А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В соответствии с формулой (6.4) отражение происходит лишь при некоторых углах скольжения. Измерив угол и знак Х, по формуле (6.4) можно рассчитать с>' для системы параллельных плоскостей, от которой происходит отражение. Вместо вращения кристалла при практическом осуществлении опыта часто бывает удобнее изменять направление падающих лучей, оставляя кристалл неподвижным (рис. 30). В принципиальном отношении это ничего нового по сравнению с вращением кристалла не содержит.
3. Способ Дебая — Шерера. Монокристаллы достаточно больших размеров получать трудно. Гораздо проще получить порошок, который состоит из маленьких монокристаллов, ориентированных беспорядочно. Кроме того, часто возникает необходимость исследовать поликристаллы вместо монокристаллов по другим обстоятельствам. Для этого применяется способ Дебая — Шерера. Если данный поликрис>паллический порошок облугчать монохроматическим рентгеновским излучением, то среди составляющих его монокристаллов всегда найдутся такие, ориентация которых относительно падающего пучка удовлетворяет услови>о Вульфа — Ерэгга (6.4). Если в направлении падающего луча установить фотопластинку, то ввиду аксиальной симметрии отраженных лучей на пластинке они оставят след в виде кольца (рис. 29). Так как отражение одновременно происходит от разных систем поверхностей и ил>еются отражения различных порядков, т.
е. при различных значениях т в формуле (6.4), то на фотопласптинке наблюдается система колец. Зная геометрии> опь>та, длину волны и расположение колец, можно сделать заключение о структуре монокристаллов, а при известной структуре можно вычислить длину волны. Все три способа наблюления дифракции волн на кристаллических структурах были успешно использованы для изучения дифракции рентгеновских лучей. Это позволило экспериментально доказать электромагнитную природу рентгеновского излучения и определить длину волны рентгеновского излучения, поскольку межатомные расстояния кристаллов можно оцени~ь независимо от дифракции рентгеновских лучей, зная 52 2 Волновые свойства корпускул удельную массу и атомную (или молярную) массу.
Это позволило установить, что длины волн рентгеновского излучения имеют порядок размеров атомов и поэтому осуществить с ними интерференционный опыт типа опыта Юнга (см. рис. 24) весьма затруднительно. Впрочем, позднее были осуществлены опыты н такого типа. На основании днфракционных явлений были созданы приборы, позволяющие измерить с большой точностью длины волн рентгеновского излучения. Это открыло дорогу к широкому кругу экспериментов в области физики рентгеновских лучей, приведших к открытию новых явлений, например эффекта Комптона (см.
~ 2). Основанный на этих явлениях рентгеноструктурный анализ остался и до настоящего времени одним из очень эффективных методов изучения структуры вещества. Использование дифракции на кристаллах для управления рентгеновскими лучами лежит в основе рентгеновской оптики, получившей особенно большое развитие в последние годы.
Учет преломления реип.сионских лучей. Преломление рентгеновских лучей обусловлено разной скоростью распространения волн в среде и в вакууме. Различие в фазовых скоростях волн приводи~ к изменению условия Брэгга-Вульфа (6.3). В этом случае (см. рис, 27) надо принять во внимание, что угол падения Оад не равен углу преломления 0„. Поэтому вместо (6.1) для оптической разности хода получаем выражение Л = = п(~ АВ1+ '1 ВС~) — 1АР ~, где и — показатель преломления среды относительно вакуума (если луч падает на поверхность кристалла из вакуума).
Эта формула справедлива как при и > 1, так и при и ( 1. Заметим, что для рентгеновских лучей и < 1. Учитывая, что 1АВ~ + ~1 ВС1 = = 217соз О„р, ) АР1 = 2гУГЯ О„р з)п О„„и принимая во внимание закой преломления б(пО„руга)пОкд = и, вместо (6.2) находим Л = 2с(п,гсоб 0„~ + оп б)па 0„~/сох 0„ = 2ппгсов Ошм (б. 5) Тогда условие отражения 1см. (6.3)] имеет вид 2пНсов О„= пг)с, (б.б) где 0„-угол преломления (а не падения!),"аа-длина волны в вакууме (а не в среде1).
7. Эффект Рвмзвуэра — Таунсенда Обсуждаются эксперименты, позволившие одевать вывод о назичии явления дифракпни во взаимодействии отдельного электрона с отдельным атомом Классификация столкновений электронов с атомами. При прохождении через газ электроны сталкиваются с молекулами газа. Столкновения, не сопровождающиеся изменением внутренней энергии молекул газа, называются уп)ругими. Кинетическая энергия электрона при упругом столкновении практически не меняется.
Строго говоря, некоторая доля кинетической энергии переходит в кинетическую энергию молекулы нли, наоборот, приобретается от молекулы в зависимости от условий столкновения, однако эта доля по порядку величины равна отношению масс электрона и молекулы, т. е, (пг,/гп .л) - 10 а, и ею можно пренебречь. Столкновения, в результате которых внутренняя энергия молекулы н кинетическая энергия электрона изменяются, называются неупругими. Не- упругие столкновения бывают двух родов.
При неупругом столкновении первого рода электрон отдает часть 1 7. Эффект Рачзазузра-Таунсенда 63 своей энергии на возбуждение молекулы. Это столкновение может, в частности, привести к ионизации молекулы, т.е. к отрыву от молекулы одного или нескольких электронов. Кинетическая энергия электрона при неупругом столкновении первого рода уменьшается. Неупругие столкновения второго рода могут происходить лишь между молекулами в возбужденных состояниях и электронами. В результате столкновения часть энергии возбуждения молекулы или вся эта энергия передается электрону, кинетическая энергия которого увеличивается.
Внутренняя энергия молекулы при этом уменьшается. При столкновении с молекулой (или атомом) электрон движется с ускорением и, следовательно, может испустить фотон. В результате энергия электрона уменьшится. Следовательно, этот процесс может рассматриваться как неупругое столкновение, которое отличается от неупругого столкновения первого рода лишь тем, что потерянная электроном энергия переходит не к молекуле, а уносится излученным фотоном.
Поперечное сечение. Столкновение электрона с молекулой, приводящее к тому или иному результату, является случайным событием и может описываться только вероятностно. Вероятность столкновения с конкретным результатом описывается с помощью понятия поперечного сечения. Электрон считается точечной частицей, а молекула, столкновение с которой рассматривается, моделируется в виде шара, площадь поперечного сечения которого о. Это воображаемая, а не геометрическая площадь. Ее значение для одной и той же молекулы различно для разных процессов. Площадь о принимается такой, чтобы К определению поперечного сечения вероятность рассматриваемого результата столкновения была равна вероятности того, что электрон, двигаясь в газе прямолинейно без взаимодействия, сталкивается с одной из молекул. Пусть электрон палает на площадь 5 объема, в котором расположены молекулы с концентрацией но (рис.
31). В слое толщиной дх в направлении движения электрона находится число молекул и одх, а сумма их поперечных сечений, которая как бы закрывает собой часть площади 5, равна дб = оп одх. Отсюда следует, что вероятность попадания электрона в одну из молекул в слое дх дУ = до75 = опо с1х. (7.1) Это определение поперечного сечения о рассматриваемого процесса. Вероятность дат может быть либо вычислена теоретически, либо измерена экспериментально, а поперечное сечение о определяется по формуле (7.1).
Средняя длина свободного пробега. Если столкновение электрона с молекулой независимо от других молекул, то вероятность события растет пропорционально хх Длина пути (1), при которой эта вероятность равна единице, называется средней длиной свободного пробега. Для ее определения 64 2.
Волновые свойства корпускул Схема опьпа по определению поперечного се чсния упру~их столкновений электрона с моле кулами газа ец зз Зависимость поперечного сечения упругого рассеяния электронов на атомах аргона от энергии электрона из (7.!) получаем уравнение опо х',1) = = 1, из которого следуе~, что (1) = 17(опе). (7.2) Эта величина характеризует длину пути, который в среднем проходит электрон среди молекул, прежде чем произойдет изучаемое событие.
Экспериментальное определение поперечного сечения упругого столкновения электрона с молекулами. Пучок электронов движется в направлении положительных значений оси Х в газе (рис. 32). Электроны, сталкиваясь с молекулами газа, меняют направление своего движения и выбывают из пучка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
