch" tusken har, en allinne ta utering fan it oerflak.

Sa'n begryp is wier, mar it wurdt beskôge as te smel yn moderne wittenskip. Om útwreidzje syn definysje, likegoed as algemiene kennis oanwêzich metoaden manifestaasjes Diffraktion weagen.

1. Feroarings yn romtlike wave struktuer. Bygelyks, de hoeke fan de golf útwreiding fan de bondel útslaan of ôfwiking fan wave tal weagen yn guon foarkar rjochting. It is oan dit klasse fan ferskynsels yn ferbân bûgen fan de weagen fan de behinderingen.
2. Utwreiding weagen yn it spektrum.
3. It feroarjen fan de polarisaasje fan de weagen.
4. Conversion wave phase struktuer.

It fenomeen Diffraktion, tegearre mei it hinderjen ferantwurdlik foar it feit dat de rjochting fan it ljocht bondel op in smelle gat efter dat we sjogge net ien, mar ferskate ljocht highs. Hoe fierder it measte út 'e midden fan it gat, wat heger de oarder. Dêrneist mei in goede formulearring fan it eksperimint it skaad fan 'e gewoane sewing naald (fansels tinne) wurdt ûnderferdield yn ferskate bands, mei krekt de nulle der in maksimum fan ljocht, yn stee fan in minimum.

formule Bragg

Wy hawwe al neamd dat de úteinlike sinjaal is tafoege út alle x-ray fotoanen dy't werom te finen út 'e flakten mei deselde skeante binnen de kristal. Mar krekt berekkene struktuer kinne in oare wichtige ratio. Sûnder it soe wêze fergees X-ray Diffraktion. Bragg formule sjocht der sa út: 2dsinƟ = nλ. Hjir, d - de ôfstân tusken de flakten mei deselde hoeke fan 'e oanstriid, θ - slip angle (Bragg hoek), of de hoeke fan it foarkommen ta it fleantúch, n - de oarder fan' e Diffraktion spits, λ - golflingte. Sûnt is it krekt bekend hoe't de X-ray spektrum brûkt foar gegevens oankeap en de hoeke by hokker ljocht falt is, dy formule kinne jo te berekkenjen de wearde fan d. In bytsje boppe wy seine dat sûnder dizze ynformaasje sekuer krijen de struktuer fan matearje is ûnmooglik.

Moderne brûken fan X-ray Diffraktion

De fraach ûntstiet: yn hokker gefallen moatte dizze analyze, wittenskippers hawwe net echt west ferkend hiele wrâld struktuer, en faaks fral yn 'e produksje fan nije stoffen net belûke minsken, hokfoar resultaten sy sil? Four reaksjes.

1. Ja, wy kenne ús planeet is goed genôch. Mar alle jierren binne der nije mineralen. Soms se sels foarstelle de struktuer sil net wurkje sûnder X-rays.
2. In protte wittenskippers besykje te ferbetterjen de eigenskippen fan besteande materialen. Dy stoffen wurde ûnderwurpen wurde oan ferskate soarten behanneling (druk, temperatuer, lasers en al sa mear. D.). Soms yn harren struktuer te foegjen of fuortsmite eleminten út it. Begripe wat ynterne werstrukturearring tagelyk barde, sil X-ray Diffraktion op kristallen.
3. Foar guon applikaasjes (bgl, foar laser aktive media, ûnthâld kaarten, optyske eleminten fan 'e observaasje systeem) kristallen moatte nauwkeurig conform. Dêrom, harren struktuer wurdt hifke mei help fan dizze metoade.
4. X-ray Diffraktion - dit is de ienige manier om te finen út hoefolle en wat bard yn de synteze fazen yn multicomponent systemen. Foarbylden fan sokke systemen kin tsjinje as eleminten fan in moderne keramische technology. De oanwêzigens fan winske fazen kinne meibringe earnstige gefolgen.

space aktiviteiten

In protte minsken hawwe frege: "Wêrom hawwe wy hawwe in grutte Observatory Orbit de ierde, wêrom dogge wy hast de rover, as it minskdom noch net oplosse de problemen fan earmoede en striid?"

Eltsenien kin fine harren arguminten "foar" en "tsjin", mar it is dúdlik dat de minske wêze moat in dream.

Dêrom, op syk nei de stjerren, kinne wy no sizze mei wissichheid dat wy witte oer harren mear en mear eltse dei.

X-rays fan 'e prosessen orkanen yn romte, net berikke it oerflak fan ús planeet, se wurde opnaam yn de atmosfear. Mar dit part fan de elektromagnetyske spektrum hat in soad gegevens op hege-enerzjy ferskynsels. Dêrom, ark, studearre x-ray, moatte wurde set foarby Earth baan. De besteande stasjon op dit stuit it bestudearjen fan de neikommende items:

• oerbliuwsels fan Supernova eksploazjes;
• de sintra fan de stjerrestelsels;
• neutron stjerren;
• swarte gatten;
• oanriding fan massive foarwerpen (stjerrestelsels, groepen fan stjerrestelsels).

Ferrassend, foar in ferskaat oan projekten tagong ta dizze stasjons is beskikber foar studinten en sels skoalbern. Se studearje komme út djippe romte fan x-ray balken: Diffraktion, hinderjen, spektrum wurden it ûnderwerp fan harren belangstelling. En guon hiel jonge brûkers romte-basearre stjerrewachten meitsje ûntdekkingen. De sekuere lêzer kin, fansels, stelle dat se wat ha krekt hat tiid ôfbyldings yn hege resolúsjes te beskôgje en merken subtile details. En fansels, it belang fan 'e ûntdekking, as in regel, allinnich begripe de serieuze astronoom. Mar sokke gefallen binne ynspirearjen fan jonge minsken om te garandearjen dat wije harren libben oan romte exploration. En dat doel is de muoite wurdich om te folgjen.

Dus, om te berikken Vilgelma Konrada Röntgen ûntdutsen tagong ta de Stellar kennis en mooglikheden te oerwinnen oare planeten.