x-ray_analysis_of_solids (1248287), страница 23
Текст из файла (страница 23)
через ту грань, на которую падет первичная рентгеновская волна (см.рис.7.1.б). Вданнойгеометрическойсхемедифрагированныйпучокестественноназываютотраженным.Схемы,приведенныенарис.7.1,описываютдифракциюмонохроматическойрентгеновской волны с волновым вектором k. В результате взаимодействия первичнойрентгеновской волны с атомной структурой кристалла формируются проходящая ирассеянная рентгеновские волны с волновыми векторами k 0d и k hd соответственно.Определим угол ϕ между отражающей плоскостью и входной гранью облучаемогокристаллического образца. Напомним, что угол Брэгга θb, согласно уравнению (4.25),определяется межплоскостным расстоянием семейства отражающих плоскостей (hkl) идлиной волны λ рентгеновского излучения.
Тогда различные варианты схемы регистрациидифрагированногорентгеновскогоизлучения140могутбытьохарактеризованысоотношением между углами ϕ и θb. Если θb < ϕ, то осуществляется геометрия дифракциипо Лауэ. В противоположном случае при θb > ϕ, мы получаем схему дифракци по Брэггу.аб……..вгРис.7.1. Схемы дифракции рентгеновских лучей в кристаллических пластинах:а) несимметричная геометрия Лауэ, б) несимметричная геометрия Брэгга,в) симметричная геометрия Лауэ, г) симметричная геометрия Брэгга.Следы отражающих плоскостей изображены штриховыми линиями.
n0 – нормаль к входной граниоблучаемого образца, θb – угол Брэгга, ψ0 – угол падения, ψh – угол выхода.В частном случае геометрии Лауэ, когда отражающая плоскость перпендикулярнавходной грани кристаллического образца (т.е. ϕ = π/2), мы имеем вариант симметричнойгеометрии Лауэ (см.рис.7.1.в).
Если в рамках геометрии Брэгга отражающая плоскость141параллельна входной грани облучаемого образца (т.е. ϕ = 0), то схема регистрацииназывается симметричной геометрией Брэгга (см.рис.7.1.г).Согласно главе 1, большинство источников первичного рентгеновского излученияобладаютнепрерывнымспектром.Длясозданияпучковмонохроматическихрентгеновских лучей применяются различные схемы монохроматоров. На рис.7.2.изображена широко применяемая схема регистрации рассеянного излучения по Брэггу спредварительной монохроматизацией падающих на исследуемый образец рентгеновскихлучей.8111037429516Рис.7.2.
Принципиальная схема двукристального спектрометра по Бреггу-Брентано.1 – источник первичных рентгеновских лучей (рентгеновская трубка), 2 – пучок первичныхрентгеновских лучей, 3 – кристалл-монохроматор, 4 – пучок монохроматических рентгеновскихлучей, падающих на исследуемый образец, 5 – исследуемый образец, 6 – держатель образца (илиподложка), 7 – пучок дифрагированных рентгеновских лучей, 8 – детектор рассеянногорентгеновского излучения, 9, 10, 11 – диафрагмы (коллиматоры) для формирования узких пучков.Первичный пучок, выходящий из рентгеновской трубки, содержит рентгеновские лучис различной длиной волны λ (см.рис.1.2, 1.3 и 1.6).
В схеме на рис.7.2 диафрагмированныйпучок первичных рентгеновских лучей 2 направляется на высокосовершенный кристалл 3,называемый монохроматором. Согласно уравнению Вульфа-Брэгга (4.25), рентгеновскиелучи с разной длиной волны рассеются на различные углы. На рис.7.2 видно, чтодифракциянакристалле-монохроматоревданнойустановкепроисходитвнесимметричной геометрии Брэгга.
Установка коллиматора 10 позволяет вырезать из142множества рассеянных лучей пучок 4 с определенной длиной волны λ и направить его наисследуемый образец 5 в качестве потока падающего излучения. Строго говоря, пучок 4обладаетнекоторымразбросомдлинволн∆λ,которымопределяетстепеньмонохроматизации. Величину ∆λможно уменьшать для приемлемого значения, подборомгеометрических параметров схемы (расстояния между монохроматором и образцом,диаметра отверстия коллиматора 10, и т.д.). Видно, что дифракция на исследуемомкристалле в данном случае происходит в симметричной геометрии Брэгга.
Детектор 8вместе с диафрагмой 11 может перемещаться в пространстве, что позволяетэкспериментально регистрировать угловое распределение интенсивности рентгеновскогоизлучения, рассеянного исследуемым кристаллическим образцом.7.2.
Фотографический метод регистрации рентгеновских лучей.Исторически первым из появившихся методов регистрации рентгеновских лучейявился фотографический. Этот метод основан на химических процессах, протекающих вбромиде серебра AgBr под действием рентгеновских лучей. Рентгеновский фотон,попадая в микрокристалл бромида серебра (в т.н. зерно) инициирует в нем реакциюфотохимического разложения с восстановлением свободного серебра.Для практических целей используют прозрачную эмульсию из желатина (или подобнойсубстанции), в которую внедрено большое количество микрокристаллов бромида серебра.Эмульсия обычно наносится на какую-либо твердую и прозрачную подложку. Припопадании фотона в зерно AgBr в нем образуется «зародыш» восстановленного серебра.После облучения эмульсии рентгеновскими лучами она подвергается двухэтапнойхимической обработке.
Воздействие проявителя приводит к восстановлению серебра вовсем объеме зерна, содержащего «зародыш». Последующая обработка фиксажемпроисходит к растворению и удалению из эмульсии всех зерен, которые не подверглисьдействию рентгеновских фотонов.
После химической обработки в эмульсии при взглядена просвет наблюдаются маленькие черные пятна, образованные микрокристалламисеребра в местах, куда попали рентгеновские лучи. Операция фиксирования необходима,таккаквышеописаннаяфотохимическаяреакцияинициируетсянетолькорентгеновскими, но и оптическими фотонами.Основоположники рентгеноструктурных исследований (Макс Лауэ с сотрудниками,отец и сын Брэгги) использовали фотографический метод регистрации рассеянныхрентгеновских лучей. На рис.
7.3. приведена рентгенограмма, образованная вфотоэмульсии, нанесенной на прозрачную пленку, при рассеянии рентгеновских лучей на143кристалледигидрофосфатакалия.Каждыйпучокдифрагированногоизлучения(соответствующий определенному РДМ) образовал в фотоэмульсии темное пятно.Симметрияраспределенияпятенобусловленасимметриейатомнойструктурыоблучаемого кристаллического образца.Рис.7.3. Рентгенограмма в фотоэмульсии, полученная на кристалле KDP (калия дигидрофосфата)по методу Лауэ. Каждое пятно соответствует определенному рентгеновскому рефлексу.На рис.
7.4. изображена схема одного из первых рентгеновских спектрометров Брэгга.Узкий пучок рентгеновских лучей с длиной волны λ направляется на кристалл, которыйукреплен на поворотном столике. Часть потока падающих рентгеновских лучей проходитсквозь кристалл и оставляет след на фотоэмульсии в точке 7. Кристалл 4 медленноповорачивается, при этом угол скольжения θ постепенно изменяется.Рис. 7.4. Схема рентгеновского спектрометра Брэгга.1 – пучок рентгеновских лучей, выходящий из рентгеновскойтрубки, 2 и 3 – диафрагмы, формирующие узкий пучок лучей,4 – кристалл, 5 – изогнутая фотопленка, 6 – цилиндрическийкожух камеры, 7 и 8 – места попадания прошедших идифрагированных рентгеновских лучей на фотоэмульсиюсоответственно.144Когда кристалл займет положение, при котором выполнятся условия дифракции (18.3),сформируетсядифрагированныйпучокрентгеновскихлучей,попадающийнафотоэмульсию в точку 8.
Непосредственное измерение длины дуги L между точками 7 и 8позволяет вычислить угол рассеяния θ, пользуясь известным радиусом цилиндрическийкамеры R.Интенсивностьрассеянных рентгеновских лучейопределяласьпоплотностизатемнения фотоэмульсии.
Для количественной оценки плотности затемнения былиразработаны специальные приемы. Использовались стандартные наборы, с которымипроводилось либо визуальное сравнение полученных в экспериментах фотопленок илифотопластинок.Такжеприменялисьспециализированныемикрофотометрыилимикроденситометры, позволявшие добиться большей точности определения угловогораспределенияинтенсивностирассеянныхрентгеновскихлучей.Измерениераспределение плотности затемнения фотоэмульсии в пределах отдельного пятнапозволяет рассчитать угловое распределение соответствующего рентгеновского рефлекса.В настоящее время фотографический метод регистрации рентгеновского излучения вструктурных исследованиях вытесняется более точными методами, описанными ниже.Однако до сих пор фотографический метод часто применяется для определенияориентации кристалла, степени его совершенства, приблизительной оценке параметровэлементарной ячейки (в ходе предварительного отбора кристаллов для последующихструктурныхисследований),атакжевнекоторыхзадачахисследованияполикристаллических материалов.7.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
