Ce este un model de difracție cu raze X?

Acest articol descrie un astfel de lucru ca de difracție cu raze X. Aceasta explică baza fizică a acestui fenomen și aplicarea acesteia.

dezvoltarea tehnologiei de noi materiale

Inovare, nanotehnologie - o tendință a lumii moderne. Stiri plin de rapoarte cu privire la materialele noi revoluționare. Dar putini oameni dau seama ce un imens oamenii de știință aparate de cercetare au nevoie pentru a crea cel puțin o mică îmbunătățire a tehnologiilor existente. Unul dintre fenomenele fundamentale care îi ajută pe oameni în ea, - difracție cu raze X.

radiațiile electromagnetice

Pentru început, ar trebui clarificat faptul că o astfel de radiații electromagnetice. Orice organism încărcat în mișcare creează în jurul său un câmp electromagnetic. Aceste câmpuri elaborate toate în jurul valorii, chiar și vidul din spațiu adânc nu este liber de ele. În cazul în care într-un astfel de domeniu, tulburări periodice care sunt capabile de a propaga în spațiu, acestea sunt numite radiații electromagnetice. Folosit pentru a descrie concepte, cum ar fi de lungime de undă, frecvența și energia. Care este energia clară intuitiv, și lungimea de undă - distanța dintre aceleași faze (de exemplu, între două vârfuri adiacente). Lungimea de undă mai mare (și, prin urmare frecventa), mai puțină energie. Reamintim, aceste concepte trebuie să descrie ceea ce scurt de difracție cu raze X și în mod clar.

spectru electromagnetic

Toate varietate de raze electromagnetice se potrivește pe o scară specială. În funcție de lungimea de undă, distinge (de la cea mai lungă la cel mai scurt):

• unde radio;
• val terahertzi;
• unde infrarosii;
• lungime de undă vizibilă;
• lungime de undă în ultraviolet;
• lungime de undă de raze X;
• radiații gamma.

Astfel, suntem interesați în radiația are o lungime de undă foarte mică și cea mai mare de energie (de aceea este numit uneori greu). Prin urmare, am ajuns la descrierea a ceea ce difracție cu raze X.

Originea X-ray

Cu cât energia de radiații, cu atât mai greu este să-l în mod artificial. Răspândirea focului, persoana care primește o mulțime de radiații infraroșii, deoarece este o transfera caldura. Dar că a existat o difracție cu raze X pe structura spațială, este necesară o mulțime de muncă grea. Deci, acest tip de radiații electromagnetice este eliberat, în cazul în care knock out un electron din învelișul unui atom, care este aproape de miezul. Electronii sunt situate mai sus, caută să umple gaura, tranzițiile și de a furniza fotoni X-ray. De asemenea, sub frânarea brusc de particule încărcate care au o greutate (de exemplu, electroni) produse de aceste raze de mare energie. Astfel, difracția cu raze X pe rețeaua cristalină este însoțită de cheltuielile unei cantități suficient de mare de energie.

La scară industrială, această radiație sunt după cum urmează:

1. Catodul emite electroni cu energie ridicată.
2. Electronice se confruntă cu materialul anodului.
3. Electron incetineste dramatic în jos (acesta emite raze X).
4. Într-un alt caz, electronul bate întârziind particula cu o orbită joasă a atomului de material anod, care generează, de asemenea, radiografiile.

De asemenea, este necesar să se înțeleagă că, la fel ca orice alte radiații electromagnetice în raze X are propria sa gamă. Se merge această radiație este utilizat pe scară largă suficient. Toată lumea știe că un os rupt sau formarea în plămâni este în căutarea cu ajutorul razelor X.

structura de cristal

Acum am ajuns aproape de ceea ce este o metodă de difracție cu raze X. Pentru a face acest lucru, explica structura solidului. În știință, un corp solid este numit o substanță într-o stare cristalină. Lemn, lut sau solid de sticlă, dar le lipsește lucrul cel mai important: o structură periodică. Dar cristalele au această proprietate uimitoare. Chiar numele acestui fenomen conține esența ei. Mai întâi, trebuie să înțeleagă că, în atomii de cristal sunt bine fixate. Contactul dintre ele au un anumit grad de elasticitate, dar ele sunt prea puternice, astfel încât atomii se pot deplasa în interiorul zăbrele. Astfel de episoade sunt posibile, dar cu un impact extern foarte puternic. De exemplu, dacă cristalul de metal să se îndoaie, sunt formate în defecte punctiforme de diferite tipuri: în unele locuri atom părăsește scaunul său, poziția de formare, în altele - este mutat în poziția greșită, formând o introducere defect. În cristalul ori își pierde structura de cristal subțire, este foarte defect, în vrac. Prin urmare, clipul, care odată neîndoită, este mai bine să nu utilizeze, ca metal pierdut proprietățile lor.

Dacă atomii sunt fixate rigid, ele nu pot fi poziționate una în raport cu cealaltă la întâmplare, ca și în lichide. Ei trebuie să se organizeze astfel încât să se reducă la minimum energia interacțiunii lor. Astfel, atomii sunt aranjate într-un grilaj. In fiecare dintre matricele prezintă un set minim de atomi aranjate într-un mod special în spațiul respectiv, - o celula unitate a cristalului. Dacă toate difuza, adică, să combine marginea unul cu celălalt prin deplasarea în orice direcție, vom obține întregul cristal. Cu toate acestea, merită să ne amintim că acest lucru este - un model. Orice cristal reală are defecte, și traducerea complet corecte este aproape imposibil de realizat. Elemente moderne de memorie de siliciu sunt aproape de cristale ideale. Cu toate acestea, producția lor necesită cantități enorme de energie și de alte resurse. In laborator, oamenii de știință sunt structuri angajate de diferite tipuri, ci ca o regulă, costul de creare a acestora este prea mare. Dar să presupunem că toate cristalele sunt ideale: în orice direcție aceeași atomi va fi amplasat la aceleași distanțe față de cealaltă. O astfel de structură se numește un grilaj.

Investigarea structurii cristalelor

Aceasta se datorează acestui fapt poate fi de difracție cu raze X pe cristale. Structura periodică a cristalelor creează în ele o parte din planul în care mai mulți atomi decât în alte direcții. Uneori, acestea sunt date simetrie plan zăbrele, uneori - dispunerea reciprocă a atomilor. Fiecare plan este atribuit denumirea sa. Distanța între planele este foarte mică: de ordinul mai multor angstromi (angstromi rechemare - este de 10 ^-10 m sau 0,1 nanometri).

Cu toate acestea, planurile într-o singură direcție, în orice cristal reală, chiar și o mulțime foarte mic. difracție cu raze X ca metodă folosește acest fapt: toate valurile care a schimbat direcția avionului într-o singură direcție, sunt rezumate, dând semnalul de ieșire este suficient de clar. Deci, oamenii de stiinta pot da seama ce zone sunt situate în cristalul acestor avioane, și sunt judecate pe structura internă a structurii de cristal. Cu toate acestea, numai datele nu este de ajuns. În plus față de unghiul de înclinare, trebuie să cunoască distanța dintre planurile. Fără ea, puteți obține mii de modele diferite ale structurii, dar nu știe răspunsul exact. Cu privire la modul oamenii de știință aflați despre distanța dintre planurile vor fi discutate mai jos.

fenomen de difracție

Ne-am dat deja fizică baza a ceea ce raze X de difracție pe spațială cu zăbrele de cristale. Cu toate acestea, nu am explicat încă esența fenomenului de difracție. Astfel, difractie - o îndoire a undelor electromagnetice (inclusiv) obstacole. Acest fenomen pare a fi o încălcare a legilor opticii liniare, dar nu este. Acesta este strâns legată de interferența și proprietățile de undă, cum ar fi fotoni. În cazul în care calea luminii este în valoare de un obstacol, datorită difracției de fotoni pot „vedea“ în jurul valorii de colț. Cât de departe de a se abate de la direcția de propagare a luminii drept depinde de mărimea obstrucțiilor. Este mai mic obstacol, mai mici ar trebui să fie lungimea undei electromagnetice. Acesta este motivul pentru care difracție cu raze X pe cristale unice, prin utilizarea unor astfel de lungimi de undă scurte: distanța dintre avioane este fotoni foarte mici, optice nu sunt pur și simplu „trece prin“ între ele, și reflectate numai de la suprafață.

O astfel de noțiune este adevărată, dar este considerat prea îngustă în știința modernă. Pentru a extinde definiția sa, precum undele de difracție prezintă metode de manifestări de cunoștințe generale.

1. Modificări în structura spațială val. De exemplu, unghiul de expansiune val răspândirea fasciculului sau devierea numărului val de valuri în unele direcție preferată. Este la această clasă de fenomene legate de flexiune de valuri de obstacole.
2. valuri de extindere în spectrul.
3. Schimbarea polarizarea undelor.
4. Conversia structurii fazei de undă.

Fenomenul de difracție, împreună cu interferența responsabilă pentru faptul că direcția fasciculului de lumină la un spațiu îngust în spatele ei vom vedea nu unul, ci mai multe maximele de lumină. Cu cât mai mult de la mijlocul diferenței, cu atât mai mare ordine. In plus, cu formularea corespunzătoare a experimentului umbra acului de cusut obișnuit (în mod natural subțire) este împărțit în mai multe benzi, cu exact acul există un număr maxim de lumină, mai degrabă decât un minimum.

formula Bragg

Am menționat deja că semnalul final se adaugă la toate fotoni cu raze X, care sunt reflectate de avioanele cu aceeași pantă în interiorul cristalului. Dar structura calculată cu precizie permite un alt raport important. Fără ar fi difracția de raze X inutil. Formula Bragg arată astfel: 2dsinƟ = nX. Aici, d - distanța dintre planurile cu același unghi de înclinare, θ - unghiul de alunecare (unghiul Bragg) sau unghiul de incidență a planului, n - ordinul a vârfului de difracție, λ - lungime de undă. Din moment ce se cunoaște exact modul în care spectrul de raze X utilizate pentru achiziția de date și unghiul la care lumina cade este, această formulă vă permite să calculeze valoarea d. Puțin mai sus, am spus că, fără aceste informații obține cu exactitate structura materiei este imposibilă.

utilizarea modernă a difracției cu raze X

Se pune întrebarea: în ce cazuri au nevoie de această analiză, oamenii de știință nu au fost într-adevăr explorat toată structura mondială, și, probabil, în principal în producția de substanțe noi nu implică oameni, ce fel de rezultatele pe care le vor? Patru răspunsuri.

1. Da, știm că planeta noastră este destul de bun. Dar, în fiecare an, există noi minerale. Uneori, ei chiar sugerează structura nu va funcționa fără raze X.
2. Mulți oameni de știință încearcă să îmbunătățească proprietățile materialelor existente. Aceste substanțe sunt supuse la diferite tipuri de tratament (presiune, temperatură, lasere și altele asemenea. D.). Uneori, în structura lor pentru a adăuga sau elimina elemente din acesta. Înțelegeți ce a avut loc restructurarea internă în același timp, difracție cu raze X va fi pe cristale.
3. Pentru unele aplicații (de exemplu, pentru mass-media activă de lasere, carduri de memorie, elemente optice, sisteme de monitorizare a) cristale ar trebui să se potrivească foarte atent cerințele. Prin urmare, structura lor este testată folosind această metodă.
4. difracție cu raze X - aceasta este singura modalitate de a afla cât de multe și ceea ce sa întâmplat în fazele de sinteză în sistemele multicomponent. Exemple de astfel de sisteme pot servi ca elemente ale unei tehnologii ceramice moderne. Prezența fazelor nedorite poate avea consecințe grave.

activitățile spațiale

Mulți oameni au întrebat: „De ce avem un observator imens orbita Pământului, de ce avem nevoie de rover, în cazul în care omenirea încă nu a rezolvat problemele de sărăcie și război?“

Oricine poate găsi argumentele lor „pentru“ și „contra“, dar este evident că omenirea trebuie să fie un vis.

Prin urmare, uita la stele, putem spune acum cu certitudine că știm despre ele tot mai mult în fiecare zi.

Razele X ale proceselor care au loc în spațiu, nu ajunge la suprafața planetei noastre, acestea sunt absorbite de atmosfera. Dar această parte a spectrului electromagnetic are o mulțime de date cu privire la fenomene de mare energie. Prin urmare, instrumente, studiind cu raze X, ar trebui să fie pus dincolo de orbita Pământului. Stația existentă în prezent studiază următoarele elemente:

• ramasite ale exploziilor supernovelor;
• centrele de galaxii;
• stele neutronice;
• găuri negre;
• coliziune de obiecte masive (galaxii, grupuri de galaxii).

În mod surprinzător, pentru o varietate de proiecte de acces la aceste stații este la dispoziția studenților și chiar elevi. Ei studiu provin din spațiu adânc de raze X, grinzi: difracție, interferență, spectrul devenit obiectul de interes a acestora. Și unii foarte tineri utilizatori de observatoare spațiale face descoperiri. Cititorul meticulos poate, desigur, susțin că au ceva tocmai a imagini de timp în rezoluții mari să ia în considerare și observați detaliile subtile. Și, desigur, importanța descoperirii, de regulă, înțeleg doar astronomul gravă. Dar astfel de cazuri sunt inspira tinerii pentru a se asigura că dedice viața pentru explorarea spațiului. Și acest obiectiv merită să urmeze.

Deci, pentru a realiza Vilgelma Konrada Röntgen a descoperit accesul la cunoștințele și posibilitățile de a cuceri alte planete stelare.