Атомная (прикладная) физика

vk• .com/club152685050Не преломляются| vk.com/id446425943и не отражаются на границах.

Проницаемость порошков и однородных материалов (поваренная соль, серебро, цинк) одинакова – значит, лучи не отражается границами кристаллов.

•При этом Х-лучи рассеиваются телами. «Различные тела по отношению к Х-лучам ведут себя так же, как и мутные среды по отношению к свету». Если положить цинковую (не только) пластинку на фотоэмульсию, ее почернение увеличится. Алюминиевая пластинка, положенная между эмульсией и цинком (для экранирования

света или УФ излучения, получающегося из-за возможной люминесценции), не меняет результат.

•Наиболее интересное свойство -- высокая проникающая способность. Рука, толстая книга, доска, алюминиевая пластина 15 мм, платиновая фольга 0.2

ммпроницаемы для излучение трубки с напряжением 40 кВ. Свинец толщиной 1.5 мм его полностью поглощает.

•Разряжает заряженные тела (вызывает ионизацию газов).

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Все это было установлено за 50 дней между открытием лучей и первой публикацией.

Первая Нобелевская премия по физике (1901 г.).

Многие считают именно 8 ноября 1895 голы (обнаружение Х-лучей) датой начала революции в физике.

Широчайшее практическое применение – в медицине и промышленности.

Рентгеновские лучи стали важнейшим инструментом исследования атомной структуры вещества.

Природа Х-лучей – ? («Х»)

Рентген посчитал X-лучи продольными колебаниями эфира (свет считали поперечными, продольные волны не предусматривались теорией Максвелла). Высказывалось предположение (У.Г. Брэгг), что они представляют собой поток нейтральных частиц – что верно в «квантовом» смысле.

Не сразу, но было доказано, что это электромагнитные волны – обычные, поперечные, но с очень малой длиной волны, порядка Ангстрема (1Å=10-10 м) или даже менее.

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

• Дж.Дж. Томсон предложил теорию рассеяния рентгеновского излучения на свободных электронах (в его модели атома электроны были почти свободными), основанной на предположении именно об электромагнитной его природе. Результаты экспериментальной проверки предсказаний этой теории подтвердили справедливость этого основного предположения.

(Данный вопрос будет подробно рассмотрен в следующем разделе)

•Наиболее убедительным подтверждением волновой природы рентгеновских стало бы наблюдение их дифракции (возможность дифракции частиц тогда еще не рассматривалась).

•Первые попытки наблюдения дифракции рентгеновских лучей на щелях микронного размера и на оптических дифракционных решетках (до 1200 штрихов/мм) не дали результата.

•Проблема здесь состоит в малой длине волны рентгеновского излучения.

4

vk• .com/club152685050Условие формирования| vk.com/id446425943дифракционного

максимума в удаленной точке Р под угломпри нормальном падении волны на решетку с периодом d:

d sin = k

для целочисленного k (порядка дифракции).

•При 1 Å и доступных оптических решеток с d~1 мкм это означает необходимость либо использования очень высоких порядков дифракции (амплитуда таких максимумов крайне мала) и/или очень высокого углового разрешения (вблизи максимума нулевого порядка). И то, и другое практически невозможно.

•Один из путей – наблюдение дифракции на атомных решетках кристаллов с пространственным параметром ~ 1 Å.

(Будет рассматриваться в отдельном разделе)

5

vk• .com/club152685050Использование| vkальтернативного.com/id446425943 подхода оказалось стало возможным после еще одного открытия.

•Комптон, 1922.

Оказалось, что рентгеновские лучи, хотя и очень слабо, но все же преломляются на границе вещества. Показатель преломления для них оказался <1 (!), но лишь на величину ~10-5-10-6.

•Поэтому можно было добиться их «полного внутреннего отражения» от границы вещества с

вакуумом (со стороны вакуума). Но лишь при «углах скольжения» (отсчитываемых от отражающей плоскости) менее 1 градуса.

Arthur Holly Compton

(1882-1962)

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

•Если вместо гладкой поверхности взять дифракционную решетку с периодом d, условие дифракционного максимума порядка k примет вид:

d(cos − cos ') = k

и ’ – углы скольжения для падающего и дифрагированного лучей. Заменив разность косинусов:

	'−		'+	= k
2d sin		sin
	2		2

•Малость углов (для больших углов не будет полного отражения) снижает требования к периоду решетки.

Например, для k=1, =20’ и ’=40’ получим d 2 105 .

То есть, для =1 Å потребуется решетка с d 20 мкм – всего 50 штрихов/мм.

7

•vk.com/club152685050В 1925 г. Комптон| vk.com/id446425943поставил такой

опыт. →

•Угол дифракции зависит от длины волны. Поэтому дифракция рентгеновских лучей на оптических решетках позволила провести абсолютное измерение длин волн рентгеновского излучения с высокой точностью.

•Кроме того, как и в случае оптики, дифракционные решетки были использованы для определения спектрального состава рентгеновского излучения -- при проведении т.н. рентгеноспектрального анализа.

(Современные рентгеновские спектрометры используют иной принцип.)

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Пример из учебника Шпольского:

•Почему спектр рентгеновского излучения может быть столь сложным – обсудим далее

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2.2. Теория Дж.Дж. Томсона рассеяния рентгеновских лучей и ее экспериментальное подтверждение

Рентген, 1895. Х-лучи рассеиваются телами: «Различные тела по отношению к Х- лучам ведут себя так же, как и мутные среды по отношению к свету».

Томсон, 1903. Предложил теоретическую модель этого явления, основанную нa представлениях классической физики. Использованы предположения:

•Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитную волну.

•Оказавшиеся в ее поле (почти)свободные электроны вещества совершают вынужденные колебания.

•Это приводит к излучению вторичных электромагнитных волн, которые и отождествляются с рассеянным излучением.

•В рассеянии участвуют только электроны – благодаря малой массе, амплитуда их колебаний выше, чем у других зарядов.

•Частота рассеянных волн равна частоте первичной волны.

•Вторичные волны от разных электронов складываются некогерентно.

	• Кинематическое приближение – действие вторичных волн на	Модель атома
	движение электрона не учитывается.	Томсона
		1

vkОсновные.com/club152685050выводы| vk(подтвердились.com/id446425943 ):

•Рассеяние анизотропно и максимально в направлении, параллельном направлению падающей волны.

•Для большинства направлений рассеяния рассеянное излучение поляризовано. Оно полностью поляризовано для рассеяния под 90 .

•Отношение интенсивностей рассеянной и падающей волн не зависит от частоты.

•По интенсивности рассеяния можно определить концентрацию электронов.

2