מהי רנטגן רנטגן?

מאמר זה מתאר מושג כגון עקיפה של קרני X. זה מסביר את הבסיס הפיזי של תופעה זו ויישומה.

טכנולוגיות ליצירת חומרים חדשים

חדשנות, ננוטכנולוגיה היא מגמההעולם המודרני. החדשות מלאות בדיווחים על חומרים מהפכניים חדשים. אבל כמה אנשים תוהים מה מנגנון מחקר ענק נדרש על ידי המדענים כדי ליצור לפחות שיפור קטן בטכנולוגיות הקיימות. אחת התופעות הבסיסיות המסייעות לאנשים היא עקיפה של קרני X.

קרינה אלקטרומגנטית

ראשית, נדרש להסביר מהקרינה אלקטרומגנטית. כל גוף טעון נעים מייצר שדה אלקטרומגנטי סביב עצמו. שדות אלה מתפשטים סביב, אפילו החלל של החלל העמוק אינו חופשי מהם. אם הפרעות תקופתיות מתעוררות בשדה כזה, אשר יכול להתפשט בחלל, הם נקראים קרינה אלקטרומגנטית. עבור התיאור שלה, מושגים כגון אורך גל, תדירות האנרגיה שלה מוחלים. מה היא אנרגיה מובנת באופן אינטואיטיבי, ואת אורך הגל הוא המרחק בין שלבים זהים (למשל, בין שני מקסימום השכנה). ככל שאורכי הגל (וגם, בהתאמה, התדר), כך האנרגיה נמוכה יותר. כזכור, מושגים אלה נחוצים כדי לתאר מה עקיפה של קרני ה- X הוא קצר ומרווח.

ספקטרום אלקטרומגנטי

כל המגוון של קורות אלקטרומגנטיות מתאים בקנה מידה מיוחד. בהתאם אורך הגל, להבחין (מן הארוך ביותר לקצר):

• גלי רדיו;
• גלי טרהרץ;
• גלי אינפרא אדום;
• גלי גלויים;
• גלי אולטרה סגול;
• גלי רנטגן;
• קרינת גמא.

לכן, הקרינה של עניין לנו ישאורך גל קטן מאוד ואת האנרגיה הגבוהה ביותר (כך לפעמים נקרא קשה). כתוצאה מכך, אנו מתקרבים תיאור של מה עקיפה X- קרן.

מקורן של צילומי רנטגן

ככל שהאנרגיה של הקרינה גבוהה יותר, כך היא מורכבת יותרלקבל באופן מלאכותי. לאחר התגרשות אש, אדם מקבל הרבה קרינת אינפרא אדום, כי זה מעביר חום. אבל כדי לעקוף את קרני ה- X על מבנים מרחביים להתרחש, הרבה עבודה צריך להיעשות. אז, זה סוג של קרינה אלקטרומגנטית הוא שוחרר אם לדפוק את האלקטרון מן הקליפה של האטום, אשר קרוב לגרעין. אלקטרונים הנמצאים מעל נוטים למלא את החור שנוצר, מעברים שלהם ולתת פוטונים רנטגן. כמו כן, עם עיכוב חזק של חלקיקים טעונים שיש להם מסה (למשל, אלקטרונים), אלה גבוהה אנרגיה rays מיוצרים. לפיכך, עקיפה של צילומי רנטגן על גביש קריסטל מלווה בהוצאות של כמות גדולה מספיק של אנרגיה.

בקנה מידה תעשייתי, קרינה זו מתקבלת כדלקמן:

1. הקתודה פולטת אלקטרון בעל אנרגיה גבוהה.
2. האלקטרון מתנגש בחומר האנודה.
3. אלקטרון מעכב באופן פתאומי (באותו זמן פולט צילומי רנטגן).
4. במקרה השני, חלקיק retarding מכה אלקטרונים מן מסלול נמוך של האטום מחומר האנודה, אשר גם מייצר רנטגן.

יש גם להבין כי, כמו כלקרינה אלקטרומגנטית אחרת, רנטגן יש ספקטרום משלו. קרינה זו משמשת די נרחב. כולם יודעים כי עצם שבורה או היווצרות של הריאות הוא ביקש דווקא בעזרת רנטגן.

המבנה של החומר הגבישי

עכשיו אנחנו מתקרבים למה שישמייצג את השיטה של ​​עקיפה X- קרן. לשם כך, הסבר כיצד גוף מוצק מסודר. במדע, גוף מוצק נקרא כל חומר במצב גבישי. עץ, טיט או זכוכית הם מוצקים, אבל הם חסרים הראשי: מבנה תקופתי. אבל הגבישים יש תכונה מדהימה. עצם שמה של התופעה הזאת מכיל את מהותה. ראשית, עלינו להבין שהאטומים שבגביש נקבעים באופן נוקשה. הקשרים ביניהם יש מידה מסוימת של גמישות, אבל הם חזקים מדי עבור אטומים לזוז בתוך הסריג. פרקים כאלה אפשריים, אך עם השפעה חיצונית חזקה מאוד. לדוגמה, אם גביש מתכת הוא כפוף, פגמים נקודה של סוגים שונים נוצרים בו: במקומות מסוימים, אטום משאיר את מקומו, יצירת חלל, באחרים - הוא נע לעבר עמדות לא הניח על זה, ויצרו פגם הכניסה. בשלב של כיפוף, גביש מאבד את המבנה הגבישי הדק שלו, הופך פגום מאוד, רופף. לכן, את קליפ, שהיה unbent פעם, עדיף לא להשתמש, כי המתכת איבדה את המאפיינים שלה.

אם האטומים קבועים בנוקשות, הם אינם יכולים עודהם יחסית כאוטי יחסית זה לזה, כמו בנוזלים. הם חייבים להיות מאורגנים בצורה כזו כדי למזער את האנרגיה של האינטראקציה שלהם. לפיכך, האטומים מסודרים בסריג. בכל שבכה יש קבוצה מינימלית של אטומים, הממוקם במיוחד בחלל, הוא תא אלמנטרי של הגביש. אם הוא משודר לחלוטין, כלומר, כדי לשלב את הקצוות אחד עם השני, לנוע בכל כיוון, אנחנו מקבלים את כל הגביש. עם זאת, ראוי לזכור כי זהו מודל. כל גביש אמיתי יש פגמים, וזה כמעט בלתי אפשרי להשיג שידור מדויק לחלוטין. רכיבי זיכרון סיליקון מודרניים קרובים לקריסטלים מושלמים. עם זאת, השגת אותם דורש כמויות מדהימות של אנרגיה ומשאבים אחרים. במעבדה, המדענים מקבלים מבנים מושלמים מסוגים שונים, אך ככלל, עלויות יצירתם גדולים מדי. אבל נניח כי כל הגבישים הם אידיאליים: בכל כיוון, אותם אטומים יהיו ממוקמים באותו מרחקים זה מזה. מבנה כזה נקרא סריג קריסטל.

חקירת מבנה גביש

זה בשל עובדה זו כי עקיפהצילומי רנטגן על גבישים. המבנה התקופתי של הגבישים יוצר בהם כמה מטוסים שבהם יש יותר אטומים מאשר בכיוונים אחרים. לפעמים מטוסים אלה ניתנים על ידי סימטריה של הסריג הגביש, לפעמים על ידי הסדר ההדדי של האטומים. לכל מטוס מוקצה ייעוד משלו. המרחקים בין המטוסים קטנים מאוד: בסדר של כמה אנגסטרומים (נזכר, אנגסטרום הוא 10^-10 מטר או 0.1 ננומטר).

עם זאת, מטוסים של כיוון אחד בכלקריסטל אמיתי, אפילו קטן מאוד, הרבה. קרני רנטגן, כשיטה, משתמשת בעובדה זו: כל הגלים ששינו את הכיוון במטוסים של אותו כיוון מסוכמים, ומספקים איתות ברור למדי בפלט. אז המדענים יכולים להבין מה הכיוונים בתוך הגביש המטוסים האלה ממוקמים, לשפוט את המבנה הפנימי של המבנה הגבישי. עם זאת, רק נתונים אלה אינו מספיק. בנוסף לזווית היצר, נדרש לדעת את המרחק בין המטוסים. בלי זה, אתה יכול לקבל אלפי דגמים שונים של המבנה, אבל לא יודע את התשובה המדויקת. על איך מדענים ללמוד על המרחק בין המטוסים, זה ילך קצת נמוך יותר.

התופעה של דיפרקציה

יש לנו כבר הצדקה פיזית לעובדה כידיפרקציה רנטגן על סריג של גבישים מרחבית. עם זאת, אנחנו עדיין לא הסברנו את מהות התופעה של השתברות. לפיכך, עקיפה - כיפוף של גלי (כולל אלקטרומגנטית) מכשולים. תופעה זו נראה שיש הפרה של חוקי האופטיקה ליניארי, אבל זה לא. זה קשור קשר הדוק עם פרעות המאפיינים הגלים, כגון פוטונים. אם נתיב האור שווה מכשול, בגלל עקיפה של פוטונים יכולים "לראות" מעבר לפינה. כמה רחוק לסטות לכיוון ישר התפשטות האור תלוי בגודל של החסימות. אלה הקטנים מכשול, הקטן צריך להיות באורך של גל אלקטרומגנטי. לכן עקיפת רנטגן על גבישים יחידים באמצעות אורכי גל קצרים כאלה: מרחק בין המטוסים הוא קטנים מאוד, פוטונים אופטיים הם פשוט לא "לעבור" ביניהם, ושקף רק מפני השטח.

מושג זה נכון, אך במדע המודרני הוא נחשב צר מדי. כדי להרחיב את ההגדרה שלה, כמו גם עבור למדנות כללית, אנו נותנים דרכים ביטוי גל עקיפה.

1. שינוי במבנה המרחבי של הגלים. לדוגמה, הרחבת זווית ההתפשטות של קרן גל, סטייה של גל או מספר גלים בכיוון נבחר כלשהו. למעמד זה של התופעה מדובר בשבר גלים של מכשולים.
2. דעיכת גלים לתוך הספקטרום.
3. שינוי הקיטוב של הגלים.
4. טרנספורמציה של מבנה פאזה של גלים.

התופעה של עקיפה יחד עם הפרעההוא אחראי על העובדה כי כאשר אנו מכוונים קרן אור אל סדק צר מאחוריה, אנו רואים לא אחד אלא מספר מקסימום אור. ככל שהמקסימום מאמצע החריץ, כך גבוה יותר. בנוסף, עם ניסוח נכון של הניסוי, הצל ממחט התפירה הרגילה (באופן טבעי, דק) מחולק למספר להקות, עם מקסימום אור, לא מינימום, מאחורי המחט.

נוסחת וולף בראג

כבר אמרנו לעיל כי האות הסופימורכב מכל פוטוני הרנטגן, אשר משתקפים מטוסים עם מדרון זהה בתוך הגביש. אבל כדי לחשב את המבנה מאפשר במדויק מערכת יחסים חשובה אחת. בלי זה, עקיפה X- רנטגן יהיה חסר תועלת. הנוסחה וולף בראג נראה כך: 2dsinƟ = nλ. הנה d המרחק בין המטוסים עם אותה זווית של היצר, θ היא זווית החלקה (זווית בראג), או את זווית השכיחות על המטוס, n הוא הסדר של מקסימום עקיפה, ו λ הוא אורך הגל. מאחר ומדובר מראש באיזה ספקטרום רנטגן נעשה שימוש כדי להשיג את הנתונים ובאיזו זווית זו נופלת הקרינה, נוסחה זו מאפשרת לחשב את הערך של d. קצת יותר גבוה כבר אמרנו כי ללא מידע זה לא ניתן לקבל את המבנה של החומר בדיוק.

יישום מודרני של עקיפה של קרני X

נשאלת השאלה: באילו מקרים נדרשת הניתוח הזה, האם המדענים כבר לא חקרו הכל בעולם המבנה, והאם כאשר אנשים מקבלים חומרים חדשים ביסודם, הם אינם מצפים לאיזו תוצאה הם מצפים? יש ארבע תשובות.

1. כן, למדנו את הפלנטה שלנו מספיק טוב. אבל בכל שנה הם מוצאים מינרלים חדשים. לפעמים המבנה שלהם יכול אפילו להניח ללא צילומי רנטגן לא יעבוד.
2. מדענים רבים מנסים לשפר את המאפיינים כברחומרים קיימים. חומרים אלה נתונים לסוגים שונים של עיבוד (לחץ, טמפרטורה, לייזרים וכו '). לפעמים אלמנטים נוספים או מוסרים מהמבנה שלהם. כדי להבין מה אירעו הסדרים פנימיים במקרה זה, העיוות של קרני ה- X על גבישים יעזור.
3. עבור יישומים מסוימים (לדוגמה, עבור פעיללייזרים מדיה, כרטיסי זיכרון, רכיבים אופטיים של מערכות מעקב), גבישים חייבים לענות על הדרישות בצורה מדויקת מאוד. לכן, המבנה שלהם נבדק בשיטה זו.
4. קרני רנטגן היא רקדרך לגלות כמה וכמה שלבים הושגו בסינתזה במערכות מרובות רכיבים. אלמנטים קרמיים של הטכנולוגיה המודרנית יכולים לשמש דוגמה למערכות כאלה. נוכחות של שלבים לא רצויים עלולה להוביל לתוצאות חמורות.

מחקר שטח

אנשים רבים שאלו: "למה יש לנו מצפה ענק המקיף את כדור הארץ, למה אנחנו צריכים את רובר, אם האנושות עדיין לא פתרה את בעיות עוני והמלחמה?"

לכל אחד יש את היתרונות והחסרונות שלו, אבל ברור שהאנושות צריכה להיות חלום.

לכן, כשמסתכלים על הכוכבים, היום אנו יכולים לומר בביטחון: אנחנו יודעים עליהם יותר מדי יום.

צילומי רנטגן מתהליכים המתרחשיםחלל, לא מגיעים אל פני השטח של הפלנטה שלנו, הם נספגים על ידי האווירה. אבל חלק זה של הספקטרום האלקטרומגנטי נושא הרבה נתונים על תופעות עם אנרגיות גבוהות. לכן, מכשירים אשר חוקרים צילומי רנטגן חייבים להילקח מתוך כדור הארץ, למסלול. התחנות הקיימות כרגע לומדות את האובייקטים הבאים:

• שרידי התפוצצויות סופרנובה;
• מרכזי הגלקסיות;
• כוכבי נויטרונים;
• חורים שחורים;
• התנגשויות של עצמים מסיביים (גלקסיות, קבוצות של גלקסיות).

באופן מפתיע, עבור פרויקטים שונים גישה אלההתחנות ניתנות לתלמידים ואף לתלמידי בתי ספר. הם חוקרים את קרני הרנטגן מהחלל העמוק: דיפרקציה, הפרעה, הספקטרום הופכים לנושא ההתעניינות שלהם. וכמה משתמשים צעירים מאוד של אלה מצפים שטח לעשות תגליות. הקורא הקפדני יכול, כמובן, לטעון כי יש להם רק זמן לצלם ברזולוציה גדולה ולראות פרטים מתוחכמים. וכמובן, חשיבות התגליות, ככלל, מובנת רק על ידי אסטרונומים רציניים. אבל מקרים כאלה מעוררים צעירים להקדיש את חייהם כדי לחקור את החלל החיצון. וזה יעד ראוי לעקוב.

לפיכך, ההישגים של וילהלם קונרד רונטגן פתחו גישה למידע כוכבי ויכולת לכבוש כוכבי לכת אחרים.

</ p>>