Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 91
Текст из файла (страница 91)
В тех случаях, когда мы располагаем монокристаллами достаточных размеров. можно применить для таких рентгеноструктурных исследований метод Лауэ (см. ~ 117), используя рентгеновское излучение со сплошным спектром. В случае кристаллических порошков или поликристаллических тел структурное исследование можно выполнить по методу, предложенному в 1916 г. Дебаем и Шерером, а также Хеллом.
Моно- хроматический пучок рентгеновских лучей направляется на столбик прессованного кристаллического порошка или палочку из гюликристаллического материала (рис. 19.7): различные кристаллики препарата имея)т всевозмо1кньге ориентации, так что падающий пучок образует с атомными плоскостями самые разнообразные углы. Лучи Рис. 19.7. Схема спектрографии рентгеновских лучей по методу различных ориентаций кристаллов заданной длины волны Л отразятся под разными углами от различных атомных плоскостей, соответствующих различным значениям О (см.
(118.1)), создавая на фотопленке, окружающей препарат, соответству1ощую дифракционную картину. Рисунок 19.8 воспроизводит полученную рентгенограмму; в центре виден след прямого пучка: вправо и влево расположены следы отраженных лучей, причем каждая пара симметричных следов соответствует отражени1о от кристаллографических плоскостей одного определенного направления. Зная длину волны Л и измеряя углы скольжения й, мы можем с помощью такой шкАНА элвктРОМА1 нитных ВОлн рентгенограммы установить структуру монокристаллических обьектов, какими являются большинство металлов и других технических материалов.
Если при исследованиях рентгеновских лучей в качестве дифракционной решетки использовать искусственную плоскую решетку с относительно грубым периодом и направить на нее рентгеновские лу- С' 8' А' А ВС Х)Е Рис. 19.8. Рентгенограмма, полученная по схеме, изображенной на рис. 19.7 чи под углом, близким к 90', то возможно наблк1дение дифракции от плоской решетки, т.е.
с максимумами, соответствующими всем длинам волн (ср. 9 47). Использование наклонного падения на плоские решетки позволило определить длину волны рентгеновских лучей с большой точностью. Повторяя те же измерения с пространственной решеткой каменной соли, можно было по известной длине рентгеновского излучения точно определить период решетки каменной сали, т.е.
расстояние между составляющими эту решетку ионами. Отсюда удалось найти точное значение числа молекул в одном моле, т.е. число Авогадро. Эти определения числа Авогадро считаются самыми надежными. Согласно им значение числа Авогадро рекомендовано (в 1974 г.) считать равным 6,022045 10~~ моль ' вместо прежнего 6,0247 10~~ моль ' (1955 г.). я 119.
Сплошной рентгеновский спектр. Понятие о характеристических лучах Методы, указанные в предыдущем параграфе, позволяют исследовать характер спектра рентгеновского импульса даже в толи случае, когда импульс является «белым», т.е, дает сплошной спектр. Такой характер имеет спектр рентгеновских лучей, получающихся в обычных условиях в рентгеновской трубке при торможении электронов ударами об анод. Изменение скорости электрона происходит при этом случайным путем, и образующееся излучение представляет совершенно «неправильный» импульс, эквивалентный совокупности разнообразных длин волн. Однако наряду с такими импульсами появляется и гораздо более монохроматическое излучение. При бомбардировке анода электронами определенной скорости наблюдается следующее явление: при некоторой их скорости, величина которой определяется веществом анода, последний становится источником почти монохроматических лучей с длиной волны, характерной для вещества данного анода.
Такие лучи обязаны своим происхождением процессам внутри атомов этого вещества. Для того чтобы вызвать подобные процессы, требуется известная минимальная энергия, характерная для вещества анода. Получакнциеся монохроматические лучи характеризуют вещество анода и носят поэтому название тирактеристических. Гл. х1х. ие1ФРАкРАсныв, УльгРАФиОлнтОвын лУчи 377 В настоящее время после установления методов рентгеновской спектроскопии понятие жесткости рентгеновского излучения может быть заменено более определенным понятием длины волны.
В соответствии с этим характеристическое излучение данного вещества мы определяем как излучение, имеющее определенную длину волны. Рентгеновский «белый свет», испускаемый обычной трубкой, представляет собой совокупность лучей различных длин волн и, следовательно, различных жесткостей. Когда мы говорим о жесткости таких лучей, то имеем в виду некоторую среднюю величину, характеризующую главную часть рассматриваемого импульса. В этом смысле можно говорить и о какой-то средней длине волны. характеризующей данный импульс.
Можно установить связь между этой средней длиной волны Л,„и ускоряющим напряжением 1', наложенным на. трубку. Опыт показывает, что 1 Л вЂ” нм 371 (119.1) где 1' выражено в киловольтах. В соответствии с последней формулой и формулой (115.2), можно написать соотношение между коэффициентом поглотцения и длиной волны ,1~ Л', (119 2) т.е. коэффициент поглощения приблизительно пропорционален кубу длины волны. Как явствует из этого соотношения. выведенного из опыта, коэффициент поглощения излучения быстро уменьшается при уменьшении длины волны. Однако для каждого вещества существуют области длин волн„в которых поглощение резко возрастает (в 8 — 10 раз) против нормального хода (селективное поглощение).
Такие области соответствуют областям характеристического излучения данного вещества, ~ 120. Оптика рентгеновских лучей Трудности обнаружения волновых свойств рентгеновского излучения связаны с чрезвычайной малостью его длин волн. Действительно, измерения последних показывают, что при использовании обычных рентгеновских трубок мы имеем дело с волнами, длина которых измеряется десятыми нанометров, т.е. в тысячу раз меньше длин волн видимого света.
Характеристические лучи разных химических элементов периодической системы также имеют длины волн того же порядка. Каждый элемент может испускать несколько групп характеристических лучей, причем жесткость последних возрастает по мере перехода к элементам с бблыпим атомным номером. Если сравнить между собой жесткие характеристические лучи, то мы получим следующие длины волн: для Мк 0,95, для Ге 0,17, для А8 0,05, для Ъ' 0,018 нм и для самого тяжелого элемента — урана 0,01 нм. Столь короткая длина волны и соответственно огромная частота приводят к тому, что на первый план выступает корпускулярный (квантовый) характер рентгеновского излучения. Поэтому требу1отся специальные, трудно осуществимые условия опыта, при которых волновой характер рентгеновских лучей шкАлА электРОмАгнитных ВОлн проявляется отчетливо.
Тем не менее, за последние годы здесь были достигнуты болыпие успехи. Познакомимся с несколькими основными фактами из этой области — оптики рентгеновских лучей. а. П р а в и л ь н о е о т р а ж е н и е. Обычная зеркальная поверхность грубо шероховата для рентгеновских лучей и только при падении под очень скользящим углом может дать правильное отражение. Такое отражение было достигнуто на опыте; кроме того, на том же принципе основана отражательная дифракционная решетка (см. 1 47).
Другой способ получения правильного отражения осуществляется в опыте Лауэ, где отражающей поверхностью являются кристаллографические плоскости, в которых атомы образуют несравненно более совершенную плоскость (расположены строго периодически). чем всякая искусственно отполированная плоская поверхность. б. Прел о м ление. Первые указания наналичие преломления рентгеновских лучей обнаружились в отступлении от условия Брэгга, определяюгцего положение максимумов при дифракции в кристалле. Эти отступления нашли себе объяснение в допущении преломления лучей при выходе из кристалла.
Отсюда можно было оценить показатель преломления для рентгеновских лучей. Он оказался меньше единицы. В соответствии с этим удалось осуществить явление полного внутреннего отражения на границе воздух — среда. Так, например, на границе воздух — стекло предельный угол скольжения получился равным 11', отсюда можно было точно определить показатель преломления стекла для рентгеновского излучения. Наблюдалось также преломление в стеклянной призме, на которую падал расходящийся пу юк рентгеновских лучей.
Некоторые лучи пучка падали под углом, большим предельного. и испытывали полное внутреннее отражение, другие преломлялись в призме и разлагались в спектр. Таким образом удалось наблюдать и измерять дисперсию рентгеновских лучей, т.е. зависимость показателя преломления от длины волны. Отличие показателя преломления от единицы весьма мало ~в шестом десятичном знаке), различие показателей преломления для разных длин волн еще меньше; в связи с этим соответствующие измерения выполнены довольно грубо. й 121. Шкала электромагнитных волн Все предыдущее показывает, что рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны„отличающиеся от обычного света липп своей малой длиной. Однако разнообразие длин волн рентгеновских лучей чрезвычайно велико.
Если обычно длины волн рентгеновского излучения в сотни и тысячи раз меньше длин волн света, то возможны и гораздо более мягкие рентгеновские лучи, соответствующие большей длине волны. Трудность их наблюдения заключается в том, что они очень легко поглощаются всеми телами, приближаясь в этом отношении к короткому ультрафиолетовому излучению. Действительно, принимая меры предосторожности, необходимые при работе с такими легко поглощающимися лучами, удалось наблюдать рентгеновские лучи, по длине волны заходящие в область, Гл. х1х.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
