Бухоро- 2022 Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги бухоро давлат университети

10.2. Нурлар дифракциясига асосланган усуллар.
Қаттиқ ҳолатдаги ҳам табиий ҳам синтетик моддалар, тайёр маҳсулот ва материаллар ўзида албатта кристалл тузилмаларни тутишлиги кўпчилик мутахассисларга маълум. Кристаллик панжарани атом, ион ва ҳатто молекулалар ҳам ҳосил киладилар. Бунинг учун ана шундай модда заррачалари координат системаси 3 та ўқлари йуналишларида жуда юқори тартибда жойлашган бўлишлари керак. Шундай тузилмага муайян қувватли нур, масалан, рентген нури ёки тезкор электронлар оқими билан таъсир қилинганда д и ф р а к ц и я ҳодисаси кузатилади. Оддий қилиб ифодаланганда, атомлар (ёки ионлар) дан ташкил топган модда кристалл панжарасидан нур утганда, унинг бевосита атом ёки ион заррачаларига тушганлари уларни айланиб ўтади – дифракцияланади.
1912 йилда илк бор кристалларни ўрганиб рентген нури дифракцияси, 1927 йилда эса, электронлан дифракцияси ҳодисалари, сўнгра таҳлил усуллари ҳам кашф қилинган. Дифракция усуллари воситасида, авваламбор, моддаларнинг атомли тузилиши, яъни кристалл панжарасида атомлар (ёки ионлар) нинг жойлашиши бўйича маълумотлар олинади. Дифракцияли тасвирни турли нурланиш ёки элементар заррача (электрон, нейтрон ва бошка) лар окимини кристалли тузилмаларга йўллаб олиш ҳам мумкин. Фақат, бунда асосий шарт, тегишли заррачалар оқимини ёки нур тўлқин узунликлари маълум қийматда, яъни 1А(1А=10 – 7мм) ёки ундан ҳам кичик бўлиши зарур. Шундагина кристалларнинг атомли тузилиши тасвири – дифракцияси ҳосил бўлиши мумкин.
Муайян электромагнит нурланишнинг тўлкин узунлиги (λ) билан ундаги маълум частота (ν) даги энергия (Е_ν) ўртасида кўйидагича боғлиқлик бор:
(1)
Бу ерда Е_ν – ν частотали фотон нур заррачаси энергияси, V –ҳаракатдаги нур тезлиги, λ – унинг тўлқин узунлиги ва h – Планк доимийлиги.
Маълум қувватдаги нур (ёки заррачалар) оқимининг табиати ҳамда уларнинг физик кўрсаткичларини белгилайдиган математик ифодалар жуда кўп. Мисол учун, юқорида келтирилган тенгламадан ташқари, тўлқин узунлиги учун Де Бройл топган бошқа ифода ҳам бор: λ= h/(mv). Бунда m – ҳаракатдаги ҳар қандай элементар заррача массаси, v – унинг одатдаги ҳаракат тезлиги.
Дифракция ҳодисаси кузатилишининг асосий шарти шундан иборатки, тўлқин узунлиги (λ) нурланишни тарайдиган (сочадиган) атомларнинг ўртача оралиқ масофасига яқин, ҳатто ундан кам бўлиши керак. Схематик кўринишда, 41 – расмда икки нуқтадан нур таралиш дифракцияси акс эттирилган. Амалда 3 хил дифракция усуллари: рентгенография, электронография ва нейтронографиядан кенг фойдаланилади. Таъкидлаш жоизки, рентген нури, тез ҳаракатланадиган электронлар ва нейтрон заррачалар оқимлари тўлқин узунликлари бир-биридан кескин фарқланади, албатта. Ҳар томонлама ҳисоб-китоб қилиниб, қандай модда тадқиқ қилинаётганини, шунингдек, қайси нур манбадан дифракция усулида фойдаланиш мақсадга мувофиқлигидан келиб чиқиб, амалда у ёки бу дифракция усули ишлатилади.

41 – расм. r оралиқ масофада жойлашган икки A ва B нур таратувчи марказларга тушаётган I₀ нур тўлқининг дифракцияланиш схемаси: ВО ва ОА| кесмалар – АВ чизиқ (оралиқ масофани белгилайди) нинг тушаётган I₀ ва таралаётган I_ρ йўналиш проекцияси; R – А марказидан о дифракция сурати тушириладиган жисм юзасигача бўлган масофа; 0 – таралиш бурчаги, С – дифракция суврати тушириладиган нуқта, х₁ ва х₂ бир – бирига тенг бурчаклар.

Маълум бўлишича, рентген нури тўлқин узунлиги (λ_ρ) қиймати тезкор электронлар оқими ҳамда нейтронлар оқими тўлқинлари узунлигидан нисбатан юқори бўлиб, тахминан, 10-1 нм га тенг (λ_ρ =10-1 нм).
Электронография усулида, масалан, 40 – 60 кВ электр кучланиш билан ҳосил килинган тезкор электронлар оқими тўлқин узунлиги (λ_э) ўртача 5*10-3 нм га тенг. Ниҳоят, дифракция учун ишлатиладиган нейтрон заррачалари оқими, одатда, ядровий реакторда ҳосил қилинади, табиийки, уларнинг тўлқин узинлиги анча паст.
Шундай қилиб, моддалар таҳлили ва тадқиқининг дифракция амалиётида асосан олдинги 2 усул: рентгенография ва электронографиядан кўпроқ фойдаланилади. Бунга сабаб, биринчидан, мазкур усулларда қўлланиладиган рентген нури ёки тезкор электрон оқимини ҳосил қилиш, уни бошқариш ва улар орқали кристалл тузилма дифракция тасвирини олиш анча арзон, иккинчидан, уларни амалга ошириш техника хавфсизлиги нуқтаи – назаридан ҳам юқори даражада мақбул ҳисобланади.
Қуйида кристалл тузилмали моддаларни таҳлил ва тадқиқ қилишда дифракция усулларининг мазмун – моҳияти, умуман, дифракция ҳодисасининг илмий асослари хусусида батафсил тўхтаймиз.
Муайян модда кристалл тузилишини дифракция усули билан ўрганиш пайтида таралган нур ёрқинлик даражасини нурнинг жисмдан таралиш бурчагига боғлиқ ҳолда ўлчанади. Бунинг натижасида, текширилаётган модда тузилиш кўрсаткичларига боғлиқ равишда, нур ёрқинлигининг тақсимланиш бўйича аниқ маълумотга эга бўлинади. Албатта, рентген нури, электронлар ҳамда нейтронлар оқимларининг ўз табиатларига хос тарзда, шунингдек, уларнинг муайян модда билан таъсирлашувида бир-биридан фарқли хусусиятларни намоён этиши туфайли ҳам қўлга критиладиган маълумотлар салмоғи ва модда тузилишини характерлаш даражаси ҳам бир хил деб бўлмайди.
Одатда, рентген нурлари атом ва молекулалар таркибидаги электронлар томонидан таралади (сочилади). Электронография усулида электрон оқими дифракцияси моддадаги атомлар ядроси ва электронлари вужудга келтирилган электр майдони туфайли содир булади. Нихоят, нейтронлар дифракцияси пайтида эса текширилаётган модда тузилмаларидаги ядровий куч таъсирида дифракцияси ходисаси юзага келади. Ҳар бир дифракция усулида, демак, нур таралиш ёркинлиги кристалл панжарадаги атомлар табиати, яъни нурларни таратиш қобилиятини белгилар экан.
Рентгенография, электронография нейтронография дифракция усулларининг бир бирига ухшашлиги, улар ўртасидаги умумийлик шундан иборатки, уччаласи ҳам структуравий таҳлилга тегишли асосий масала – модда кристалл тузилмасидаги молекула ёки атом (ион) лар оғирлик марказлари координаталарини аниқлашга қодир. Уччала усул ниҳоясида, ўрта ҳисобда, шаклан ўхшаш дифракцияли тасвир олинади. Шу билан биргаликда, мазкур усулларга хос булган дифракцияли нур таратиш ёрқинлик даражаси, тахминан, қуйидагича нисбатда бўлишлиги ҳам маълум: I_p:I_э: I_н≈1:106:10-2. Бу шундан далолат берадики, рентген нури ва нейтронлар оқими дифракциялардан фарқли равишда, электронографияда анча юқори даражада кристалл заррачаларининг нур таратиши кузатилади.
Дарҳақиқат, электронография усули ёрдамида юпқа модда пардаси, ҳатто, газ ҳолатидаги моддалар молекулаларининг атомлари тузилишлари, кичик ўлчамли ниҳоятда нозик кристалл тузилмаларни таҳлил ва тадқиқ қилинади. Бунда ўрганиладиган модда намунаси жуда кичик ўлчамда (10-6-10-5 см) бўлишлиги мазкур усулнинг камчилиги ҳисобланади.
Рентген нури ва нейтронлар дифракция усуллари асосан қаттиқ модда (маҳсулот, материал ва б. тузилишларини таҳлил ва тадқиқ килишда анча самарали ҳисобланадию амалий жиҳатдан мазкур усулларнинг беқиёс аҳамияти шундат иборатки, кўплаб тайёр маҳсулот: тола, ип, парда-плёнка, пластинка кўринишда ҳамда бошқа тайёр материалларини ҳам ишлов бермасдан тўғридан-тўғри дифракцион таҳлил (ёки тадқиқ) га учратиш мумкин. Бунда ўрганиладиган модда намунасининг қалинлиги 1 мм атрофида бўлади. Нейтрон заррачалари дифракцияси усулидан фойдаланилганда, модда қалинлиги бундан ҳам каттароқ бўлиши мумкин.
Турли хил соҳаларда рентгенография усули кенг қўлланишини ҳисобга олган ҳолда, қуйида кристалл тузилишли моддаларни таҳлил қилиш рентген дифракция усули тўғрисида батафсил маълумот берамиз.