Рентген цацраг гэж юу вэ?

Энэ өгүүлэл нь рентген дифрлэх гэх мэт үзэл баримтлалыг тодорхойлдог. Энэ нь энэхүү үзэгдэл, түүний хэрэглээний физик үндэслэлийг тайлбарлаж байна.

Шинэ материал бий болгох технологи

Инноваци, нанотехнологи - энэ бол орчин үеийн ертөнцийн чиг хандлага. Мэдээ нь шинэ хувьсгалт материалын талаархи мэдээллээр дүүрэн байдаг. Гэтэл эрдэмтэд судлаачдын асар их эрдэмтдийн хувьд наад зах нь жижиг технологийг сайжруулахын тулд юу хийх хэрэгтэй вэ гэж цөөн хүмүүс гайхаж байна. Хүмүүст туслах үндсэн үзэгдлийн нэг нь рентген дифрсаци юм.

Цахилгаан соронзон цацраг

Эхлээд цахилгаан соронзон цацраг гэж юу болохыг тайлбарлах хэрэгтэй. Аливаа цэнэглэгдсэн бие нь эргэн тойронд цахилгаан соронзон орон үүсгэдэг. Эдгээр талбайн эргэн тойронд бүхэлдээ нэвт шингэдэг, тэр ч байтугай гүнзгий зайд вакуум нь ч тэдгээр нь чөлөөтэй биш юм. Хэрвээ огторгуйд тархаж болох талбарт байнгын хувирал үүсвэл цахилгаан соронзон цацраг гэж нэрлэдэг. Түүний тодорхойлолтод долгионы урт, давтамж, энерги зэрэг үзэл баримтлалыг хэрэглэнэ. Эрчим хүч гэдэг нь ойлгомжтой байх бөгөөд долгионы урт нь ижил үе хоорондын зай (жишээлбэл, хоёр хөршийн дээд хэмжээнээс хамаарч) юм. Долгионы урт (мөн түүнчлэн давтамж) нь ихсэх тусам энергийг бууруулдаг. Эдгээр рецептууд нь рентген дифраци нь товч, өргөн цар хүрээтэй болохыг тайлбарлахад зайлшгүй шаардлагатай.

Цахилгаан соронзон спектр

Бүх цахилгаан соронзон цацраг нь тусгай хэмжээсээр таардаг. Долгионы уртаас хамааран (хамгийн урт нь хамгийн богино хүртэл) ялгаатай:

• Радио долгион;
• Терахерцийн долгион;
• Хэт улаан долгион;
• Харагдах долгион;
• Хэт ягаан туяаны долгион;
• Рентген долгион;
• Гамма цацраг.

Ийнхүү бидний сонирхож буй цацраг нь маш бага долгионы урт, хамгийн их энергитэй байдаг тул заримдаа хэцүү гэж нэрлэдэг. Үүний үр дүнд бид рентген дифраци гэж юу болохыг тайлбарлах болно.

X-цацраг гарал үүсэл

Цацрагийн энерги их байх тусмаа хиймэл аргаар олж авах нь илүү хэцүү байдаг. Галыг салгаснаар хүн цацраг туяанаас болж их хэмжээний цацраг туяа хүлээж авдаг. Гэхдээ орон зайн бүтэц дэх рентген дифрессийн хувьд их ажлыг хийх хэрэгтэй. Тэгэхээр энэ төрлийн цахилгаан соронзон цацраг нь цөмд ойрхон байгаа атомын бүрхүүлээс электроныг цохиулах юм. Дээрх электронууд нь үүссэн нүх, шилжилт, рентген фотонуудыг өгдөг. Мөн масстай (жишээ нь, электрон) хүчтэй цэнэгтэй бөөмсийн хүчтэй дарангуйллаар эдгээр өндөр энерги цацруулж байдаг. Ийнхүү цацраг туяанаас үүсэх X-цацраг нь их хэмжээний энерги зарцуулдаг.

Үйлдвэрлэлийн хэмжээгээр энэ цацрагийг дараах байдлаар олж авна:

1. Катод нь өндөр энергитэй электроныг ялгаруулдаг.
2. Электрон нь анодын материалуудтай мөргөлддөг.
3. Электрик нь гэнэт дарангуйлдаг (тэр үед X-туяаг ялгаруулдаг).
4. Нөгөө талаас, тоормосны ширхэгүүд нь атомын бага тойрог замаас электроныг анодын материалаас гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь X-ренийг үүсгэдэг.

Үүнээс гадна бусад цахилгаан соронзон цацраг шиг рентген нь өөрийн спектртэй болохыг ойлгох ёстой. Энэ цацрагийг өргөн хэрэглэдэг. Хүн бүр уушгинд эвдэрсэн яс, эсвэл үүссэн эсэхийг X-туяа тусламжтайгаар нарийн тодорхойлдог.

Кристал бодисын бүтэц

Одоо бид рентген дифрацийн аргатай ойролцоо байна. Үүний тулд хатуу бие хэрхэн зохион байгуулагдсаныг тайлбарлах хэрэгтэй. Шинжлэх ухааны хувьд хатуу биеийг болор талст дахь ямар нэг бодис гэж нэрлэдэг. Мод, шавар, шил нь хэцүү байдаг ч тэдгээр нь үе үе бүтэцгүй байдаг. Гэхдээ талстууд энэ гайхалтай эд хөрөнгөтэй. Энэхүү үзэгдлийн нэр нь түүний мөн чанарыг агуулдаг. Эхлэхийн тулд, болоруудын атом нь хатуу тогтоогдсон гэдгийг бид ойлгох ёстой. Тэдний хоорондох холбоо нь зарим нэг мэдрэмжтэй байдаг боловч атмоскопын хувьд lattice дотор шилжихэд хэтэрхий хүчтэй байдаг. Ийм тохиолдол боломжтой боловч гадны нөлөөгөөр хүчтэй нөлөө үзүүлдэг. Жишээлбэл, металлын болор нь авъяастай бол янз бүрийн хэлбэрийн согогийг тогтооно. Зарим газар атом нь байраа орхиж, сул орон зай үүсгэх, бусад нь дээр байрлуулаагүй байрлал руу шилжих, оролтын согог үүсгэх. Гулзайлтын талбайн хувьд болор тунгалаг болор бүтэц алдагдахад маш их гэмтэлтэй байдаг. Тиймээс, нэг удаа нугалж байсан клип, металл ашиглах нь өмч хөрөнгөө алдсан учраас ашиглах нь илүү дээр юм.

Атом аажмаар тогтоогдвол тэдгээр нь шингэнийх шиг бие биенээ эмх замбараагүй байдлаар зохицуулах боломжгүй болно. Тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн эрч хүчийг аль болох багасгахын тулд тэд зохион байгуулалттай байх ёстой. Ийнхүү атомууд нь сүлжээтэй байна. Класс бүрт атомын минимум багц, ялангуяа зайд байрладаг нь болорын үндсэн эс юм. Хэрэв энэ нь бүрэн цацагдвал, өөрөөр хэлбэл ирмэгүүдээ нэгтгэж, бүх болорыг авдаг. Гэсэн хэдий ч, энэ нь загвар юм гэдгийг санах нь зүйтэй. Аливаа жинхэнэ болор нь согогтой бөгөөд үнэн зөв цацалт хийхэд бараг боломжгүй юм. Орчин үеийн цахиурын санах ойн элементүүд нь хамгийн тохиромжтой талстуудтай ойролцоо байна. Гэсэн хэдий ч, тэдгээрийг олж авах нь эрчим хүчний болон бусад нөөц баялагийг шаарддаг. Лабораторид эрдэмтэд янз бүрийн төрлөөр төгс бүтэцтэй байдаг боловч дүрэм журмаар үүсгэх зардал нь хэтэрхий их байдаг. Гэхдээ бид бүх талстууд хамгийн тохиромжтой гэж үзье. Аль ч чиглэлд ижил атомууд бие биеэсээ ижил зайд байрлана. Ийм бүтэцийг болор сүлжээ гэж нэрлэдэг.

Кристал бүтцийн судалгаа

Энэ бол талст рентген хувилгаан байж болох юм. Кристалуудын үечилсэн бүтэц нь өөр чиглэлд байснаас илүү атомууд байдаг зарим онгоцнуудад тэдгээрийг бий болгодог. Заримдаа эдгээр онгоцыг кристалгийн тэгш хэмийн тэгш хэмийн дагуу, заримдаа атомуудын харилцан зохицуулалтаар тогтдог. Онгоц бүр өөрийн гэсэн томилолтоор томилогдсон. Хоорондын хоорондох зай маш бага: хэдэн центромбрийн дарааллаар (angstrom 10-10 метр буюу 0.1 нанометрийг санаарай).

Гэсэн хэдий ч, ямар нэг жинхэнэ болор дотор нэг чиглэлийн онгоц бүр маш бага байдаг. Рентген дифрлэх аргыг ашиглана: нэг чиглэлийн онгоцны чиглэлийг өөрчилсөн бүх долгион нь гаралт дээрх хангалттай тодорхой дохио өгдөг. Иймд эрдэмтэд эдгээр онгоцнуудын дотор байгаа чиглэлд ямар чиглэл зааж, болор бүтцийн дотоод бүтцийг шүүж чаддаг. Гэсэн хэдий ч энэ мэдээлэл хангалтгүй байна. Чиглэлийн өнцөгөөс гадна онгоцны хоорондын зайг мэдэх шаардлагатай болно. Үүнгүйгээр та олон мянган янз бүрийн загварын бүтцийг авч чадна, гэхдээ яг зөв хариултыг мэдэхгүй. Эрдэмтэд онгоцны хоорондох зайг хэрхэн мэддэг талаар багахан тайлбарлах болно.

Дифракцийн үзэгдэл

Бид аль хэдийн талстын сүлжээ дэхь X-цацрагийн хөндлөн огтлолыг физик үндэслэлээр аль хэдийн өгсөн. Гэсэн хэдий ч бид дифракцийн үзэгдлийн мөн чанарыг тайлбарлаагүй байна. Дифраци гэдэг нь долгион (цахилгаан соронзон орно орно) саад болж байна. Энэ үзэгдэл нь шугаман оптик хуулийг зөрчиж байгаа мэт боловч энэ нь тийм биш юм. Энэ нь интерференц ба давалгааны шинж чанар, тухайлбал, фотонуудтай нягт холбоотой байдаг. Хэрвээ гэрлийн замд саад болж байвал гэрлийн долгионы фотон нь булангийн эргэн тойронд "харагдана". Тэгш өнцөгтийн хазайлтаас гэрлийн тархалтын чиглэл хэр зэрэг саад болж байгаагаас хамаарна. Цахилгаан соронзон долгионы урт нь жижиг саадыг багасгана. Иймээс нэг талст дээрх рентгений дибрринг ийм богино долгионы тусламжтайгаар хийгддэг: онгоц хоорондын зай нь маш бага, оптикийн фотонууд нь тэдгээрийн хооронд "мөлхөж" байдаггүй, зөвхөн гадаргуугаас харагддаг.

Ийм үзэл баримтлал үнэн боловч орчин үеийн шинжлэх ухааныг хэтэрхий нарийн гэж үздэг. Тодорхойлолтыг өргөжүүлэхийн зэрэгцээ ерөнхий мэдлэгтэй болгохын тулд бид долгионы тархалтын арга замыг өгдөг.

1. Долгионы орон зайн бүтэц өөрчлөгдөх. Жишээлбэл долгионы цацрагийн тархалт, зарим сонгосон чигт долгионы хазайлт эсвэл хэд хэдэн долгионыг өргөжүүлэх өнцөг. Энэ саадыг тойрсон долгионы дугтуйд анхаарлаа хандуулах энэ төрлийн үзэгдлүүд юм.
2. Спектрын долгионыг задлах
3. Долгион туйлшралыг өөрчлөх
4. Долгионы фазын бүтцийг өөрчлөх

Хөндлөнгийн хөндлөнгийн оролцооны үзэгдэл нь гэрлийн цацраг нь түүний цаана нарийссан зүсэлттэй чиглэсэн үед бид хэд хэдэн гэрлийн дээд хэмжээг хардаггүй болохыг харуулж байна. Хажуугийн дундаас хамгийн их нь захиалга ихэсдэг. Үүнээс гадна туршилтыг зөв боловсруулахдаа ердийн оёдлын зүү (байгалийн нимгэн) -ээс сүүдэр нь хэд хэдэн бүлэгт хуваагддаг.

Чоно-Брагг томъёо

Эцсийн дүнд дохио нь бүх рентген туяаны фотонуудаас бүрдсэн бөгөөд болор дотор ижил налуу бүхий онгоцнуудаас тусгагдсан байдаг. Гэхдээ бүтцийг тооцоолохын тулд нэг чухал харилцаа холбоог зөв тооцдог. Үүнгүйгээр рентген дифрлэх нь хэрэггүй болно. Чоно-Брагг томъёо нь иймэрхүү харагдана: 2dsinƟ = nλ. Энд d нь ижил налуу бүхий онгоцнуудын хоорондох зай, θ нь гулзайлтын өнцгийг (Bragg өнцөг), эсвэл хавтгай дээрх тохиолдлын өнцөг, n нь дифрацитын хамгийн их хэмжээ, λ нь долгионы урт юм. Урьд нь мэдэгдэж буй Рентген туяаны спектрийг өгөгдөл авахын тулд ямар өнцгөөр ашиглаж болохыг харуулсан тул энэ томъёог d-ийн утгыг тооцоолох боломжийг олгодог. Энэ мэдээлэлгүйгээр энэ бодисын бүтцийг үнэн зөв авах боломжгүй юм гэж бид нэлээд доогуур хэлсэн.

Рентген дифрлэх орчин үеийн хэрэглээ

Асуудлыг авч үзвэл: Ямар тохиолдолд энэ шинжилгээг хийх шаардлагатай вэ? Эрдэмтэд бүтцийн ертөнцөд байгаа бүх зүйлийг аль хэдийн хайж байсан. Хүмүүс үндсэндээ шинэ бодисыг олж авахад ямар үр дүнд хүрэхийг хүлээхгүй гэж үү? Дөрвөн хариулт байдаг.

1. Тийм ээ, бид гарагийг сайн мэдэж авсан. Гэхдээ жил бүр шинэ эрдэс баялгийг олж авдаг. Заримдаа тэдгээрийн бүтэц нь x-ray ажиллахгүй болно гэж тооцогддог.
2. Олон эрдэмтэд одоо байгаа материалуудын шинж чанарыг сайжруулахыг оролдож байна. Эдгээр бодисууд нь янз бүрийн боловсруулалт (даралт, температур, лазер, г.м.) хамаарна. Заримдаа элементүүд нь бүтцээсээ нэмэгдэх буюу хасагдана. Энэ тохиолдолд дотоод зохион байгуулалт ямар байсныг ойлгохын тулд талстжуулалтын рентген аппарат тусална.
3. Зарим аппликешнүүдийн хувьд (жишээ нь, лазерын идэвхтэй медиа, санах ойн карт, тандалтын системийн оптик элементүүд), талстууд нь шаардлагад маш нарийн тохирч байх ёстой. Тиймээс тэдгээрийн бүтцийг энэ аргаар туршиж үзсэн.
4. Рентген дифрлэх гэдэг нь олон төрлийн систем дэх синтезэд хэдэн үе, ямар үе шатыг олж авсан цорын ганц арга юм. Орчин үеийн технологийн керамикийн элементүүд ийм системүүдийн жишээ болж чадна. Хүсээгүй үе шатууд байгаа нь ноцтой үр дагаварт хүргэж болзошгүй.

Сансрын судалгаа

Хүмүүс яагаад ядуурал, дайны асуудлыг шийдээгүй байгаа бол бид яагаад дэлхий дээр байгаа тойрог замд асар том ажиглалтын ажил хэрэгтэй байна вэ?

Хүн бүр өөрийн давуу болон сул талыг бий болгоно. Хүмүүс зүүд зүүдлэх ёстой нь тодорхой.

Тиймээс оддыг хараад өнөөдөр бид итгэлтэйгээр хэлж болно: бид өдөр бүр тэдний талаар илүү ихийг мэддэг.

Зайнаас үүсэх процессын цацраг туяа нь манай гаригийн гадаргуу дээр хүрч чаддаггүй бөгөөд тэдгээр нь агаар мандалд шингэдэг. Гэхдээ цахилгаан соронзон долгионы энэ хэсэг нь өндөр энергитэй үзэгдлийн талаар ихээхэн мэдээлэл өгдөг. Тиймээс X-цацрагийг судлах төхөөрөмжийг дэлхий тойрог зам руу гаргах ёстой. Одоо байгаа станцууд дараах объектуудыг судалж байна:

• Суперноверын дэлбэрэлтийн үлдэгдэл;
• Галактикуудын төвүүд;
• Нейтрон одууд;
• Хар нүх;
• Маш том объектууд (галактикууд, галактикуудын бүлгүүд).

Янз бүрийн төслүүдийн хувьд эдгээр станцуудад нэвтрэх боломжийг оюутнууд, сургуулийн хүүхдүүдэд олгодог. Тэд рентген туяа гүнзгий орон зайгаас суралцдаг: дифраци, хөндлөнгийн оролцоо, спектр нь тэдний ашиг сонирхлын сэдэв болдог. Эдгээр сансрын ажиглагчдын залуухан хэрэглэгчид нээлт хийдэг. Нягт нямбай уншигчид мэдээжийн хэрэгт нарийн ширийн зүйлсээр зургаа авахуулах цаг гаргаж, нарийвчилсан нарийн ширийн зүйлийг харах боломжтой. Мэдээжийн хэрэг, нээлт хийх нь чухамдаа зөвхөн одон орны эрдэмтдийн хувьд л ойлгомжтой юм. Гэвч иймэрхүү тохиолдол залуучуудыг гадаад орон зайд хайж амьдрахын тулд амьдралаа зориулах боломжийг олгодог. Энэ зорилго нь дагах зохистой.

Ийнхүү Wilhelm Konrad Roentgen-ийн ололт амжилт нь бусад гаригуудыг эзлэн авах чадварыг нээж өгсөн юм.