Дәріс №5. Рентген сәулелерінің физикасы
Рентген сәулелердің табиғаты
мен олардың спектрі. Вульф - Брэгг
формуласы. Кристалдарды рентген
сәулелерімен шашырату. Рентген сәулелері
өзімен электромагниттік толқын ұзындығын
көрсетеді, атомдардың сызықтық
өлшемдерімен салыстырғанда толқын
ұзындықтары
.
Бұл көрінбейтін сәулелер кейбір
кристалдық заттарда флоуресценциялық
қабілетін шақырады (мырышты күкіртті
қоспа, платино – синеродтық барий және
т.б.), фотопластинкаларға әсер ете алады
(көрінетін жарық үшін мөлдір емес
экрандарды жарықтатуға) және газдарды
иондайды. Рентген сәулеленуінің екі
түрі белгілі: тежеуіш және сипаттамалық.
Тежеуіш сәулелену рентген трубкаларында жылдам электрондар анодқа шабуылдап тежеліп тоқтағанда вакуум ішінде пайда болады. Тежеуіш сәулелену қысқа толқынды бөлімдерде өкпек шекараның бар болуы, кинетикалық энергия және тез ұшатын оқталған бөлшектің (электронның) массасы жаппай спектрге ыдырайды.
Сипаттамалық рентген
сәулелері атомдағы электронның ядро
орбитасынан алыс жатқан жерінен жақынырақ
жатқан орбитаға көшу кезінде пайда
болады, егер тереңірек жатқан орбитада
бос орын пайда болса, сипаттамалық
рентген сәулесі газдардағы оптикалық
спектрлерге ұқсас сызықтық спектрлігіне
ие болады. Сызықтық спектральді рентген
жиілігі
мен
(Z) элементтің реттік номерінен сипаттамалық
шашырауды байланыстыратын заң Г.
Мозглимен (1913) жылы ашылған болатын және
ол келесідей түрде түсіндіріледі:
жиілігі
немесе
сипаттамалық сызыққа
сәйкес
келетін квадрат түбірі элементтердің
реттік номерінің сызықтық функциясы
болып табылады.
Рентген сәулелері заттан
өткенде жартылай жұтылады. Кіретін
ағыны
мен интенсивтілік арасындағы қатынас
заттың өтпелі қабаты
келесі
түрде болады
(4)
мұндағы
–
жұтылу коэффициенті;
–
жұтатын қабаттың қалыңдығы.
Әрбір элемент үшін үлгі
құрамына кіретін
өлшем
бірлігі, рентген сәулесінің
жиілігіне
байланысты секіртпелі түрде өзгереді.
Қисықтағы жұтылудың секіртпесі n=1
(К-жұтылу), n=2
(L-жұтылу), n=3
(М-жұтылу) және т.б. резонанстық жұтылуға
сәйкес келеді.
Рентген сәулеленуінің жұтылу коэффициентіне заттың тығыздығы және сәулелену толқын ұзындығының табиғаты маңызды әсерін тигізеді.Рентген сәулелерінің заттан жоғарғы өтімділігі және де рентген сәулелерінің кристалдық торға дифракциясы тәжірибелік түрде оптикалық мөлдір емес заттардың құрылымын олардың бұзылмауынсыз зерттеуіне негіз болады.
Дифракция құбылысының пайда болуы үшін, көршілес жазықтықтар арасындағы ара қашықтық кристалда сәуле пайда болуы, түскен сәуле толқын ұзындығының жартысынан кем болмауы қажет. Рентген сәулелердің дифракциясы газдарда, сұйықтықтарда және аморфты заттарда, әсіресе кристалдарда айқын байқалады. Рентген сәулелердің дифракциясындағы кристалдар негізінде, кейінірек рентген құрылымдық және рентгенофазалық талдау әдістері өңделген. Рентген сәулелерінің дифракция мәні - екінші қайтара толқындардың толқын жиіліктерінің өзгеруінсіз зерттеліп жатқан атомның электрондық қабықшасындағы құраушылар, яғни электрондармен шашыратылған амплитудаларының қосуында жатыр. Рентген сәулелерінің рұқсат етілген шашырау (дифрагиралық) бағыттарының кеңістік шашырауының саны мен сипаттамасы Ю. Вульф пен У. Брег (1913) келесідей қатынастағы заңымен анықталады
(5)
мұндағы d – кристалдағы шағылатын көршілес жазықтықтың арасындағы ара қашықтық;
–
кристалға түсетін жарықтың
шағылу бетінің бағытымен пайда болатын
сырғанау бұрышы;
п – берілген
және
-да
дифракциялық максимум бақыланатын,
реттік шағылу;
λ – рентгендік сәулеленудің толқындық ұзындығы.
Егер зерттелетін кристалл,
монохроматты
рентгендік
жарық жолында орналасқан болса, оны
жарықтың перпендикуляр осі бойынша
айналдырып және осылайша, шағылатын
жағдайға рет-ретімен кристалдың жазықтық
жүйесін қойсақ, онда, шашыраудың толық
суреті бақылады. Рентгендік сәулеленудің
үздіксіз спектрінің көзін қолдана
отырып, дифракциялық суретті үлгі
айналуынсыз да алуға болады. Бұл жағдайда
барлығына кристалл жазықтығының жүйесі
үздіксіз спектрде міндетті түрде, Вульф
– Брегтің заңын қанағаттандыратын λ
толқын ұзындығы табылады.
Ұсынылған әдебиеттер: Нег. 8 [13-28].
Бақылау сұрақтары
1. Пәннің мәні мен мақсаты.
2. Конструкторларды қалай әзірлейді?
3. Құрастыру әлiппесі не үшін керек?
4. Техниканың негiзгi тiлi дегеніміз не?
5 Бас конструктордың міндеттері.