Apakah yang dimaksudkan dengan pembelauan X-ray?

Artikel ini menerangkan perkara seperti X-ray pembelauan. Ia menerangkan asas fizikal fenomena ini dan permohonannya.

pembangunan teknologi bahan-bahan baru

Inovasi, teknologi nano - satu trend dunia moden. Berita penuh laporan mengenai bahan-bahan baru yang revolusioner. Tetapi tidak ramai yang sedar apa yang besar saintis perkakas penyelidikan perlu mencipta sekurang-kurangnya peningkatan yang kecil dalam teknologi yang sedia ada. Salah satu fenomena asas yang membantu orang ramai di dalamnya, - X-ray pembelauan.

sinaran elektromagnet

Untuk memulakan, ia perlu dijelaskan bahawa elektromagnet radiasi. Mana-mana badan bercas yang bergerak mewujudkan mengelilingi dirinya medan elektromagnet. Bidang ini meresapi di sekeliling, walaupun kekosongan dalam ruang yang tidak bebas daripada mereka. Jika dalam bidang seperti itu, gangguan berkala yang mampu menyebarkan di angkasa, mereka dipanggil sinaran elektromagnet. Digunakan untuk menggambarkan konsep seperti panjang gelombang, frekuensi dan kedudukan tenaga. Apa tenaga intuitif jelas, dan panjang gelombang - jarak antara fasa yang sama (mis antara dua puncak bersebelahan). Panjang gelombang yang lebih tinggi (dan dengan itu kekerapan), tenaga yang kurang. Ingat, konsep-konsep ini perlu untuk menggambarkan apa yang pembelauan sinar-X secara ringkas dan jelas.

spektrum elektromagnet

Semua pelbagai elektromagnet sinaran sawan pada khas besaran. Bergantung kepada panjang gelombang, membezakan (dari yang paling lama kepada paling pendek):

• gelombang radio;
• gelombang terahertz;
• gelombang inframerah;
• panjang gelombang yang boleh dilihat;
• panjang gelombang ultraungu;
• X-ray panjang gelombang;
• radiasi gamma.

Oleh itu, kami berminat untuk radiasi mempunyai panjang gelombang yang sangat kecil dan tenaga tertinggi (supaya ia kadang-kadang dipanggil keras). Oleh itu, kami datang dengan perihalan apa X-ray pembelauan.

Asal-usul-ray X

lebih tinggi tenaga radiasi, semakin sukar ia adalah untuk mendapatkan ia secara buatan. Menyebarkan api, orang yang menerima banyak sinaran inframerah, kerana ia adalah ia memindahkan haba. Tetapi ada juga yang pembelauan sinar-X pada struktur ruang, ia adalah perlu banyak kerja keras. Jadi, ini jenis sinaran elektromagnet dilepaskan, jika mengetuk elektron dari shell atom, yang dekat kepada teras. Elektron yang terletak di atas, berusaha untuk mengisi lubang, peralihan mereka dan menyediakan foton X-ray. Juga di bawah brek berat zarah yang mempunyai berat badan (contohnya, elektron) yang dihasilkan oleh sinar tenaga yang tinggi. Oleh itu, X-ray pembelauan pada kristal kekisi disertai dengan perbelanjaan yang cukup besar jumlah tenaga.

Dalam skala industri, radiasi ini adalah seperti berikut:

1. katod mengeluarkan elektron dengan tenaga yang tinggi.
2. Elektronik menghadapi bahan anod.
3. Elektron secara mendadak melambatkan (ia mengeluarkan x-ray).
4. Dalam kes lain, elektron mengetuk membantutkan zarah dengan orbit yang rendah daripada atom bahan anod, yang juga menjana X-ray.

Ia juga perlu untuk memahami bahawa, seperti mana-mana lain elektromagnet radiasi dalam X-ray telah sendiri pelbagai. Ia pergi radiasi ini digunakan cukup meluas. Semua orang tahu bahawa tulang pecah atau pembentukan dalam paru-paru adalah mencari dengan bantuan X-ray.

struktur kristal

Sekarang kita telah datang dekat dengan apa yang kaedah pembelauan sinar-X. Untuk melakukan ini, menerangkan struktur pepejal. Dalam bidang sains, badan yang kukuh ini dipanggil bahan dalam keadaan kristal. Kayu, tanah liat atau kaca pepejal, tetapi mereka tidak mempunyai perkara utama: struktur berkala. Tetapi kristal mempunyai sifat yang hebat ini. Yang nama fenomena ini mengandungi asasnya. Pertama anda perlu memahami bahawa dalam atom kristal adalah tetap tegas. Hubungan antara mereka mempunyai ijazah tertentu keanjalan, tetapi mereka terlalu kuat, supaya atom boleh bergerak dalam kekisi. episod itu adalah mungkin, tetapi dengan kesan luaran yang sangat kuat. Sebagai contoh, jika kristal logam bengkok, terbentuk dalam kecacatan titik jenis yang berbeza: di beberapa tempat atom meninggalkan tempat duduknya, kedudukan membentuk, dalam lain - ia dipindahkan dalam kedudukan yang salah, membentuk pengenalan kecacatan. Dalam kristal kali ganda kehilangan struktur kristal nipis, sangat rosak, longgar. Oleh itu, klip, yang sekali unbent, adalah lebih baik untuk tidak menggunakan, sebagai logam yang hilang sifat-sifat mereka.

Jika atom tegar tetap, mereka tidak boleh diletakkan relatif kepada satu sama lain secara rawak seperti dalam cecair. Mereka mesti mengatur diri mereka supaya dapat mengurangkan tenaga interaksi mereka. Oleh itu, atom disusun dalam kekisi. Dalam setiap satu daripada tatasusunan hadir sekurang set atom disusun dalam khas cara dalam ruang, - satu unit sel kristal. Jika semua itu penyiaran, iaitu, untuk menggabungkan kelebihan satu sama lain dengan bergerak dalam apa-apa arahan, kami get seluruh kristal. Walau bagaimanapun, ia adalah bernilai mengingati bahawa ini adalah - model. Apa-apa sebenar Crystal mempunyai kecacatan, dan benar-benar tepat terjemahan adalah hampir mustahil untuk dicapai. unsur-unsur memori silikon moden yang dekat dengan kristal ideal. Walau bagaimanapun, mereka memerlukan pengeluaran besar jumlah tenaga dan lain-lain sumber. Dalam makmal, saintis struktur komited jenis yang berbeza, tetapi sebagai peraturan, kos mewujudkan mereka adalah terlalu besar. Tetapi mari kita andaikan bahawa semua kristal yang ideal: mana-mana arah atom sama akan terletak pada jarak yang sama antara satu sama lain. Struktur seperti ini dipanggil kekisi.

Penyiasatan struktur kristal

Ia adalah disebabkan oleh hakikat ini boleh menjadi X-ray pembelauan pada kristal. Berkala struktur kristal memperdayakan mereka sebahagian daripada kapal terbang di mana bilangan atom berbanding di lain arah. Kadang-kadang ini diberikan simetri pesawat kekisi, kadang-kadang - perkiraan bersama atom. Setiap pesawat diberikan jawatan itu. Jarak antara pesawat adalah sangat kecil: perintah beberapa angstroms (angstroms ingat - adalah 10 ^-10 m atau 0.1 nanometer).

Walau bagaimanapun, pesawat dalam satu arah dalam mana-mana kristal sebenar, walaupun banyak sangat kecil. X-ray pembelauan sebagai kaedah menggunakan fakta ini: semua gelombang yang mengubah arah pesawat dalam satu arah, sedang merumuskan, memberi isyarat output yang cukup jelas. Jadi saintis boleh memikirkan apa yang kawasan ini terletak dalam kristal pesawat ini, dan dihakimi pada struktur dalaman struktur kristal. Walau bagaimanapun, hanya data yang tidak mencukupi. Selain sudut kecondongan, perlu tahu jarak antara pesawat. Tanpa itu, anda boleh mendapatkan beribu-ribu model yang berbeza daripada struktur, tetapi tidak tahu jawapan yang tepat. Mengenai bagaimana saintis belajar tentang jarak antara pesawat akan dibincangkan di bawah.

fenomena pembelauan

Kita telah diberikan secara fizikal apa-ray X pembelauan pada kekisi ruang kristal. Walau bagaimanapun, kita masih belum menjelaskan intipati fenomena pembelauan. Oleh itu, pembelauan - lenturan gelombang (termasuk elektromagnet) halangan. Fenomena ini seolah-olah menjadi melanggar undang-undang optik linear, tetapi ia tidak. Ia rapat berhubung dengan gangguan dan gelombang hartanah, seperti foton. Jika laluan cahaya adalah bernilai halangan, kerana pembelauan foton boleh "melihat" di sudut. Sejauh mana menyimpang dari arah lurus perambatan cahaya bergantung kepada saiz halangan. Yang lebih kecil halangan, yang lebih kecil harus panjang gelombang elektromagnet. Itulah sebabnya pembelauan X-ray pada kristal tunggal dengan menggunakan panjang gelombang yang pendek seperti: jarak antara satah adalah sangat kecil, foton optik adalah semata-mata tidak "mendapatkan melalui" di antara mereka, dan hanya dilihat dari permukaan.

Seperti idea yang benar, tetapi ia dianggap terlalu sempit dalam bidang sains moden. Untuk memanjangkan definisinya, serta pengetahuan am gelombang kaedah masa kini manifestasi pembelauan.

1. Perubahan dalam struktur gelombang spatial. Sebagai contoh, sudut gelombang pengembangan rasuk penyebaran atau penyelewengan gelombang beberapa gelombang dalam beberapa pilihan arah. Ia adalah untuk kelas ini fenomena yang berkaitan lenturan gelombang halangan.
2. Penguraian gelombang dalam spektrum.
3. Menukar polarisasi gelombang.
4. Penukaran struktur fasa gelombang.

Fenomena pembelauan, bersama-sama dengan gangguan yang bertanggungjawab untuk fakta bahawa arah pancaran cahaya di jurang yang sempit di belakangnya kita lihat bukan satu, tetapi beberapa paras tertinggi cahaya. Semakin jauh yang terbaik daripada pertengahan jurang, semakin tinggi perintah itu. Di samping itu, dengan formulasi yang betul eksperimen bayangan jarum jahit biasa (secara semula jadi nipis) dibahagikan kepada beberapa kumpulan, dengan tepat jarum terdapat maksimum cahaya, daripada minimum.

formula Bragg

Kita telah menyebut bahawa isyarat akhir ditambah dari semua foton x-ray yang dapat dilihat dari pesawat dengan cerun yang sama dalam kristal. Tetapi struktur tepat dikira membolehkan lain nisbah penting. Tanpa ia akan menjadi sia-sia pembelauan sinar-X. Bragg formula kelihatan seperti ini: 2dsinƟ = nλ. Di mana d - jarak antara pesawat sudut yang sama, θ - sudut slip (sudut Bragg), atau sudut tuju pada pesawat, n - perintah pembelauan puncak, λ - gelombang. Kerana ia diketahui dengan tepat bagaimana spektrum X-ray digunakan untuk perolehan data dan sudut di mana cahaya jatuh adalah, formula ini membolehkan anda untuk mengira nilai d. Sedikit daripada kita berkata tanpa maklumat ini mendapatkan tepat dengan struktur berbentuk fizikal adalah mustahil.

penggunaan moden pembelauan sinar-X

Persoalannya timbul: apa kes memerlukan analisis ini, para saintis telah tidak benar-benar telah diterokai semua struktur dunia, dan mungkin terutamanya dalam pengeluaran bahan-bahan baru tidak melibatkan orang, apa jenis keputusan yang mereka akan? Empat maklum balas.

1. Ya, kita tahu planet kita adalah cukup baik. Tetapi setiap tahun terdapat mineral baru. Kadang-kadang mereka juga mencadangkan struktur tidak akan berfungsi tanpa X-ray.
2. Ramai saintis cuba untuk memperbaiki sifat-sifat bahan yang sedia ada. bahan-bahan ini adalah tertakluk kepada jenis rawatan (tekanan, suhu, laser dan sebagainya. D.). Kadang-kadang dalam struktur mereka untuk menambah atau membuang unsur-unsur daripadanya. Memahami apa penyusunan semula dalaman pada masa yang sama telah berlaku, akan pembelauan sinar-X pada kristal.
3. Bagi sesetengah aplikasi (contohnya, untuk laser media aktif, kad memori, unsur-unsur optik sistem pemerhatian) kristal mesti mematuhi dengan tepat. Oleh itu, struktur mereka diuji menggunakan kaedah ini.
4. X-ray pembelauan - ini adalah satu-satunya cara untuk mengetahui berapa banyak dan apa yang berlaku dalam fasa sintesis dalam sistem berbilang. Contoh sistem itu boleh menjadi elemen teknologi seramik moden. Kehadiran fasa yang tidak diingini boleh melibatkan akibat yang serius.

aktiviti angkasa

Ramai orang telah bertanya: "Untuk apa kita mempunyai balai cerap besar mengorbit Bumi, mengapa kita perlu rover, jika manusia masih tidak menyelesaikan masalah kemiskinan dan peperangan?"

Semua orang boleh mencari mereka hujah "untuk" dan "melawan", tetapi ia adalah jelas bahawa manusia perlu menjadi impian.

Oleh itu, melihat bintang, kita boleh katakan sekarang dengan pasti yang kita tahu tentang mereka lebih dan lebih setiap hari.

X-ray proses yang berlaku di angkasa, tidak sampai ke permukaan planet kita, mereka diserap oleh atmosfera. Tetapi ini sebahagian daripada spektrum elektromagnet mempunyai banyak data mengenai fenomena-tenaga yang tinggi. Oleh itu, alat-alat, belajar x-ray, harus diletakkan di luar orbit Bumi. Stesen yang sedia ada sedang mengkaji perkara-perkara berikut:

• sisa-sisa letupan supernova;
• pusat-pusat galaksi;
• bintang neutron;
• lubang hitam;
• perlanggaran objek besar (galaksi, kumpulan galaksi).

Yang menghairankan, untuk pelbagai projek akses kepada stesen-stesen ini disediakan untuk pelajar dan juga pelajar sekolah. Mereka kajian yang datang dari ruang dalam rasuk x-ray: pembelauan, gangguan, spektrum menjadi subjek minat mereka. Dan beberapa pengguna yang sangat muda balai cerap berasaskan ruang membuat penemuan. Pembaca yang teliti boleh, sudah tentu, berhujah bahawa mereka mempunyai sesuatu yang hanya telah imej masa dalam resolusi tinggi untuk mempertimbangkan dan melihat butiran halus. Dan sudah tentu, kepentingan penemuan, sebagai peraturan, hanya memahami serius ahli astronomi. Tetapi kes-kes tersebut adalah inspirasi golongan muda untuk memastikan menumpukan kehidupan mereka untuk penerokaan angkasa lepas. Dan matlamat ini adalah bernilai untuk diikuti.

Jadi, untuk mencapai Vilgelma Konrada Röntgen ditemui akses kepada cemerlang pengetahuan dan peluang untuk menakluk lain planet.