2.2.4.2.Пространственная дифракционная решетка

Плоские дифракционные решетки имеют от сотен до нескольких тысяч штрихов на 1мм ширины решетки. Период таких решеток соизмерим с длиной волны видимого света, что и позволяет использовать их для разложения в спектр белого света.

Длина волны рентгеновского излучения на 3-5 порядков меньше длины световых волн. Чтобы разложить в спектр рентгеновское излучения с помощью плоской дифракционной решетки, пришлось бы сделать решетку, содержащую миллионы и миллиарды штрихов на миллиметр, что технически невозможно. Но есть естественные «дифракционные решетки», период которых соизмерим с длиной волны рентгеновского излучения. Это – кристаллы. Атомы в кристалле расположены равномерно и могут служить «непрозрачными элементами» для рентгеновских лучей. Такая «решетка» – уже трехмерная (пространственная). Расстояния между атомами различны по разным направлениям. Поэтому пространственные (кристаллические) решетки характеризуют тремя периодами – d₁,d₂ и d₃– в 3-х взаимно перпендикулярных плоскостях.

Впервые дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах наблюдал в 1912 году французский ученый Лауэ. В частности, он обнаружил, что рентгеновские лучи на кристалле разлагаются в спектр по длинам волн. Чтобы рассчитывать дифракцию рентгеновских лучей на кристаллических «дифракционных решетках», Вульф и Брэгг предложили рассматривать эту дифракцию как отражение лучей от параллельных плоскостей, проходящих через атомы кристалла. На рис.16 показаны атомы (ионы) в узлах кристаллической решетки. Рассматривается отражение и последующая интерференция рентгеновских лучей 1 и 2, падающих на две плоскости, образованные ионами кристалла и отстоящие на расстоянииd друг от друга. Уголмежду световым лучом и плоскостью называютуглом скольжения.

Из рисунка видно, что разность хода лучей 1^и 2^после отражения лучей 1 и 2 от кристалла составляетАВ+ВС=2АВ=2dsin. Если на этой разности хода укладывается целое число волн, то лучи 1^и 2^в результате интерференции усилят друг друга и дадут максимум интенсивности. Таким образом, условием максимума для отражения от кристалла служит соотношение

2dsin= n, (n =1,2,…) (12)

которое было получено русским ученым Вульфом и англичанином Брэггом и называется условием Вульфа-Брэгга. Оно позволяет по известным структурным параметрам кристалла (значениюd) и измеренным углам скольжения для дифракционных максимумов определить длину волнырентгеновского излучения (спектральный анализрентгеновских лучей).

Если известна длина волны,то формула (12) позволяет определить структуру кристалла – значения постоянной кристаллической решетки по разным направлениям, то есть произвестирентгеноструктурный анализкристалла.

3.Взаимодействие света с веществом

Свет – это электромагнитные волны. Мы знаем, что электрические и магнитные поля влияют на поведение электрически заряженных частиц. Все вещества состоят из заряженных частиц – любой атом имеет положительно заряженное ядро и внешнюю «оболочку» из отрицательно заряженных электронов. Поэтому любой контакт света с веществом (прохождение света через прозрачные среды, отражение и преломление на границах двух сред и пр.) – это результат взаимодействия электрического и магнитного полей световой волны с заряженными частицами. Хотя такое взаимодействие происходит на микроуровне, оно приводит кмакроскопическимрезультатам, которые (как и в термодинамике) могут быть получены осреднением микропроцессов с помощью статистических закономерностей.

В этом разделе мы рассмотрим некоторые макроэффекты взаимодействия света с веществом и попробуем объяснить их с точки зрения волновой природы света.