1-mavzu. Rengent nurlari fizikasi

To’lqin va korpuskulyar xossalari

Rentgen nurlanishning to’lqin xossalariga quyidagilar kiradi:

• 
  yorug’lik tezligida to’g’ri chiziqli tarqalish;
  
• 
  ba’zi moddalar ichidan o’tish;
  
• 
  muhitlar bo’linish chegarasida sinish;
  
• 
  to’siqlardan akslanish va sochilish;
  
• 
  kogerent sochilish, interferensiya va difraksiya;
  
• 
  qutblanish.
  

Rentgen nurlanishning korpuskulyar xossalariga quyidagilar kiradi:

• 
  fotoelektrik yutilish;
  
• 
  nokogerent sochilish;
  
• 
  ionlashtiruvchi ta’sir;
  
• 
  fotografik ta’sir;
  
• 
  sintillyasion ta’sir;
  
• 
  kserografik ta’sir;
  
• 
  biologik ta’sir
  

Vulf–Bregg formulasi

Rengen nurlarini atomlari fazoda ma’lum davriy tartibda joylashgan kristall yordamida spektrga yoyish mumkin. Rentgen nurlarining elektr maydoni ta’sirida atom elektronlari birlamchi dasta to’lqin uzunligiga teng bo’lgan to’lqin uzunlikli sferik to’lqinlar manbasiga aylanadi. Alohida atomlardan nurlanayotgan sferik to’lqinlar interferensiyalanadi: bir yo’nalishda bir birini so’ndirsa, boshqa yo’nalishda bir birini kuchaytiradi.

Bunday rentgen difraksion tasvirini birinchi bor bir biridan mustaqil tarzda Moskva universiteti professori rus kristallografi Yu.V.Vulf va ingliz ota va o’g’il V.L.Bregg va V.G. Bregg tushintirishgan. Quyida ular nomiga qo’yilgan, ya’ni Vulf-Bregg formulasi nomini olgan formulani keltirib chiqarish yo’li yoritilgan. Bu formulani keltirib chiqarishda rentgen nurlarining kristall atomlaridan sochilishi, qo’zg’almas deb olingan, ya’ni issiqlik tebranishlarida qatnashmayotgan atomlar markazidan shartli tarzda o’tkazilgan atom tekisliklaridan o’ziga xos “sochilishi” sifatida qaraladi.

Kristallga to’lqin uzunligi λ bo’lgan monoxromatik rentgen nurlarining parallel dastasi (hkl) tekislikga nisbatan θ og’ish burchagida tushayotgan bo’lsin. Parallel dastaning nurlari atom tekisligidan bir xil θ burchak ostida qaytadi (2-rasm).

2-rasm.Rentgen nurlarining kristall bilan ta’sirlashuvi(Vulf-Bregg formulasini keltirib chiqarish uchun).

Bir va aynan shu atom tekisligidan(masalan I va II) qaytgan nurlar yo’llarining farqi D nolga teng, chunki D=AG-FE=0, ya’ni bu nurlar bir fazada bo’ladi. Kristall ichkarisiga sizib o’tayotgan nurlar atom tekisliklari bilan θ burchak ostida uchrashadi. Aynan shu burchakda qaytgan parallel nurlar interferensiyalanadi, ya’ni ular orasidagi yo’llar farqiga D qarab, bir birini susaytiradi yoki kuchaytiradi. Tekisliklararo masofasi d_hkl bo’lgan qo’shni atom tekisliklardan(hkl) qaytgan II va III nurlar uchun yo’llar farqi D = CB + BC' = 2 d_hkl sinθ ga teng. Xuddi shunday yo’llar farqi keyingi III va IV tekisliklar juftligidan qaytgan nurlar uchun ham o’rinli bo’ladi. Interferension maksimumning yuzaga kelish sharti nur yo’llarining farqi D to’lqin uzunliklarning λ yaxlit soniga n tengligi hisoblanadi: D = nλ. Bundan Vulf–Bregg formulasini hosil qilamiz:

nλ = 2 d_hkl sinθ (3)

bu yerda n- qaytish tartibi.

(3) dan bir va aynan shu tekisliklar sistemasida turli θ burchaklarda bir necha tartibli qaytishlarni olish mumkinligi kelib chiqadi. Masalan, n = 1 da θ₁ = arcsin(λ/2d_hkl), n = 2 da θ₂ = arcsin(λ/d_hkl). (hkl) tekislikdan turli tartibli qaytishlarga mos keluvchi nur yo’llari 3-rasmda keltirilgan.

3-rasm. (hkl) tekislikdan birinchi (1) va

ikkinchi(2) tartibli qaytishlar
Shuni qayd qilish kerakki, kristall rentgen nurlarini faqat (3) shartni qoniqtiruvchi (bregg burchaklari deb ataluvchi) og’ish burchaklarida θ qaytaradi, ya’ni ko’rinuvchan yorug’lik optik ko’zgularidan farqli ravishda kristall rentgen nurlarini selektiv qaytaradi. Tajribada difraksion maksimumning θ burchagini o’lchab Vulf–Bregg formulasidan quyidagilarni aniqlash mumkinligi kelib chiqadi:

a) d_hkl tekisliklararo masofani, agar difraksion maksimumga tegishli to’lqin uzunligi λ ma’lum bo’lsa;

b) bu maksimumga tegishli to’lqin uzunligini λ, agar d_hkl tekisliklararo masofa ma’lum bo’lsa.

Vulf-Bregg tenglamasi rentgen tahlilning asosi hisoblanadi. U tushayotgan nurning to’lqin uzunligini bilib va bregg burchaklarini o’lchash orqali kristalldagi tekisliklar orasidagi masofani hisoblash va keyin kristall elementar yacheykasining o’lchamlarini va shaklini topishga imkon beradi.

Rentgenostrukturaviy tahlilda asosan to’rtta metod qo’llaniladi:

1. 
   Laue metodi. Bu metodda uzluksiz spektrli nurlanish dastasi qo’zg’almas monokristallga tushadi. Difraksion tasvir qo’zg’almas fotoplenkada qayd qilinadi.
   
2. 
   Monokristallni aylantirish metodi. Monoxromatik nurlanish dastasi biron bir kristallografik yo’nalish bo’yicha aylantirilayotgan(yoki tebranayotgan) kristallga tushadi. Difraksion tasvir qo’zg’almas fotoplenkada qayd qilinadi. Bir qator hollarda fotoplenka kristall aylanishi bilan sinxron harakatlantiriladi: metodning bunday xili qatlamli chiziqni razvertka qilish metodi deb ataladi.
   
3. 
   Kukunlar yoki polikristallar metodi. Ba’zida bu metodni uni kashf qilgan olim nomi bilan –Debay-Sherrer metodi deb ham atashadi.Bu metodda nurlarning monoxromatik dastasi qo’llaniladi. Namuna kristall kukundan yoki polikristall agregatdan tashkil topadi.
   
4. 
   Kossel metodi. Qo’zg’almas monokristall keng tarzda tarqalayotgan monoxromatik(xarakteristik) nurlanish dastasida s’yomka qilinadi.
   

Har bir metod o’z qo’llanilish sohalariga ega.