Дифракция рентгеновских лучей

Рассмотренная нами дифракционная решетка представляет собой периодическую структуру. Если на пластинку нанести две взаимно перпендикулярных системы штрихов, то получится двумерная периодическая структура, на которой также можно наблюдать дифракционную картину. Дифракцию можно наблюдать и на трехмерных периодических структурах, т.е. пространственных образованиях, обнаруживающих периодичность по трем не лежащим в одной плоскости направлениям. Подобными структурами являются все кристаллические тела. Но период их структуры слишком мал, для того чтобы можно было наблюдать дифракционную картину в видимом свете. Однако для рентгеновских лучей длина волны оказывается порядка расстояния между атомами, и можно наблюдать дифракционную картину при отражении рентгеновских лучей от кристалла.

Рисунок 4.

Представим себе кристаллическую решетку. Проведем через узлы кристаллической решетки параллельные равностоящие друг от друга плоскости, которые будем называть атомными слоями. Две системы атомных слоев (сплошные и пунктирные линии показаны на рисунке 4) Суммарное действие атомов, лежащих в одном слое, можно представить в виде плоской волны, отразившееся от усеянной атомами поверхности по обычным законам отражения. Плоские вторичные волны, отразившееся от разных атомных слоев, являются когерентными и будут интерферировать. При этом, как в случае решетки, вторичные волны будут практически погашать друг друга во всех направлениях, кроме тех, для которых разность хода для волн, отразившихся от соседних атомных слоев, является кратной длине волны используемого излучения λ.

Как следует из рисунка 4, разность хода таких двух волн равна , где d – расстояние между рассматриваемыми атомными слоями, угол - угол скольжения. Направление, в котором получаются дифракционные максимумы, определяется условием

(19)

Это соотношение называется формулой Вульфа-Брэгга.

Атомные слои в кристалле можно провести бесконечным числом способов. Каждая система слоев может дать дифракционный максимум, если для нее выполняется условие Вульфа-Брэгга. Однако заметную интенсивность имеют лишь те максимумы, которые получаются от слоев, достаточно густо усеянных атомами.

Дифракция рентгеновских лучей находит два основных применения:

· исследование спектрального состава рентгеновского излучения – рентгеновская спектороскопия;

· изучение структуры кристаллов - рентгеноструктурный анализ.

В методе структурного анализа ЛАУЭ используется пучок рентгеновского излучения, со сплошным спектром. Для каждой системы слоев, достаточно густо усеянной атомами, находится в излучении длина волны, для которой выполняется условие Вульфа-Брэгга. На поставленной за кристаллом фотопластинке образуется система черных пятнышек, симметрия которой отражает симметрию кристалла. По расстояниям между пятнышками и их интенсивности можно определить размещение атомов в кристалле и расстояния между ними.

В методе Дебера-Шерера используется монохроматическое излучение и поликристаллические образцы. Среди беспорядочно ориентированных кристаллов найдутся такие, для которых выполняется условие Вульфа-Брэгга, причем ориентированны они будут произвольным образом. На фотопленке получается система симметрично расположенных линий. Каждая пара линий соответствует одному из дифракционных максимумов.

Поляризация света