Optika” fanidan yozgan kurs ishi mavzu: rentgen nurlarining difraksiyasi. Vulf-bregg formulasi bajardi

2.4. Rentgen nurlarining difraksiyasi
RENTGEN NURLARI DIFRAKSIYASI — rentgen nurlarining kristallarda yoki suyuk/shk va gaz molekulalarida sochilishi natijasida ekranda hosil boʻladigan difraksion manzara. Rentgen nurlarining toʻlqin tabiatini nemis olimlari M. Laue, V. Fridrix va P. Knippinglar kashf etgan (1912).

Rentgen nurlarining toʻlqin uzunligi bilan kristall panjaralar doimiysining bir-biriga yaqinligi rentgen nurlarining kristallardagi difraksiyasini kuzatishga imkon beradi. Rentgen nurlari kristallar orqali oʻtganda koʻp oʻlchamli panjaralar difraksiyasi sodir boʻladi. Difraksion maksimumlarni linzasiz kuzata olish uchun rentgen nurlari dastasi gʻoyat ingichka qilib olinadi. Kristall panjaradagi maʼlum toʻlqin uzunligiga tegishli maksimumlarni hisoblash usulini rus fizik kristallografi G. V. Vulf va U. L. Bregg bir-biridan mustaqil ravishda taklif etganlar (1913). Bu usul Bregg—Vulf sharti deb ataladi. Rentgen nurlari difraksiyasidan kristall panjara tipini va uning doimiysini aniqlashda kristall panjara tipi va doimiysi maʼlum boʻlsa, rentgen nurlarining toʻlqin uzunliklarini aniqlashda foydalaniladi.

Kristallarning tuzilishi va tarkibiy nuqsonlarini o'rganishning an'anaviy usullari rentgen nurlanishning diffraktsiya usulidir. Ularning yordami bilan namunaning tuzilishi va tarkibini, nuqsonlarni uning maydoni bo'yicha taqsimlanishini aniqlaymiz. Elektronlardan farqli o'laroq, rentgen nurlari kvantlari kristalga ko'proq chuqur kirib boradi, bu esa kristallning asosiy qismidagi nuqsonlarning zichligi to'g'risida ma'lumot olish imkonini beradi. X-nurli usullar individual dislokatsiyalarni, mozaik bloklarni, stacking yoriqlarini (DE), ikkita vosita (masalan, dielektrik - yarimo'tkazgich) orasidagi interfeyslarda mexanik kuchlanishlarni aniqlashga imkon beradi. Amaliyotda rentgen diffraktsiyasini tahlil qilishning quyidagi usullari eng keng qo'llaniladi:
laau usuli - yagona kristallarning yo'nalishini aniqlash
debye - Scherer usuli - polikristallar va bitta kristall kukunlarni o'rganish uchun;
diffraktometrik o'lchovlar yordamida namunani aylantirish usuli - yagona kristallarni o'rganish uchun.

Barcha rentgen nurlanish usullari Wulf-Bragg qonuniga va namuna bilan o'zaro ta'sirdan keyin rentgen nurlarining intensivligini tahlil qilishga asoslangan.

Wolfe-Bragg qonuni:
nλ =2d sinθ
bu erda λ - rentgen nurlanishining to'lqin uzunligi; d - sayyoralararo masofa; θ Bragg burchagi; n butun son).
X-nurli diffraktsiya qattiq moddalar, ularning atom tuzilishi va kristall shakli, shuningdek suyuqliklar, amorf jismlar va yirik molekulalar haqida muhim ma'lumotlarni beradi. Diffraktsiya usuli aniq (xato 1 ∙ 10 -5 dan kam bo'lsa) interatomik masofani aniqlash, stress va nuqsonlarni aniqlash va yagona kristallarning yo'nalishini aniqlash uchun ham qo'llaniladi. Diffraktsiya namunasi bo'yicha noma'lum materiallar aniqlanishi mumkin, namunadagi aralashmalar mavjudligini aniqlash va aniqlash mumkin. Zamonaviy fizika taraqqiyoti uchun rentgen difraksiyasi usulining ahamiyatini ortiqcha baholash qiyin, chunki moddaning xususiyatlarini zamonaviy tushunish oxir-oqibat atomlarning turli xil kimyoviy birikmalarda joylashishi, ular orasidagi bog'lanishlarning tabiati va tarkibiy nuqsonlari to'g'risidagi ma'lumotlarga asoslanadi. Ushbu ma'lumotni olishning asosiy vositasi rentgen nurlanishining diffraktsiya usuli hisoblanadi.
Lau usuli
Laue usulida statsionar bitta kristallga yuboriladigan doimiy "oq" rentgen nurlanish spektri qo'llaniladi. Muayyan davr qiymati uchun d Bragg - Wolfe holatiga mos keladigan to'lqin uzunligi qiymati butun spektrdan avtomatik ravishda tanlanadi. Shunday qilib olingan lauegrammlar buzilgan nurlarning yo'nalishini va shuning uchun kristall tekisliklarining yo'nalishini aniqlashga imkon beradi, bu esa simmetriya, kristalning yo'nalishi va undagi nuqsonlar borligi to'g'risida muhim xulosalar chiqarishga imkon beradi. Ammo bu holda fazoviy davr haqidagi ma'lumotlar yo'qoladi. d. 1-rasmda lauagramma misoli keltirilgan. Rentgen plyonkasi kristalning yon tomonida, manbadan kelgan rentgen nurlari voqea sodir bo'lgan tomonga qaragan edi. Diffraktsiya nurlari lauegramdagi yorug'lik dog'lariga to'g'ri keladi
Shunday qilib, Vulf - Bragg qonuni tutashgan samolyotlardan aks ettirilgan "oq" rentgen nurlari, rentgen fotografik plitaga tushganda, reflekslarning paydo bo'lishiga olib keladi (diffraktsiya maxima). Har bir refleks parallel Miller indekslari bilan parallel tekisliklar tizimining aksiga to'g'ri keladi ( hkl) Giperbolalarda yotgan ushbu nuqtalarning tarqalishi tabiati va simmetriyasi kristalning yo'nalishi bilan belgilanadi. Standartlar bilan solishtirganda tahlil tezlashadi.
Bunda yo'naltirilgan bitta berill kristallining lagugrammasi ko'rsatilgan. Birlamchi rentgen nurlari ikkinchi darajali simmetriya o'qi bo'ylab yo'naltirilgan. Lauagramdagi qora dog'lar diffraktsiya nurlariga to'g'ri keladi.Yagona kristall biroz boshqacha yo'naltirilgan bloklardan iborat, shuning uchun ba'zi dog'lar ikki baravar ko'p.
Debye-Scherer usuli
Polikristallar va bitta kristalli kukunlarni tahlil qilishda (Debye - Scherer usuli) silindrsimon kameraning yuzasiga rentgenga sezgir plyonka qo'yiladi. Namuna monoxromatik rentgen nurlari bilan nurlantirilganda, diffuz nurlar koaksial konuslarning yuzasida joylashgan bo'lib, ularning har biri indeksli samolyotlar oilasidan tarqalishga to'g'ri keladi .

Oldingi usuldan farqli o'laroq, monoxromatik nurlanish (  \u003d const) va burchak o'zgaradi . Bunga polikristalin namunalari yoki tasodifiy yo'nalishda joylashgan ko'plab kichik kristallitlardan tashkil topgan bitta kristall kukunlari yordamida erishiladi, ular orasida Bragg-Wulf holati qoniqarli. Diffaktlangan nurlar konuslarni hosil qiladi, ularning o'qlari rentgen nurlari bo'ylab yo'naltirilgan. Rasmga tushirish uchun odatda silindrsimon kassetadagi tor rentgen plyonkadan foydalaniladi va rentgen nurlari plyonkadagi teshiklar orqali tarqaladi

Konusning plyonka bilan kesishgan joyida qorayish chizig'i paydo bo'ladi. Konusning o'qlari birlamchi nurning yo'nalishiga to'g'ri keladi va konusning burchagi tekisliklar uchun Bragg burchagidan to'rt baravarga teng ( hkl) Planetalar orasidagi masofalar rentgen nurlanish difraksion naqshidagi chiziqlardan aniqlanadi va material standart jadvallar bo'yicha aniqlanadi d hkl . Aniqlash aniqligi d hkl 0,001 nm ga teng. Agar plyonkalarda to'qimalar bo'lsa, qorayish chiziqlarida yuqori zichlik va chiziqlar paydo bo'ladi.
Zamonaviy diffraktometrlarda sintilyatsiya yoki proporsional hisoblagichlar diffraktsiyalangan rentgen nurlarini yozish uchun ishlatiladi (4-rasm, b). Bunday qurilmalar ma'lumotlarni avtomatik ravishda ro'yxatdan o'tkazadi, bu juda muhimdir, chunki murakkab tuzilmalar juda ko'p sonlarni (10000 tagacha) berishi mumkin. Diffraktsiya usullarida, yuqorida aytib o'tilganidek, molekula va diffraktsiya to'lqini o'rtasidagi o'zaro ta'sir molekulalar ichidagi harakatga qaraganda ancha kam vaqtni oladi. Diffraktsiya tadqiqotlarida rentgen nurlari, elektronlar yoki neytronlar oqimi molekulalar, suyuqliklar yoki kristallardagi atomlar bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bunday holda, sinov moddasi diffraksion panjara rolini o'ynaydi. Va rentgen nurlari kvantlari, elektronlar va neytronlarning to'lqin uzunligi molekulalardagi yoki suyuqlikdagi va suyuqlikdagi zarralar orasidagi interatomik masofaga to'g'ri kelishi kerak. Diffraktsiyaning o'zi (balandliklar va pastliklar muntazam almashinuvi) to'lqin shovqinining natijasi. Bu kimyoviy va kristall-kimyoviy tuzilishga bog'liq, shuning uchun sinov moddaning tuzilishiga mos keladi. Kondensatlangan moddada diffraksiya qilingan rentgen nurlari uchun teskari diffraktsiya muammosi rentgen nurlanishining tarqalishi tahlili deb nomlanadi. X-nurlari o'rniga elektron va neytron nurlarini ishlatish usullari navbati bilan elektronning tarqalishi va neytronning tarqalishi deb nomlanadi. Ushbu usullar uchun umumiy bo'lgan narsa, materiya bilan o'zaro ta'sir natijasida tarqoq rentgen nurlari, neytronlar va elektronlarning intensivligini burchakka taqsimlanishini tahlil qilishdir. Ammo rentgen kvantlari, neytronlar va elektronlarning tarqalishi tabiati bir xil emas. Rentgen nurlanishi moddani tashkil etadigan atomlarning elektronlari tomonidan tarqaladi. Neytronlar atom yadrolari tomonidan tarqalib ketadi; va elektronlar - yadrolarning elektr maydoni va atomlarning elektron qobig'i bilan. Elektronning tarqalish intensivligi atomlarning elektrostatik potentsialiga mutanosibdir. Tarqalgandan keyin o'zgarmaydi. Elastik sochilish deb ataladigan narsa sodir bo'ladi. Diffraktsiya usullari to'lqin uzunligi va tarqoq atomlar orasidagi masofa uchun oddiy bog'liqlikka asoslanadi. X-nurli diffraktsiya tahlili oddiy aralashmalardan murakkab oqsillarga qadar kristalli moddalarning uch o'lchovli bo'shlig'idagi atomlarning koordinatalarini aniqlashga imkon beradi.
Gaz elektron diffraktsiyasidan foydalanib, gazlardagi erkin molekulalarning geometriyasi, ya'ni kristallarda bo'lgani kabi qo'shni molekulalar ta'sir qilmaydigan molekulalar aniqlanadi.
Elektronning tarqalishi - bu qattiq moddalarning tuzilishini o'rganish usuli.
Diffraktsiya usuli birinchi ikkita usuldan farqli o'laroq neytronlarning atom yadrolari bilan tarqalishiga asoslangan neytron diffraktsiyasidir, bu erda elektron qobiq bilan tarqalish qo'llaniladi. Yoritilgan elektronlarning diffraktsiyasi skaner elektron mikroskopida ishlatiladigan kristallografik usuldir. Bu so'zning keng ma'nosida, diffraksion sochish har doim turli xil elementar zarralarni atomlar va atom yadrolari tomonidan, shuningdek bir-birlari bilan elastik tarqalishi paytida ro'y beradi. Boshqa tomondan, moddaning zarrachali-to'lqinli dualizmi g'oyasi har doim odatda to'lqinga o'xshash deb hisoblanadigan hodisalarni tahlil qilish orqali kuchaytirildi, masalan, rentgen nurlari tarqalishi - to'lqin uzunligi l -5 0,5-5 E. bo'lgan qisqa elektromagnit to'lqinlar Shu bilan birga, dastlabki va tarqoq rentgen nurlari. nurlarni zarrachalar oqimi sifatida ko'rish va qayd etish mumkin - fotonlar hisoblagich yordamida ushbu nurlardagi rentgen fotonlar sonini aniqlaydi. Shuni ta'kidlash kerakki, to'lqin xususiyatlari har bir zarrachaga individualdir. Zarrachalarning tarqalishi paytida diffraktsiya naqshining shakllanishi kvant mexanikasida quyidagicha izohlanadi. Namunaning kristal panjarasi bilan o'zaro ta'siri natijasida kristaldan o'tgan elektron dastlabki harakatidan chetga chiqadi va elektronni ro'yxatdan o'tkazish uchun kristal orqasida o'rnatilgan fotosurat plitasiga bir nuqtada kiradi. Fotosurat emulsiyasiga kirib, elektron o'zini zarracha sifatida namoyon qiladi va fotokimyoviy reaktsiyaga sabab bo'ladi. Bir qarashda, elektronning plastinkaning bir yoki boshqa nuqtasiga kirishi mutlaqo o'zboshimchalikdir. Ammo uzoq vaqt ta'sir qilish bilan asta-sekin kristaldan o'tgan elektronlar tarqalishidagi diffraktsiya maxima va minima tasvirlangan rasm paydo bo'ladi. Berilgan elektron berilgan plastinkaga qayerda yetib borishini aniq taxmin qilish mumkin emas, lekin plastinkaning bir yoki boshqa nuqtasiga sochilganidan keyin uning paydo bo'lish ehtimolini aniqlab berishingiz mumkin. Bu ehtimollik elektron to'lqin funktsiyasi y, aniqrog'i uning moduli kvadratiga ko'ra aniqlanadi (chunki n murakkab funktsiyaga ega) | y | 2. Ammo, ko'p sonli sinovlar bilan ehtimollik ishonchlilik sifatida, elektronning kristal orqali ko'p marta o'tishi yoki haqiqiy diffraktsiya tajribalarida bo'lgani kabi, juda ko'p miqdordagi zarrachani o'z ichiga olgan elektron nur namuna orqali o'tganda, | y | 2 allaqachon diffraktsiyalangan nurlardagi intensivlikni taqsimlashni aniqlaydi. Shunday qilib, y 0 ni va elektronning kristal bilan o'zaro ta'sirining potentsial energiyasini bilish orqali hisoblash mumkin bo'lgan y elektronining to'lqin funktsiyasi statistik ma'noda diffraktsiya tajribasining to'liq tavsifini beradi.
Turli zarralarning diffraktsiyasining o'ziga xosligi. Atomning tarqoq amplitudasi. Diffaksiya geometrik printsiplarining umumiyligi tufayli zarrachalar tortishish nazariyasi ilgari ishlab chiqilgan rentgen diffraktsiyasi nazariyasidan juda ko'p narsaga ega bo'ldi. Shu bilan birga, turli xil zarralarning o'zaro ta'siri - elektron, neytron, atom va boshqalar. - modda bilan boshqacha jismoniy tabiat. Shuning uchun zarralarning kristallar, suyuqliklar va boshqalar tomonidan tarqalishini ko'rib chiqishda. Izolyatsiya qilingan modda turli zarralarni qanday tarqalishini bilish juda muhimdir. Alohida atomlar tomonidan zarralarning tarqalishida turli zarralarning tarqalish xususiyati namoyon bo'ladi. Har qanday atomlar tizimidagi (molekula, kristall va boshqalar) difraksiya ma'lum zarralar uchun f i va atom amplituda f i markazlarining koordinatalarini bilish orqali hisoblanadi. Kristal diffraktsiya paytida zarrachalarning diffraktsiya effektlari aniqroq namoyon bo'ladi. Shu bilan birga, kristaldagi atomlarning termal harakati diffraktsiya sharoitlarini biroz o'zgartiradi va formulada (6) kattalashgan J burchak bilan diffraksion nurlarning intensivligi pasayadi. Suyuqliklar, amorf jismlar yoki gaz molekulalari bo'yicha zarralarning tarqalish tartibida kristallga nisbatan ancha past bo'lganida, odatda bir necha diffuz diffraktsiya maxima kuzatiladi. Elektronning tarqalishi (elektron va ... grafikadan), o'rganilayotgan namunaga binoan tezlashtirilgan elektronlarning tarqalishiga asoslangan modda tuzilishini o'rganish usuli. U kristallar, amorf jismlar va suyuqliklar, gazlar va bug'lardagi molekulalarning atom tuzilishini o'rganish uchun ishlatiladi. Elektron diffraktsiyaning fizik asosi elektron diffraktsiya; materiyadan o'tayotganda to'lqin xususiyatlariga ega elektronlar atomlar bilan o'zaro ta'sir qiladi, natijada alohida diffraktsiya qilingan nurlar paydo bo'ladi. Ushbu nurlarning intensivligi va fazoviy tarqalishi namunaning atom tuzilishiga, alohida kristallarning o'lchamlari va yo'nalishiga va boshqa tarkibiy parametrlarga qat'iy muvofiqdir. Moddadagi elektronlarning tarqalishi atomlarning elektrostatik potentsiali bilan belgilanadi, ularning kristaldagi maksimal darajasi atom yadrolarining pozitsiyalariga to'g'ri keladi. Elektron difraksion tadqiqotlar maxsus qurilmalarda - elektron diffraktorlar va elektron mikroskoplarda olib boriladi; vakuum sharoitida elektronlar elektr maydoni tomonidan tezlashtirilib, tor diafragma nuriga yo'naltiriladi va namunadan o'tgandan so'ng hosil bo'lgan nurlar fotosuratga tushadi (elektron tarqalish naqshlari) yoki fotoelektrik qurilma tomonidan qayd etiladi. Elektronlarni tezlashtiradigan elektr kuchlanishining kattaligiga qarab, ular tezkor elektronlarning tarqalishini (kuchlanish 30-50 keV dan 1000 kV va undan yuqori) va sekin elektronlarning tarqalishini (kuchlanish bir necha yuzdan yuzlab voltgacha) farqlaydilar. Elektronning tarqalishi diffraktsiya tarkibiy usullariga tegishli (rentgen tizimli tahlil va neytron diffraktsiyasi bilan bir qatorda) va bir qator xususiyatlarga ega. Elektronlarning materiya bilan o'zaro mutanosib kuchsiz o'zaro ta'siri va shuningdek, elektron diffraktometrda yuqori diafragma nurini hosil qilish imkoniyati tufayli, elektron diffraktsiya naqshini olish uchun ta'sir qilish odatda bir soniya atrofida bo'lib, bu strukturaviy o'zgarishlarni, kristallanishni va boshqalarni o'rganishga imkon beradi. Boshqa tomondan, elektronning materiya bilan kuchli o'zaro ta'siri shaffof namunalarning ruxsat etilgan qalinligini o'ndan bir mikrongacha (1000-2000 keV kuchlanishda, maksimal qalinligi bir necha mikron) cheklaydi. Elektronning tarqalishi juda mayda kristall holatida bo'lgan juda ko'p miqdordagi moddalarning atom tuzilishini o'rganishga imkon berdi. Bundan tashqari, og'ir atomlar mavjud bo'lganda yorug'lik atomlarining joylashuvini aniqlashda rentgenologik tarkibiy tahlildan ustunlik bor (bunday tadqiqotlar neytron diffraktsiya usullari yordamida amalga oshiriladi, ammo elektron diffraktsiyada o'rganilganlarga qaraganda ancha katta o'lchamdagi kristallar uchun).

Olingan elektron diffraktsiya naqshlarining turi o'rganilayotgan ob'ektlarning xususiyatlariga bog'liq. Etarlicha aniq nisbiy yo'nalishga ega bo'lgan kristallardan yoki yupqa bitta kristall plitalardan tashkil topgan plyonkalardan elektron tortishish naqshlari nuqta yoki nuqta (nuqta) bilan to'g'ri nisbiy pozitsiyada hosil bo'ladi. Filmlarda kristallarning qisman yo'nalishi bilan ma'lum bir qonunga (tuzilishga) binoan yoylar ko'rinishidagi akslar olinadi. Tasodifiy tartibga solingan kristallardan tashkil topgan namunalarning elektron tortishish naqshlari xuddi bir xilda qoraygan doiralar bilan bo'yalgan naqshlarga o'xshash, harakatlanuvchi fotosurat plitasiga tushganda (kinematik tortishish) - parallel chiziqlarda hosil bo'ladi. Elektron diffraktsiya naqshlarining sanab o'tilgan turlari elastik, asosan bitta tarqoq (kristal bilan energiya almashinmasdan) natijasida olinadi. Bir nechta notekis chayqalish bilan diffraktsiya qilingan nurlardan ikkilamchi diffraktsiya shakllari paydo bo'ladi. Bunday elektron diffraktsiya naqshlari kikuchi-elektron diffraktsiya naqshlari deb nomlanadi (birinchi marta olgan yapon fizigi ismidan keyin). Gaz molekulalarining elektron diffraktsiya shakllarida oz miqdordagi diffuz halolar mavjud. Kristall strukturasining birlik hujayrasini va uning simmetriyasini aniqlash elektron diffraktsiya shaklidagi reflekslarning joylashishini o'lchashga asoslanadi. Kristaldagi d masofalar orasidagi masofa o'zaro bog'liqlik asosida aniqlanadi: bu erda L - tarqaladigan namunadan fotografiya plitasigacha bo'lgan masofa, l - uning energiyasi bilan aniqlanadigan elektronning Brogli to'lqin uzunligi, r - refleksdan tarqalmagan elektron tomonidan yaratilgan markaziy nuqtagacha bo'lgan masofa. Elektron diffraktsiyadagi kristallarning atom tuzilishini hisoblash usullari rentgen tizimli tahlilida ishlatilganlarga o'xshash (faqat ba'zi koeffitsientlar o'zgaradi). Ko'zgu intensivligini o'lchash bizga tarkibiy amplituda | Fhkl | ni aniqlashga imkon beradi. Kristalning elektrostatik potentsialining j (x, y, z) taqsimoti Furye qatori sifatida ko'rsatilgan. J (x, y, z) maksimal qiymatlari kristalning birlik hujayrasi ichidagi atomlarning joylashishiga mos keladi. Shunday qilib, odatda kompyuter tomonidan amalga oshiriladigan j (x, y, z) qiymatlarini hisoblash x, y, z atomlarining koordinatalarini, ular orasidagi masofani va boshqa xususiyatlarni belgilashga imkon beradi. Elektron tarqalish usullari ko'plab noma'lum atom tuzilmalarini aniqladi, ko'p miqdordagi moddalar, shu jumladan vodorod atomlari va o'tish metall nitril molekulalari (Fe, Cr, Ni, V) birinchi marta joylashtirilgan ko'plab zanjirli va tsiklik uglevodorodlarni o'z ichiga olgan ko'p miqdordagi moddalar uchun aniqlangan va to'ldirilgan rentgen nurlanishining tarqalishi, Niobiy, vanadiy va tantal oksidlarining keng sinfi, mos ravishda N va O atomlari, shuningdek 2 va 3 komponentli yarimo'tkazgichli birikmalar, loy minerallari va qatlamli tuzilmalar. Elektron diffraktsiyadan foydalanib, siz nuqsonli tuzilmalarning tuzilishini o'rganishingiz mumkin. Elektron mikroskopiya bilan birgalikda elektronning tarqalishi zamonaviy texnologiyalarning turli sohalarida ishlatiladigan ingichka kristalli plyonkalar tuzilishini takomillashtirish darajasini o'rganishga imkon beradi. Epitaktik jarayonlar uchun kikuchi-elektron diffraktsiya naqshlari yordamida amalga oshiriladigan plyonkalarni qo'llashdan oldin substrat yuzasining mukammallik darajasini nazorat qilish kerak: uning tuzilishidagi ozgina buzilishlar kikuchi-chiziqlarning xiralashishiga olib keladi. Ushbu elektron tortishish naqshlarining har bir nuqtasining intensivligi butun molekula tomonidan ham, unga kiradigan atomlar tomonidan ham belgilanadi. Strukturaviy tadqiqotlar uchun molekulyar tarkibiy qism muhim ahamiyatga ega, atom komponenti fon sifatida ko'rib chiqiladi va molekulyar intensivlikning umumiy intensivlikka nisbati elektronning tarqalish naqshining har bir nuqtasida o'lchanadi. Ushbu ma'lumotlar bizga atomlarning soni 10-20 gacha bo'lgan molekulalarning tuzilishini, shuningdek keng harorat oralig'ida ularning termal tebranishlarining tabiatini aniqlashga imkon beradi. Shu tarzda ko'plab organik molekulalarning tuzilishi, galidlar, oksidlar va boshqa birikmalar molekulalarining tuzilishi o'rganildi. Shunga o'xshash usul amorf jismlar, ko'zoynaklar va suyuqliklardagi qisqa masofali buyurtma atom tuzilishini tahlil qilish uchun ishlatiladi (Qarang: Uzoq masofali buyurtma va qisqa masofali buyurtma).
X-nurli nurlanish, ko'rinmas nurlanish, lekin har xil darajada, barcha moddalarga kirib borishga qodir. Bu to'lqin uzunligi 10-8 sm bo'lgan elektromagnit nurlanishdir. Ko'rinadigan yorug'lik singari, rentgen nurlari filmning qorayishiga olib keladi. Ushbu xususiyat tibbiyot, sanoat va tadqiqot uchun muhimdir. O'rganilayotgan ob'ektdan o'tib, keyin plyonkaga tushganda, rentgen nurlari uning ichki tuzilishini tasvirlaydi. Rentgen nurlarining kirish kuchi har xil materiallar uchun har xil bo'lganligi sababli, ob'ektning unchalik shaffof bo'lmagan qismlari nurlanish yaxshi kiradigan qismlarga qaraganda fotosuratda engilroq qismlarni hosil qiladi. Shunday qilib, teri va ichki organlarni tashkil etadigan to'qimalarga qaraganda suyak to'qimasi rentgen nurlari uchun kamroq shaffofdir. Shuning uchun, rentgenogrammada suyaklar engilroq joy sifatida ko'rsatilgan va nurlanish uchun shaffofroq bo'lgan sinish joyini osongina aniqlash mumkin. Rentgen fotografiyasi stomatologiyada tishlarning ildizlaridagi karies va xo'ppozlarni aniqlash uchun, shuningdek sanoatda quyma, plastmassa va kauchukdagi yoriqlarni aniqlash uchun ishlatiladi. X-nurlari kimyoviy birikmalarni tahlil qilishda va fizikada kristallarning tuzilishini o'rganish uchun ishlatiladi. Kimyoviy birikma orqali o'tadigan rentgen nurlanishining nurlanishi xarakterli ikkinchi darajali nurlanishni keltirib chiqaradi, spektroskopik tahlil kimyoviy birikmaning tarkibini aniqlashga imkon beradi. Agar rentgen nurlari kristalli moddaning ustiga tushganda, u kristalning atomlari tomonidan tarqalib, fotosurat plastinkasida dog'lar va chiziqlar aniq aniq tasvirini beradi, bu esa kristalning ichki tuzilishini o'rnatishga imkon beradi.
Saraton kasalligini davolashda rentgen nurlaridan foydalanish uning saraton hujayralarini o'ldirishiga asoslanadi. Biroq, bu normal hujayralarga kiruvchi ta'sir ko'rsatishi mumkin. Shuning uchun rentgen nurlaridan foydalanishda juda ehtiyot bo'lish kerak. Rentgen nurlanishini nemis fizigi V. Roentgen (1845-1923) kashf etgan. Uning ismi ushbu nurlanish bilan bog'liq ba'zi boshqa fizik ma'nolarda abadiylashtiriladi: rentgen - bu ionlashtiruvchi nurlanishning xalqaro dozasi; rentgen apparatida olingan rasmga rentgen deyiladi; X-nurlari kasalliklarni tashxislash va davolash uchun ishlatiladigan rentgenologik tibbiyot sohasiga radiologiya deyiladi.
X-ray diffraktsiya usuli.
X-ray tahlilining rivojlanishi M. Lauening (1912) mashhur tajribasidan boshlanib, u rentgen nurlanishining nurlari o'tishini ko'rsatdi. Kristall orqali diffraktsiya o'tkaziladi, shu bilan birga diffraktsiya maxima tarqalish simmetriyasi simmetriyaga to'g'ri keladi
Kristall diffraksion maxima rentgen difraksion tahlilining asosiy qonuniga, Wulf- Bragg tenglamasiga mos keladigan barcha yo'nalishlarda yuzaga keladi.
Diffaktsiya usullarini shartli ravishda ikki guruhga bo'lish mumkin: 1) kristallga nurning tushish burchagi doimiy va nurlanish uzunligi o'zgaradi; 2) to'lqin uzunligi doimiy va ta'sirlanish burchagi o'zgaradi. Birinchi guruhning usullariga Laue usuli kiradi, bu polichromatik rentgen nurlanishining statsionar bitta kristallga yo'naltirilganligidan iborat bo'lib, uning orqasida kino bor. Polchromatik nurlanishda mavjud bo'lgan to'lqin uzunliklarining har doim Wulf - Brzgg tenglamasi shartlarini qondiradigan bunday to'lqin mavjud. Laue usuli kristallning simmetriyasini ochib berishga imkon beradi. Ikkinchi guruhning usullariga bitta kristall va polikristall namunani aylantirish usullari kiradi. Yagona kristallni aylantirish usulida
monoxromatik nur oddiy o'q atrofida aylanayotgan bitta kristallga yo'naltirilgan. Bunday holda, kristallning turli tekisliklari diffraktsiya shartlariga mos keladigan joyga tushadi, bu esa mos keladigan diffraktsiya naqshini shakllantirishga olib keladi. Integratsiyalangan intensivlikni o'lchash va tarkibiy amplituda to'plamini aniqlash orqali kristall tuzilishini aniqlash mumkin. Polikristal materiallarni o'rganishda namuna monoxromatik nurlanish bilan yoritiladi. Tasodifiy yo'naltirilgan kristallar to'plamida har doim yo'nalishi Vulf-Bragg tenglamasiga mos keladiganlar mavjud. Yoritilgan nur fotografik usul bilan yoziladi (2-rasm) yoki ionlash yoki sintilatsion hisoblagichlar orqali signal kuchaytirgichlar va hisoblash asboblari orqali intensivlikni taqsimlash egri chizig'ini qayd qiluvchi potentsiometrga uzatiladi (3-rasm). Diffraktsiya maximasining joylashuvi panjara geometriyasini va ularning zichligini, ya'ni elektronning zichligini taqsimlanishini, ya'ni elektronning kristalning u yoki boshqa nuqtasida bo'lish ehtimolini aniqlash uchun ishlatiladi. (4-rasm). Elektron zichligini taqsimlash nafaqat paneldagi atomlarning holatini, balki kimyoviy bog'lanish turini ham aniqlash imkonini beradi. Diffraktometrlarga yuqori haroratli birikmalar isitish vaqtida polimorfik o'zgarishlarni qayd etish va qattiq fazali reaktsiyalarni kuzatish imkonini beradi. X-ray diffraktsiyasi ham kristallardagi nuqsonlarni o'rganishga imkon beradi.
Elektronning diffraktsiya usuli (elektron diffraktsiya). Usul atomlarning elektrostatik maydoni bilan o'zaro ta'sirlashganda elektron nur tarqalishiga asoslanadi. X-raydan farqli o'laroq, elektron nurlanish faqat sayoz chuqurlikka kirishi mumkin, shuning uchun o'rganilayotgan namunalar yupqa qatlamli bo'lishi kerak. Elektron diffraktsiyasidan foydalanib, kristallda sayyoralararo masofani aniqlashdan tashqari, yorug'lik atomlari zaif tarqalib ketgan rentgen nurlari yordamida amalga oshirib bo'lmaydigan panjaradagi yorug'lik atomlarining holatini o'rganish mumkin. Neytronning diffraktsiya usuli. Neytron nurini olish uchun atom reaktori kerak, shuning uchun bu usul nisbatan kam qo'llaniladi. Reaktordan chiqayotganda nur juda zaiflashadi, shuning uchun keng nurni ishlatish va shunga mos ravishda namunaning hajmini oshirish kerak. Usulning afzalligi shundaki, vodorod atomlarining fazoviy holatini aniqlash qobiliyati bo'lib, uni boshqa diffraktsiya usullari bilan amalga oshirib bo'lmaydi. Shakl 4. Kristallning elektron zichligini (o) va tuzilishini (b) kovalent bog'lanish (olmos) bilan taqsimlash. Breggvulf sharti — toʻlqin uzunligini oʻzgartirmay kristalldan sochilgan rentgen nurlarining interferension maksimumlari vaziyatini belgilovchi shart. Ingliz fizigi U. L. Bregg va rus fizigi G. V. Vulf tomonidan bir-biridan mustaqil ravishda 1913 yil topilgan. Bu shartga koʻra, rentgen nurlari parallel kristallografik tekisliklar tizimidan qaytganda interferension maksimumlar vujudga keladi. B.—Breggvulf shartini quyidagi koʻrinishda yozish mumkin: 2sIpv=pK, bunda d — tekisliklar orasidagi masofa, v — qaytaruvchi tekislik bilan tushayotgan nur orasidagi burchak, X — rentgen nurlari toʻlqinlari uzunligi, p — nur qaytarish tartibi, yaʼni musbat yaxlit son. Kristallardan fakat rentgen nurlari emas, balki u nurlar sochilganda (elektronlar, protonlar va neytronlar difraksiyasida) ham B.—Breggvulf sharti bajariladi.
Bregg qonuni :Muayyan matematik shartlarga amal qilinsa, kristalldan akslangan rentgen nurlari shunday aniq difraksion manzarani namoyon qiladiki, undan kristallning panjara strukturasining tasvirini hosil qilish mumkin bo‘ladi.

Kristallarda atomlar muntazam takrorlanuvchi geometrik struktura tarzida tartiblangan bo‘lib, ushbu strukturani fanda kristall panjara deyiladi. Qattiq jism fizikasi sohasining asosiy vazifalaridan biri - kristalllarning struktura tuzilishini aniqlashdan iboratdir. Kristallarning struktura tuzilishini aniqlash uchun odatda fiziklar Avstraliyalik olim ser Uilyam Lourens Bregg (1862-1942) tomonidan kashf qilingan va uning nomi bilan ataladigan qonunga asoslanuvchi usuldan foydalanadilar.