Дифракція Рентгенівські промені.
План
1. Дифракція світла.
2. Дифракційна решитка.
3. Дифракція рентгенівських променів.
4. Поняття про голографію.
1. Дифракція світла – оптичне явище, пов’язане із зміною напряму поширення світлових хвиль (порівняно з напрямом, передбаченим геометричною оптикою) та з просторовим перерозподілом їх інтенсивності під впливом перешкод і неоднорідностей середовища на їхньому шляху. Під дифракцією розуміють будь-яке відхилення від прямолінійного поширення світла, якщо воно не
Геометричним способом можна визначити фронт хвилі в наступний момент часу, якщо відомий фронт хвилі в даний момент.
2. РАКЦІЙНА РЕШІТКА
Систему близьких паралельних щілин називають дифракційною решіткою. Найчастіше для її виготовлення беруть відполіровану скляну пластинку і на її поверхні наносять за допомогою ділильної машини ряд паралельних рівновіддалених штрихів. Так на 1 mm наносять від 100 до 1700 штрихів
Рис.1 Рис.2
(в решітках Роуланда). Штрихи на склі дуже розсіюють світло і виконують роль непрозорих проміжків, між ними залишаються прозорі смужки скла, що відіграють роль щілин. Нехай нормально до дифракційної решітки падає паралельний лучок світлових променів монохроматичного світла (рис. 2). Як відомо, від кожної щілини світло дифрагує. Крім того, завдяки збиральній лінзі L, паралельні пучки світла від усіх щілин і в різних напрямах збиратимуться лінзою в фокальній площині і інтерферуватимуть, утворюючи головні дифракційні максимуми і мінімуми. Знайдемо положення їх.
Неважко помітити, що всі світлові промені, які виходять у напрямі нормалі до решітки, збиратимуться в центрі O фокальної площини лінзи і утворюватимуть центральний, або нульовий дифракційний максимум.
Розглянемо промені, що утворюють кут φ з нормаллю до решітки. Різниця ходів хвиль, що відповідають променям І і І' від двох сусідніх щілин,
Δd = dsin φ = (а + b) sinφ, (I)
Де а — ширина щілин, b — ширина непрозорого проміжку між щілинами; величину (а + b) — d називають періодом, або сталою дифракційної решітки. Така сама різниця ходів зберігатиметься для будь-яких двох відповідних хвиль від двох сусідніх щілин дифракційної решітки.
Оскільки всі хвилі, що йдуть від системи щілин у напрямі φ, мають однакову амплітуду і сталу різницю ходу Δd = (а + b)sinφ, то, збираючись у фокальній площині лінзи, вони будуть інтерферувати. Внаслідок інтерференції матимемо ряд головних дифракційних максимумів; вони виникатимуть при різниці ходів
(а + b)sinφ=kλ (2)
Або ж при значеннях кутівφ, що задовольняють умову sinφ 
(3) де k = O, 1, 2, 3, …
Між головними максимумами у фокальній площині лінзи також розміщуватимуться дифракційні максимуми від кожної щілини окремо, які визначають з умови а sinφ=(2k+1)
(4)
Де a — ширина щілини, але їхня інтенсивність значно менша за інтенсивність головних максимумів
З умови (3) випливає, що дифракційні максимуми для хвиль різної довжини не збігатимуться; максимуми для хвиль меншої довжини (фіолетового і синього світла) утворюватимуться під меншими кутами до нормалі решітки, а максимуми для довших хвиль (жовтого, оранжевого, червоного світла) — під більшими кутами. При освітленні решітки білим світлом кожному значенню k відповідатиме дифракційний спектр світла, точніше: при k = O на екрані виникає нульовий дифракційний максимум білого світла; при k = 1 по обидві сторони від нього симетрично утворюються два дифракційні спектри першого порядку; при k=2 утворюються дифракційні спектри другого порядку і т. д. Дифракційна решітка виконує роль спектрального приладу.
Основними характеристиками дифракційної решітки є її роздільна здатність і дисперсія. Роздільна здатність решітки 
, де N – кількість штрихів решітки.
Рентгенівське проміння. Електромагнітні хвилі, довжина яких від 
до 
м, що випромінюються внаслідок різкого гальмування електронів, називають рентгенівським промінням на честь німецького фізика В. К Рентгена (1845—1923), який відкрив ці хвилі у 1895 р. Рентгенівське проміння виникає під час газового високовольтного розряду при малому тиску (
Па), коли швидкі електрони, що при цьому утворюються, гальмуються будь-якою перешкодою, наприклад металевими електродами. Мала довжина хвилі рентгенівських променів, велика «жорсткість», зумовлює велику проникну здатність, а також дифракцію на кристалічній решітці твердого тіла. Дослідження дифракційної картини, що виникає в результаті взаємодії рентгенівського проміння з кристалічною решіткою, дає можливість вивчати структуру кристалів, а також найскладніших органічних сполук, зокрема білків (до складу яких входять десятки тисяч атомів). Рентгенівське проміння також широко застосовується в медицині, як у діагностиці, так і в лікуванні.
Рентгенівські промені широко застосовують для вивчення кристалічних структур різних матеріалів (металів), органічних сполук, полімерів, визначення типу дефектів у кристалах, у медицині для рентгенодіагностики, в техніці для контролю якості деталей (дефектоскопія) і т. д. Створено різні за призначенням типи рентгенівських трубок і рентгенівських апаратів.
Рентгенівська трубка має таку будову: у відкачаному до високого вакууму скляному балоні встановлено один напроти другого два електроди: підігрівний катод і анод (який називають також антикатодом). Електрони, що емітуються катодом, підігрітим до високої температури, прискорюються електричним полем і бомбардують антикатод, який при цьому випромінює рентгенівські промені.
Дифракція рентгенівських променів.
В 1895р. Рентген отримав X-промені – рентгенівські промені, які виникають при електричному розряді у вакуумній трубці. Виявилося, що це потік дуже швидких електронів, який повинен мати всі властивості електромагнітного випромінення. Проте дифракцію рентгенівських променів вдалося виявити лише на просторовій дифракційній гратці – кристалічних речовинах. Довжина хвилі рентген-випромінення настільки мала, що ці промені пронизують речовину на велику глибину, не дифрагуючи в ній. Лише просторова кристалічна гратка дала можливість задовільнити умови Вульфа-Брега для рентген-випромінення:
– формула Вульфа-Брега; де: k = 1,2,3,… .
Наявність кристалічної структури з дуже малим періодом d дає можливість спостерігати інтерференційну картину додавання променів 1/, 2/, 3/ і т. д., яка є наслідком дифракції рентген-променів на атомах кристала. На практиці явище дифракції рентген-променів широко використовується в рентгеноструктурному аналізі кристалічних речовин.
Поняття про голографію.
Голографія – це фізичний метод запису та відтворення зображення предметів за допомогою інтерференційної картини від двох джерел когерентного випромінення, одним з яких є хвильовий фронт відбитий від предмета.
Для цього предмет освітлюють випроміненням від когерентного джерела (лазера) і розсіяну відбиту світлову хвилю примушують інтерферувати в площині фотопластинки з другою хвилею від того ж джерела, відбитою під деяким кутом від площинного дзеркала (еталонний промінь). Щоб відтворити зображення, на пластинку (голограму) спрямовують той же еталонний промінь. Проходячи крізь голограму, фронт еталонної хвилі відтворює розподіл амплітуд та фаз „застиглої” хвилі, тобто створює зображення предмета в площині чи просторі.
Ви прочитали: "Дифракція рентгенівські промені"Читати далі