Naon mangrupa difraksi sinar-X?

Artikel ieu ngajelaskeun hal kayaning difraksi sinar-X. Ieu ngécéskeun dasar fisik fenomena ieu sareng aplikasi na.

ngembangkeun teknologi bahan anyar

Inovasi, nanotéhnologi - a trend ti dunya modéren. News pinuh ku laporan ngeunaan bahan anyar revolusioner. Tapi sababaraha urang sadar naon a élmuwan aparat panalungtikan badag kudu nyieun sahanteuna hiji pamutahiran leutik dina téknologi aya. Salah sahiji fenomena fundamental anu ngabantu jelema di dinya, - difraksi sinar-X.

radiasi éléktromagnétik

Pikeun ngawitan, nya kudu ngijinkeun eta radiasi éléktromagnétik misalna. Sagala awakna muatan pindah nyiptakeun sabudeureun sorangan hiji médan éléktromagnétik. Widang ieu pervade sadayana sabudeureun, komo vacuum of spasi jero teu leupas tina éta. Mun di sawah sapertos ieu, gangguan periodik nu sanggup megat di rohangan, sabab nu disebut radiasi éléktromagnétik. Dipaké pikeun ngajelaskeun konsep kayaning panjang gelombang, frékuénsi jeung énergi na. Naon énergi intuisi jelas, sarta panjang gelombang anu - jarak antara fase idéntik (e.g., antara dua puncak padeukeut). Nu leuwih luhur panjang gelombang (jeung ku kituna frekuensi), nu kurang tanaga. Ngelingan, konsep ieu kudu ngajelaskeun naon nu X-ray difraksi sakeudeung sarta jelas.

spéktrum éléktromagnétik

Sadaya rupa sinar éléktromagnétik fits dina skala husus. Gumantung kana panjang gelombang éta, ngabedakeun (tina pangpanjangna nepi shortest):

• gelombang radio;
• Gelombang terahertz;
• Gelombang infra red;
• gelombang ditingali;
• gelombang ultraviolet;
• X-ray panjang gelombang;
• Radiasi gamma.

Ku kituna, urang museurkeun radiasi ngabogaan panjang gelombang pisan leutik jeung énergi pangluhurna (sahingga kadang sok disebut teuas). Mangkana, kami datang ka pedaran naon nu difraksi sinar-X.

Asal tina X-ray

Nu leuwih luhur énergi radiasi, nu harder éta pikeun meunangkeun eta artifisial. Nyebarkeun seuneu, jalma nu narima loba radiasi infra red, sabab éta Mindahkeun panas. Tapi nu aya difraksi sinar-X on struktur spasial, perlu loba karya teuas. Ku kituna, jenis ieu radiasi éléktromagnétik dileupaskeun, lamun sambel kaluar hiji éléktron ti cangkang tina hiji atom, nu deukeut ka inti. Éléktron ayana di luhur, neangan ngeusian liang, transisi maranéhanana sarta nyadiakeun X-ray foton. Ogé dina ngerem beurat partikel boga muatan gaduh beurat (e.g., éléktron) nu dihasilkeun ku sinar énergi tinggi ieu. Ku kituna, difraksi sinar-X dina kisi kristal anu dipirig ku pengeluaran tina jumlah cukup badag énergi.

Dina skala industri, radiasi ieu nyaéta kieu:

1. katoda emits éléktron kalawan énergi tinggi.
2. Éléktronik nyanghareup bahan anoda.
3. Éléktron nyirorot slows turun (eta emits-sinar x).
4. Bisi sejen, éléktron knocks retarding partikel ku orbit low atom tina bahan anoda, nu ogé ngahasilkeun sinar-X.

Éta ogé perlu ngarti yen, kawas sagala radiasi éléktromagnétik lianna di X-ray boga rentang sorangan. Éta mana radiasi ieu dipaké cukup lega. Sarerea weruh yén hiji tulang rusak atawa pembentukan dina bayah geus pilari kalayan bantuan sinar-X.

struktur kristal

Kiwari kami geus datangna nutup naon mangrupakeun metoda difraksi sinar-X. Jang ngalampahkeun ieu, ngajelaskeun struktur padet. Dina sains, awak solid disebut zat dina kaayaan kristainna tangtu. Kai, liat atawa kaca padet, tapi aranjeunna kakurangan hal utama: struktur periodik. Tapi kristal boga sipat endah ieu. Ngaran pisan tina fenomena ieu ngandung panggih na. Kahiji maneh kudu ngarti yén dina atom kristal anu dibereskeun pageuh. Kontak antara aranjeunna boga gelar tangtu élastisitas, tapi aranjeunna kuat teuing, jadi yén atom bisa mindahkeun dina kisi teh. episode sapertos nu mungkin, tapi mawa dampak éksternal pohara kuat. Contona, upami nu kristal logam ngabengkokkeun, kabentuk dina defects point of tipena béda: di sababaraha tempat atom daun korsi-Na, posisi ngabentuk, dina sejenna - hal anu dipindahkeun dina posisi salah, ngabentuk bubuka cacad. Dina kristal melu leungiteun struktur kristal langsing anak, eta pisan cacad, leupas. Ku alatan éta, klip, nu sakali unbent, eta leuwih hade teu make, jadi logam leungit sipat maranéhanana.

Mun atom nu rigidly dibereskeun, maranéhna teu bisa diposisikan relatif ka silih di acak sakumaha dina cair. Éta kudu ngatur dirina sangkan jadi pikeun ngaleutikan énergi interaksi maranéhanana. Ku kituna, susunan atom-atomna di kisi a. Dina masing-masing tina arrays nampilkeun a set minimum atom disusun dina cara husus dina rohangan, - sél Unit hablur. Mun sakabéh éta siaran, maksudna, mun ngagabungkeun tepi saling ku cara ngagerakkeun sagala arah, urang meunang sakabeh kristal. Sanajan kitu, eta sia remembering yén ieu téh - modél. Sagala kristal nyata boga defects, sarta tarjamah lengkep akurat ampir teu mungkin pikeun ngahontal. elemen memori silikon modern anu deukeut ka kristal idéal. Sanajan kitu, produksi maranéhanana merlukeun jumlah pisan tanaga jeung sumber séjén. Di laboratorium, ilmuwan anu strukturna committed sahiji tipena béda, tapi sakumaha aturan, biaya nyieun aranjeunna teuing hébat. Tapi hayu urang nganggap yen sakabeh kristal anu idéal: sagala arah atom anu sarua bakal ayana di jarak anu sarua ti unggal lianna. Struktur saperti disebut kisi a.

Panalungtikan ngeunaan struktur kristal

Éta alatan kanyataan ieu tiasa difraksi sinar-X on kristal. Struktur périodik tina kristal nyiptakeun di aranjeunna sababaraha pesawat nu leuwih atom ti di arah séjén. Kadang-kadang ieu nu dibikeun pesawat kisi simétri, kadang - susunan silih tina atom. Unggal pesawat anu ditugaskeun designation na. Jarak antara planes pisan leutik: tina urutan tina sababaraha angstroms (ngelingan angstroms - nyaeta 10 ^-10 m atawa 0,1 nanometer).

Sanajan kitu, éta planes dina hiji arah dina sagala kristal nyata, malah loba pisan leutik. difraksi sinar-X salaku métode anu migunakeun kanyataan ieu: kabéh gelombang anu robah arah tina planes dina hiji arah, nu dijumlahkeun up, mere sinyal kaluaran cukup jelas. Jadi élmuwan bisa angka kaluar wewengkon naon ayana dina kristal nu planes ieu, sarta anu judged kana struktur internal tina struktur kristal. Sanajan kitu, ngan data teu cukup. Sajaba sudut inclination, peryogi kauninga jarak antara planes. Tanpa eta, anjeun bisa meunangkeun rébuan model béda struktur, tapi teu apal kana jawaban nu pasti. Tentang kumaha carana élmuwan ngalenyepan jarak antara planes bakal dibahas dihandap.

fenomena difraksi

Urang geus dibere dadasar fisik difraksi naon X-ray dina kisi spasial kristal. Najan kitu, kami geus henteu acan dipedar hakekat fenomena difraksi. Ku kituna, difraksi - a bending gelombang (kaasup éléktromagnétik) halangan. fenomena kieu sigana aya palanggaran hukum optik linier, tapi teu. Hal ieu raket dihubungkeun jeung gangguan jeung pasipatan gelombang, kayaning foton. Mun jalur lampu sia halangan, kusabab difraksi sahiji foton bisa "tingali" sabudeureun juru. Sabaraha jauh nyimpang tina arah lampu rambatan lempeng gumantung kana ukuran tina obstructions. Leuwih leutik halangan, nu leutik kudu panjang gelombang elektromagnetik. Éta pisan sababna naha di difraksi sinar-X on kristal tunggal ku ngagunakeun panjang gelombang pondok sapertos: Jarak antara planes pisan leutik, foton optik anu saukur moal "meunang liwat" antara aranjeunna, sarta ngan reflected tina beungeut cai.

Pamanggih kitu bener, tapi dianggap teuing sempit di sains modern. Pikeun manjangkeun harti na, kitu ogé pangaweruh umum gelombang métode hadir manifestasi difraksi.

1. Parobahan struktur gelombang spasial. Contona, sudut perluasan gelombang sumebarna beam atawa simpangan tina jumlah gelombang gelombang sababaraha arah pikaresep. Éta mun kelas ieu fenomena patali bending gelombang tina halangan.
2. gelombang perluasan dina spéktrum.
3. Ngarobah polarisasi gelombang.
4. Konversi struktur fase gelombang.

Fenomena difraksi bareng jeung gangguan jawab kanyataan yen arah pancaran cahaya dina gap sempit balik deui urang tingali hiji acan, tapi sababaraha highs lampu. The leuwih tebih mangpaat pangseueurna ti tengah jurang, nu leuwih luhur ordo. Ogé, nalika kalangkang percobaan nyusun bener tina jarum jahit konvensional (alami ipis) dibagi kana sababaraha pita, wherein jarum persis katalungtik lampu maksimum, moal minimum.

rumus Bragg

Kami geus geus disebutkeun yén sinyal final ieu ditambahkeun ti foton x-ray nu reflected ti planes jeung lamping nu sami dina kristal nu. Tapi struktur persis diitung ngamungkinkeun ratio penting séjén. Tanpa eta bakal aya gunana difraksi sinar-X. Rumus Bragg Sigana mah ieu: 2dsinƟ = nλ. Di dieu, d - jarak antara planes kalawan sudut sarua inclination, θ - sudut dieunakeun (sudut Bragg), atawa sudut incidence mun pesawat, n - Urutan sahiji puncak difraksi, λ - panjang gelombang. Kusabab eta katelah persis kumaha spéktrum sinar-X dipaké keur akuisisi data jeung sudut dina nu lampu ragrag téh, rumus ieu ngidinan Anjeun pikeun ngitung nilai d. Rada luhur kami ngomong yén tanpa émbaran ieu akurat ménta struktur matéri anu mustahil.

pamakéan modérn difraksi sinar-X

patarosan timbul: di kumaha kasus peryogi analisa ieu, para élmuwan geus teu bener geus digali sadaya struktur dunya, jeung sugan prinsip dina produksi zat anyar teu ngalibetkeun jalma, jenis hasil aranjeunna bakal? Opat réspon.

1. Sumuhun, urang terang planet urang cukup alus. Tapi unggal taun aya mineral anyar. Kadang-kadang maranehna malah nyarankeun struktur iyeu moal jalan mun tanpa sinar-X.
2. Loba élmuwan nyobian pikeun ngaronjatkeun sipat bahan aya. zat ieu anu subjected kana tipena béda perlakuan (tekanan, hawa, lasers sarta kawas. D.). Kadang-kadang dina struktur maranéhna pikeun nambahkeun atawa nyabut elemen ti eta. Ngartos naon restructuring internal dina waktos anu sareng lumangsung, bakal difraksi sinar-X on kristal.
3. Kanggo sababaraha aplikasi (e.g., media laser aktip, kartu mémori, elemen optik sahiji sistem observasi) kristal kudu akurat akur. Kituna, struktur maranéhanana dites make metoda ieu.
4. difraksi sinar-X - ieu téh hiji-hijina jalan pikeun manggihan sabaraha na naon anu lumangsung dina fase sintésis dina sistim multicomponent. Conto sistim misalna bisa ngawula ka salaku unsur anu téhnologi keramik modern. Ayana fase pikaresepeun bisa entail konsékuansi serius.

kagiatan spasi

Loba jalma geus ditanya: "Kunaon urang boga observatorium badag ngorbit Bumi, naha urang kudu Rover teh, upami manusa masih teu ngajawab masalah kamiskinan sarta perang?"

Sadaya jelema bisa manggihan alesan maranéhna "kanggo" jeung "ngalawan", tapi nyaeta atra yen umat manusa kedah janten impian.

Kituna, nempo béntang, urang tiasa ayeuna sebutkeun kalawan kapastian yen urang terang ngeunaan éta beuki loba unggal poe.

Sinar-X tina prosés kajadian dina spasi, teu ngahontal beungeut planét urang, aranjeunna anu diserep ku atmosfir. Tapi ieu bagian tina spéktrum éléktromagnétik ngabogaan loba data dina fenomena tinggi-énergi. Ku alatan éta, parabot, diajar x-ray, kudu nempatkeun saluareun orbit Bumi. Stasiun aya ayeuna diajar item di handap:

• sésa ngabeledugna supernova;
• puseur galaksi;
• béntang neutron;
• liang hideung;
• tumbukan objék masif (galaksi, grup galaksi).

Ahéng, pikeun rupa-rupa proyék ngakses stasiun ieu geus sadia pikeun siswa jeung malah schoolchildren. Aranjeunna diajar datang ti spasi jero x-ray balok: difraksi, gangguan, spéktrum jadi subyek dipikaresep maranéhanana. Jeung sababaraha pamaké pisan ngora observatorium dumasar-spasi nyieun penemuan. The maca meticulous mungkin, tangtosna, ngajawab yén maranéhna kudu hal ngan geus waktos gambar dina resolusi luhur mertimbangkeun sarta perhatikeun rinci halus. Na tangtu, pentingna kapanggihna, sakumaha aturan, ngan ngarti astronom serius. Tapi kasus kawas nu mereun jalma ngora pikeun mastikeun yén bakti kahirupan maranéhanana pikeun éksplorasi spasi. Sarta hasil ahir ieu patut nuturkeun.

Ku kituna, pikeun ngahontal Vilgelma Konrada Röntgen kapanggih aksés ka pangaweruh jeung kasempetan pikeun nalukkeun planét séjén stellar.