რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის გამოყენება მოლეკულურ ბიოლოგიაში. რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი

რენტგენის სხივები, აღმოჩენილი 1895 წელს ვ. რენტგენის მიერ, არის ძალიან მცირე ტალღის სიგრძის ელექტრომაგნიტური რხევები, რომლებიც შედარებულია ატომურ ზომებთან, წარმოიქმნება როდესაც ნივთიერება ექვემდებარება სწრაფ ელექტრონებს.

რენტგენის სხივები ფართოდ გამოიყენება მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში.

მათი ტალღური ბუნება 1912 წელს დაადგინეს გერმანელმა ფიზიკოსებმა მ.ლაუემ, ვ. ფრიდრიხმა და პ. კნიპინგმა, რომლებმაც აღმოაჩინეს კრისტალების ატომურ გისოსზე რენტგენის დიფრაქციის ფენომენი. რენტგენის სხივების ვიწრო სხივი სტაციონარული კრისტალისკენ მიმართეს, მათ დაარეგისტრირეს დიფრაქციის ნიმუში ბროლის უკან მოთავსებულ ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე, რომელიც შედგებოდა დიდი რაოდენობით რეგულარულად მოწყობილი ლაქებისგან. თითოეული ლაქა არის დიფრაქციული სხივის კვალი, რომელიც მიმოფანტულია ბროლით. ამ მეთოდით მიღებულ რენტგენოგრაფიას ლაუეგრამა ეწოდება. ეს აღმოჩენა იყო საფუძველი რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი.

პრაქტიკული მიზნებისთვის გამოყენებული რენტგენის ტალღის სიგრძე მერყეობს რამდენიმე ანგსტრომიდან ანგსტრომის ნაწილებამდე (Å), რაც შეესაბამება რენტგენის გამომწვევი ელექტრონების ენერგიას 10³-დან 105 eV-მდე.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი არის სხეულების სტრუქტურის შესწავლის მეთოდი რენტგენის დიფრაქციის ფენომენის გამოყენებით, ნივთიერების სტრუქტურის შესწავლის მეთოდი სივრცეში განაწილებით და გაანალიზებულ ობიექტზე მიმოფანტული რენტგენის გამოსხივების ინტენსივობით. დიფრაქციის ნიმუში დამოკიდებულია გამოყენებული რენტგენის ტალღის სიგრძეზე და ობიექტის სტრუქტურაზე. ატომის სტრუქტურის შესასწავლად გამოიყენება ~1Å ტალღის სიგრძის გამოსხივება, ე.ი. დაახლოებით ატომის ზომის.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით შესწავლილია ლითონები, შენადნობები, მინერალები, არაორგანული და ორგანული ნაერთები, პოლიმერები, ამორფული მასალები, სითხეები და აირები, ცილის მოლეკულები, ნუკლეინის მჟავები და სხვ. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი არის მთავარი მეთოდი კრისტალების სტრუქტურის დასადგენად. კრისტალების შემოწმებისას ის იძლევა ყველაზე მეტ ინფორმაციას. ეს გამოწვეულია იმით, რომ კრისტალებს აქვთ მკაცრი პერიოდულობა თავიანთ სტრუქტურაში და წარმოადგენენ დიფრაქციულ ბადეს ბუნების მიერ შექმნილი რენტგენის სხივებისთვის. თუმცა, ის ასევე იძლევა ღირებულ ინფორმაციას ნაკლებად მოწესრიგებული სტრუქტურის მქონე სხეულების შესწავლისას, როგორიცაა სითხეები, ამორფული სხეულები, თხევადი კრისტალები, პოლიმერები და სხვა. მრავალი უკვე გაშიფრული ატომური სტრუქტურის საფუძველზე, საპირისპირო პრობლემაც შეიძლება გადაწყდეს: ამ ნივთიერების კრისტალური შემადგენლობა შეიძლება დადგინდეს პოლიკრისტალური ნივთიერების რენტგენის ნიმუშიდან, მაგალითად, შენადნობი ფოლადი, შენადნობი, მადანი, მთვარის ნიადაგი. ანუ ტარდება ფაზის ანალიზი.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის დროს შესასწავლი ნიმუში მოთავსებულია რენტგენის სხივების გზაზე და აღირიცხება სხივების ნივთიერებასთან ურთიერთქმედების შედეგად წარმოქმნილი დიფრაქციის ნიმუში. კვლევის შემდეგ ეტაპზე ხდება დიფრაქციული ნიმუშის ანალიზი და გამოთვლებით დგინდება ნაწილაკების ურთიერთგანლაგება სივრცეში, რამაც გამოიწვია ამ ნიმუშის გამოჩენა.

კრისტალური ნივთიერებების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი იყოფა ორ ეტაპად.

1) კრისტალის ერთეული უჯრედის ზომის, ერთეულ უჯრედში ნაწილაკების (ატომების, მოლეკულების) რაოდენობის და ნაწილაკების განლაგების სიმეტრიის (ე.წ. სივრცის ჯგუფის) დადგენა. ეს მონაცემები მიღებულია დიფრაქციული მწვერვალების განლაგების გეომეტრიის ანალიზით.

2) ელექტრონის სიმკვრივის გამოთვლა ერთეული უჯრედის შიგნით და ატომების კოორდინატების განსაზღვრა, რომლებიც იდენტიფიცირებულია ელექტრონის სიმკვრივის მაქსიმუმების პოზიციასთან. ეს მონაცემები მიიღება დიფრაქციული მწვერვალების ინტენსივობის ანალიზით.

კრისტალების რენტგენის გადაღების მეთოდები.

არსებობს დიფრაქციის ნიმუშის მიღებისა და ჩაწერის სხვადასხვა ექსპერიმენტული მეთოდი. ნებისმიერ შემთხვევაში, არსებობს რენტგენის წყარო, რენტგენის ვიწრო სხივის განცალკევების სისტემა, სხივში ნიმუშის დაფიქსირებისა და ორიენტაციის მოწყობილობა და ნიმუშის მიერ მიმოფანტული გამოსხივების დეტექტორი. მიმღები არის ფოტოგრაფიული ფილმი, ან რენტგენის კვანტების იონიზაციის ან ცინტილაციის მრიცხველები. რეგისტრაციის მეთოდი მრიცხველების გამოყენებით (დიფრაქტომეტრიული) იძლევა გაცილებით მაღალ სიზუსტეს რეგისტრირებული გამოსხივების ინტენსივობის განსაზღვრაში.

Wulf-Bragg-ის მდგომარეობიდან პირდაპირ გამომდინარეობს, რომ დიფრაქციული ნიმუშის რეგისტრაციისას მასში შემავალი ორი პარამეტრიდან ერთი, ¾l - ტალღის სიგრძე ან q - დაცემის კუთხე, უნდა იყოს ცვალებადი.

კრისტალების ძირითადი რენტგენის ფილმებია: ლაუეს მეთოდი, ფხვნილის მეთოდი (დებიეგრამის მეთოდი), ბრუნვის მეთოდი და მისი ვარიაცია - რენტგენის გონიომეტრის ქანების მეთოდი და სხვადასხვა მეთოდები.

ლაუეს მეთოდშიარამონოქრომატული („თეთრი“) სხივების სხივი ეცემა ერთკრისტალურ ნიმუშზე (ნახ.). დიფრაქციით მხოლოდ ის სხივები, რომელთა ტალღის სიგრძე აკმაყოფილებს ვულფ-ბრაგის მდგომარეობას. დიფრაქციული ლაქები ლაუგრამაზე (ნახ.) განლაგებულია ელიფსების, ჰიპერბოლებისა და სწორი ხაზების გასწვრივ, რომლებიც აუცილებლად გადიან ადგილზე პირველადი სხივიდან.

სურ.– რენტგენის მეთოდის სქემა ლაუეს მიხედვით: 1- რენტგენის სხივების მოხვედრა ერთკრისტალურ ნიმუშზე; 2 - კოლიმატორი; 3 - ნიმუში; 4 - დიფრაქციული სხივები; 5 - ბრტყელი ფილმი;

ბ – ტიპიური ლაუეგრამა.

Lauegram-ის მნიშვნელოვანი თვისებაა ის, რომ ბროლის შესაბამისი ორიენტაციის შემთხვევაში, ამ მოსახვევების განლაგების სიმეტრია ასახავს ბროლის სიმეტრიას. ლაუს ნიმუშებზე ლაქების ბუნებიდან გამომდინარე, შეიძლება გამოვლინდეს შინაგანი სტრესები და კრისტალური სტრუქტურის სხვა დეფექტები. Lauegram-ის ცალკეული ლაქების ინდექსირება ძალიან რთულია. ამიტომ, ლაუს მეთოდი გამოიყენება ექსკლუზიურად ბროლის სასურველი ორიენტაციის მოსაძებნად და მისი სიმეტრიის ელემენტების დასადგენად. ეს მეთოდი ამოწმებს ერთკრისტალების ხარისხს უფრო სრულყოფილი სტრუქტურული კვლევისთვის ნიმუშის არჩევისას.

ფხვნილის მეთოდით(ნახ), ისევე როგორც ქვემოთ აღწერილი რენტგენის გამოსახულების ყველა სხვა მეთოდში, გამოიყენება მონოქრომატული გამოსხივება. ცვლადი პარამეტრი არის q დაცემის კუთხე, ვინაიდან ნებისმიერი ორიენტაციის კრისტალები პირველადი სხივის მიმართულების მიმართ ყოველთვის გვხვდება პოლიკრისტალურ ფხვნილის ნიმუშში.

ლეღვი - რენტგენის გადაღების სქემა ფხვნილის მეთოდით: 1 - პირველადი სხივი; 2 - ფხვნილი ან პოლიკრისტალური ნიმუში; 3 - გარშემოწერილობის გარშემო შემობრუნებული ფოტოფილმი; 4 - დიფრაქციული კონუსები; 5 - "რკალი" ფილმზე, რომელიც წარმოიქმნება, როდესაც მისი ზედაპირი კვეთს დიფრაქციულ კონუსებს;

ბ – ტიპიური ფხვნილის რენტგენის ნიმუში (დიბაიეგრამა).

ყველა კრისტალის სხივები, რომლებშიც სიბრტყეები მოცემული პლანთაშორისი მანძილით d hk1 არიან „ამრეკლავ მდგომარეობაში“, ანუ ისინი აკმაყოფილებენ ვულფ-ბრაგის მდგომარეობას, ქმნიან კონუსს 4q რასტრული კუთხით პირველადი სხივის გარშემო. . თითოეული d hk1 შეესაბამება საკუთარ დიფრაქციის კონუსს. დიფრაქციული რენტგენის სხივების თითოეული კონუსის გადაკვეთა ცილინდრის სახით შემოხვეული ფოტოფილმის ზოლთან, რომლის ღერძი გადის ნიმუშზე, იწვევს მასზე კვალის გამოჩენას, რომლებიც სიმეტრიულად მდებარე თაღებს ჰგავს. პირველადი სხივისკენ (ნახ.). სიმეტრიულ „რკალებს“ შორის მანძილების ცოდნით, შესაძლებელია კრისტალში d შესაბამისი პლანეტაშორისი მანძილების გამოთვლა.

ფხვნილის მეთოდი უმარტივესი და მოსახერხებელია ექსპერიმენტული ტექნიკის თვალსაზრისით, თუმცა ერთადერთი ინფორმაცია მას გვაწვდის - პლანთაშორისი მანძილების არჩევა - უმარტივესი სტრუქტურების გაშიფვრის საშუალებას იძლევა.

ბრუნვის მეთოდით(ნახ.) ცვლადის პარამეტრი არის კუთხე q.

გადაღება ხდება ცილინდრულ ფილაზე. ექსპოზიციის მთელი პერიოდის განმავლობაში, კრისტალი ერთნაირად ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო, რაც ემთხვევა ზოგიერთ მნიშვნელოვან კრისტალოგრაფიულ მიმართულებას და ცილინდრის ღერძს, რომელიც წარმოიქმნება ზოლით. დიფრაქციული სხივები მოძრაობს კონუსების გენერატრიებზე, რომლებიც ფილასთან გადაკვეთისას წარმოქმნიან ხაზებს, რომლებიც შედგება ლაქებისგან (ე.წ. შრეების ხაზები.

ბრუნვის მეთოდი ექსპერიმენტატორს უფრო მდიდარ ინფორმაციას აძლევს, ვიდრე ფხვნილის მეთოდი. ფენის ხაზებს შორის მანძილებიდან შეიძლება გამოვთვალოთ გისოსების პერიოდი ბროლის ბრუნვის ღერძის მიმართულებით.

ბრინჯი. – რენტგენის კვლევის სქემა ბრუნვის მეთოდით: 1 – პირველადი სხივი;

2 - ნიმუში (ბრუნავს ისრის მიმართულებით); 3 – ცილინდრული ფილმი;

ბ – ბრუნვის ტიპიური რენტგენი.

განხილული მეთოდი ამარტივებს რენტგენის ლაქების ინდექსირებას. ასე რომ, თუ კრისტალი ბრუნავს ღერძის გარშემო თანგისოსები, შემდეგ ხაზის ყველა ლაქა, რომელიც გადის პირველადი სხივის კვალს, აქვს ინდექსები (h, k, 0), მის მიმდებარე ფენების ხაზებზე, შესაბამისად (h, k, 1) და (h, k, 1 ¯) და ასე შემდგომ. თუმცა, ბრუნვის მეთოდი არ იძლევა ყველა შესაძლო ინფორმაციას, ამიტომ არასოდეს არის ცნობილი ბროლის ბრუნვის რა კუთხით ბრუნვის ღერძის გარშემო წარმოიქმნა ესა თუ ის დიფრაქციული ლაქა.

სვინგის მეთოდით, რომელიც ბრუნვის მეთოდის ვარიანტია, ნიმუში არ ასრულებს სრულ ბრუნვას, არამედ „ბრუნავს“ იმავე ღერძის გარშემო მცირე კუთხოვანი ინტერვალით. ეს აადვილებს ლაქების ინდექსირებას, ვინაიდან შესაძლებელს ხდის, თითქოსდა, მივიღოთ რენტგენის სხივების როტაციის ნიმუში ნაწილებად და დადგინდეს, რხევის ინტერვალის სიზუსტით, ბროლის რა კუთხით ბრუნავს. პირველადი სხივი გამოჩნდა გარკვეული დიფრაქციული ლაქები.

მეთოდები იძლევა ყველაზე მდიდარ ინფორმაციას. რენტგენის გონიომეტრი. რენტგენის გონიომეტრი, მოწყობილობა, რომლითაც შეგიძლიათ ერთდროულად ჩაწეროთ რენტგენის სხივების დიფრაქციული მიმართულება შესასწავლ ნიმუშზე და ნიმუშის მდებარეობა დიფრაქციის მომენტში. ერთ-ერთი მათგანი, ვაისენბერგის მეთოდი, არის ბრუნვის მეთოდის შემდგომი განვითარება. ამ უკანასკნელისგან განსხვავებით, ვაისენბერგის რენტგენის გონიომეტრში, ყველა დიფრაქციული კონუსი, გარდა ერთისა, დაფარულია ცილინდრული ეკრანით, ხოლო დარჩენილი დიფრაქციული კონუსის ლაქები (ან, იგივე, ფენის ხაზი) ” იშლება“ ფოტოგრაფიული ფილმის მთელ არეალზე მისი ორმხრივი ღერძული მოძრაობით კრისტალური ბრუნვით სინქრონულად. ეს შესაძლებელს ხდის განვსაზღვროთ, თუ რა ორიენტაციის კრისტალზე გამოჩნდა ვასენბერგოგრამის თითოეული ლაქა.

ბრინჯი. ვაისენბერგის რენტგენის გონიომეტრის სქემატური დიაგრამა: 1 - ფიქსირებული ეკრანი, რომელიც გადის მხოლოდ ერთ დიფრაქციულ კონუსს; 2 - კრისტალი, რომელიც ბრუნავს X-X ღერძის გარშემო; 3 – ცილინდრული ფოტოფილმი, რომელიც წინ მიიწევს X – X ღერძის გასწვრივ კრისტალის 2 ბრუნვით სინქრონულად; 4 – დიფრაქციული კონუსი გავლილი ეკრანით; 5 - პირველადი სხივი.

არსებობს სხვა გამოსახულების მეთოდები, რომლებიც იყენებენ ნიმუშისა და ფოტოფილმის ერთდროულ მოძრაობას. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია ორმხრივი გისოსების გადაღების მეთოდი და ბურგერის პრეცესიის მეთოდი. ყველა ეს მეთოდი იყენებს დიფრაქციული ნიმუშის ფოტოგრაფიულ რეგისტრაციას. რენტგენის დიფრაქტომეტრში შესაძლებელია დიფრაქციული ანარეკლების ინტენსივობის პირდაპირ გაზომვა პროპორციული, სცინტილაციური და სხვა რენტგენის ფოტონების მრიცხველების გამოყენებით.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის გამოყენება.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი შესაძლებელს ხდის ობიექტურად დადგინდეს კრისტალური ნივთიერებების სტრუქტურა, მათ შორის ისეთი რთული, როგორიცაა ვიტამინები, ანტიბიოტიკები, საკოორდინაციო ნაერთები და ა.შ. ბროლის სრული სტრუქტურული შესწავლა ხშირად შესაძლებელს ხდის წმინდა ქიმიური პრობლემების გადაჭრას, მაგალითად, ქიმიური ფორმულის დადგენა ან დახვეწა, კავშირის ტიპი, მოლეკულური წონა ცნობილ სიმკვრივეზე ან სიმკვრივე ცნობილ მოლეკულურ წონაზე, სიმეტრია და მოლეკულების კონფიგურაცია. და მოლეკულური იონები.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი წარმატებით გამოიყენება პოლიმერების კრისტალური მდგომარეობის შესასწავლად. ღირებულ ინფორმაციას გვაწვდის აგრეთვე რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ამორფული და თხევადი სხეულების შესწავლისას. ასეთი სხეულების რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშები შეიცავს რამდენიმე ბუნდოვან დიფრაქციულ რგოლს, რომელთა ინტენსივობა სწრაფად მცირდება q მატებასთან ერთად. ამ რგოლების სიგანეზე, ფორმასა და ინტენსივობაზე დაყრდნობით, შეიძლება გამოვიტანოთ დასკვნები მცირე დიაპაზონის რიგის თავისებურებებზე კონკრეტულ თხევად ან ამორფულ სტრუქტურაში.

რენტგენის გამოყენების მნიშვნელოვანი სფეროა ლითონებისა და შენადნობების რენტგენოგრაფია, რომელიც მეცნიერების ცალკე დარგად იქცა. "რადიოგრაფიის" კონცეფცია მოიცავს რენტგენის სრულ ან ნაწილობრივ დიფრაქციულ ანალიზთან ერთად, რენტგენის სხივების გამოყენების სხვა გზებსაც - რენტგენის ხარვეზის გამოვლენას (გადაცემას), რენტგენის სპექტრალურ ანალიზს, რენტგენის მიკროსკოპიას და სხვა. . დადგენილია სუფთა ლითონებისა და მრავალი შენადნობის სტრუქტურები. რენტგენის დიფრაქციის ანალიზზე დაფუძნებული შენადნობების კრისტალური ქიმია ლითონის მეცნიერების ერთ-ერთი წამყვანი დარგია. ლითონის შენადნობების არც ერთი მდგომარეობის დიაგრამა არ შეიძლება ჩაითვალოს საიმედოდ დადგენილად, თუ ეს შენადნობები არ არის შესწავლილი რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდების გამოყენების წყალობით, შესაძლებელი გახდა სტრუქტურული ცვლილებების ღრმად შესწავლა, რაც ხდება ლითონებსა და შენადნობებში მათი პლასტმასის და თერმული დამუშავების დროს.

სერიოზული შეზღუდვებით ხასიათდება აგრეთვე რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდი. სრული რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისთვის აუცილებელია, რომ ნივთიერება კარგად კრისტალიზდეს და იძლევა საკმარისად სტაბილურ კრისტალებს. ზოგჯერ საჭიროა კვლევის ჩატარება მაღალ ან დაბალ ტემპერატურაზე. ეს მნიშვნელოვნად ართულებს ექსპერიმენტს. სრული შესწავლა არის ძალიან შრომატევადი, შრომატევადი და მოიცავს დიდი რაოდენობით გამოთვლით სამუშაოს.

საშუალო სირთულის ატომური სტრუქტურის დასამყარებლად (~ 50-100 ატომები ერთეულ უჯრედში), საჭიროა გავზომოთ რამდენიმე ასეული და თუნდაც ათასობით დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობა. ეს ძალიან შრომატევადი და შრომატევადი სამუშაო ხორციელდება კომპიუტერის მიერ კონტროლირებადი ავტომატური მიკროდენსიტომეტრებით და დიფრაქტომეტრებით, ზოგჯერ რამდენიმე კვირის ან თუნდაც თვეების განმავლობაში (მაგალითად, ცილის სტრუქტურების ანალიზისას, როდესაც ასახვის რაოდენობა ასობით ათასამდე იზრდება). ამასთან დაკავშირებით, ბოლო წლებში, მაღალსიჩქარიანი კომპიუტერები ფართოდ გამოიყენება რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის პრობლემების გადასაჭრელად. თუმცა, კომპიუტერების გამოყენების შემთხვევაშიც კი, სტრუქტურის განსაზღვრა რჩება რთულ და შრომატევად სამუშაოდ. დიფრაქტომეტრში რამდენიმე მრიცხველის გამოყენებამ, რომელსაც შეუძლია ასახვის პარალელურად აღრიცხვა, შეიძლება შეამციროს ექსპერიმენტის დრო. დიფრაქტომეტრიული გაზომვები აღემატება ფოტოგრაფიულ ჩანაწერს მგრძნობელობისა და სიზუსტის თვალსაზრისით.

საშუალებას გაძლევთ ობიექტურად განსაზღვროთ მოლეკულების სტრუქტურა და კრისტალში მოლეკულების ურთიერთქმედების ზოგადი ბუნება, რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ყოველთვის არ იძლევა შესაძლებლობას დარწმუნებით ვიმსჯელოთ ქიმიური ბმების ბუნებაში არსებული განსხვავებების შესახებ. მოლეკულა, რადგან ბმის სიგრძისა და ბმის კუთხეების განსაზღვრის სიზუსტე ხშირად არასაკმარისია ამ მიზნით. . მეთოდის სერიოზული შეზღუდვაა აგრეთვე მსუბუქი ატომების და განსაკუთრებით წყალბადის ატომების პოზიციების განსაზღვრის სირთულე.

რეფერატი დაასრულა მე-2 ჯგუფის მე-2 კურსის სტუდენტმა საპეგინა ნ.ლ.

უკრაინის ჯანდაცვის სამინისტრო

უკრაინის ეროვნული ფარმაცევტული აკადემია

ფიზიკა-მათემატიკის კათედრა

ბიოფიზიკის და ანალიზის ფიზიკური მეთოდების კურსი

ქალაქი ჰარკოვი

შესავალი

რენტგენის სხივები ფართოდ გამოიყენება მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში.

მათი ტალღური ბუნება 1912 წელს დაადგინეს გერმანელმა ფიზიკოსებმა მ.ლაუემ, ვ. ფრიდრიხმა და პ. კნიპინგმა, რომლებმაც აღმოაჩინეს კრისტალების ატომურ გისოსზე რენტგენის დიფრაქციის ფენომენი. რენტგენის სხივების ვიწრო სხივი სტაციონარული კრისტალისკენ მიმართეს, მათ დაარეგისტრირეს დიფრაქციის ნიმუში ბროლის უკან მოთავსებულ ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე, რომელიც შედგებოდა დიდი რაოდენობით რეგულარულად განლაგებული ლაქებისგან. თითოეული ლაქა არის დიფრაქციული სხივის კვალი, რომელიც მიმოფანტულია ბროლით. ამ მეთოდით მიღებულ რენტგენოგრაფიას ლაუეგრამა ეწოდება. ეს აღმოჩენა იყო რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის საფუძველი.

რენტგენის სპექტრები.

არსებობს ორი სახის გამოსხივება: bremsstrahlung და დამახასიათებელი.

ბრემსტრაჰლუნგი ხდება მაშინ, როდესაც ელექტრონები ნელდება რენტგენის მილის ანტიკათოდით. ის იშლება უწყვეტ სპექტრად მკვეთრი საზღვრით მოკლე ტალღის სიგრძის მხარეს. ამ საზღვრის პოზიცია განისაზღვრება ნივთიერებაზე მოხვედრილი ელექტრონების ენერგიით და არ არის დამოკიდებული ნივთიერების ბუნებაზე. bremsstrahlung სპექტრის ინტენსივობა სწრაფად იზრდება ბომბდამშენი ნაწილაკების მასის კლებასთან ერთად და აღწევს მნიშვნელოვან მნიშვნელობას ელექტრონებით აღგზნებისას.

დამახასიათებელი რენტგენის სხივები წარმოიქმნება, როდესაც ელექტრონი ამოვარდება ატომის ერთ-ერთი შიდა ფენიდან, რასაც მოჰყვება გადასვლა გათავისუფლებულ ელექტრონის ორბიტაზე ზოგიერთი გარე ფენიდან. მათ აქვთ აირების ოპტიკური სპექტრის მსგავსი ხაზის სპექტრი. თუმცა, ამ და სხვა სპექტრებს შორის ფუნდამენტური განსხვავებაა: რენტგენის სხივების დამახასიათებელი სპექტრის სტრუქტურა (რიცხვი, ფარდობითი განლაგება და ხაზების შედარებითი სიკაშკაშე), აირების ოპტიკური სპექტრისგან განსხვავებით, არ არის დამოკიდებული ნივთიერებაზე. (ელემენტი), რომელიც იძლევა ამ სპექტრს.

რენტგენის სხივების დამახასიათებელი სპექტრის სპექტრული ხაზები ქმნიან რეგულარულ მიმდევრობებს ან სერიებს. ეს სერიები აღინიშნება ასოებით K, L, M, N…, და ამ სერიის ტალღის სიგრძე იზრდება K-დან L-მდე, L-დან M-მდე და ა.შ. ამ სერიების არსებობა მჭიდროდ არის დაკავშირებული ელექტრონული გარსების სტრუქტურასთან. ატომების.

დამახასიათებელი რენტგენის სპექტრები ასხივებს სამიზნე ატომებს, რომლებშიც ელექტრონი გამოდის ერთ-ერთი შიდა გარსიდან (K-, L-, M-, ... გარსი) მაღალი ენერგიის დამუხტულ ნაწილაკთან ან პირველადი X-ის ფოტონთან შეჯახებისას. - სხივური გამოსხივება. ატომის მდგომარეობა, რომელსაც აქვს ვაკანსია შიდა გარსში (მისი საწყისი მდგომარეობა) არასტაბილურია. ერთ-ერთი გარე გარსიდან ელექტრონს შეუძლია შეავსოს ეს ვაკანსია და შემდეგ ატომი გადადის საბოლოო მდგომარეობაში ქვედა ენერგიით (მდგომარეობა გარე გარსში ვაკანსიით).

ატომს შეუძლია ასხივოს ზედმეტი ენერგია დამახასიათებელი გამოსხივების ფოტონის სახით. ვინაიდან ატომის საწყისი და E 2 საბოლოო მდგომარეობების ენერგია E 1 კვანტიზებულია, ჩნდება რენტგენის სპექტრის ხაზი n=(E 1 - E 2)/სთ სიხშირით, სადაც h არის პლანკის მუდმივი.

ატომის ყველა შესაძლო რადიაციული კვანტური გადასვლა საწყისი K-მდგომარეობიდან ქმნის ურთულეს (მოკლე ტალღის სიგრძის) K-სერიებს. L-, M-, N-სერიები იქმნება ანალოგიურად (ნახ. 1).

ბრინჯი. 1. ატომის K-, L-, M-დონეების სქემა და K-, L-სერიის ძირითადი ხაზები.

ნივთიერებაზე დამოკიდებულება ვლინდება მხოლოდ იმით, რომ მენდელეევის სისტემაში ელემენტის რიგითი რიცხვის მატებასთან ერთად, მისი მთელი დამახასიათებელი რენტგენის სპექტრი გადადის უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე. გ. მოსელიმ 1913 წელს აჩვენა, რომ მოცემული სპექტრული ხაზის სიხშირის (ან ორმხრივი ტალღის სიგრძის) კვადრატული ფესვი წრფივად არის დაკავშირებული ზ. ელემენტის ატომურ რიცხვთან. მოსელის კანონმა ითამაშა ძალიან მნიშვნელოვანი როლი მენდელეევის პერიოდული სისტემის ფიზიკურ დასაბუთებაში. .

დამახასიათებელი რენტგენის სპექტრის კიდევ ერთი ძალიან მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ის გარემოება, რომ თითოეული ელემენტი აწარმოებს საკუთარ სპექტრს, იმისდა მიუხედავად, ეს ელემენტი აღფრთოვანებულია რენტგენის სხივების თავისუფალ მდგომარეობაში ან ქიმიურ ნაერთში. რენტგენის სხივების დამახასიათებელი სპექტრის ეს თვისება გამოიყენება რთულ ნაერთებში სხვადასხვა ელემენტების იდენტიფიცირებისთვის და რენტგენის სპექტრული ანალიზის საფუძველია.

რენტგენის სპექტრული ანალიზი

რენტგენის სპექტრული ანალიზი არის ანალიტიკური ქიმიის ფილიალი, რომელიც იყენებს ელემენტების რენტგენის სპექტრებს ნივთიერებების ქიმიური ანალიზისთვის. რენტგენის სპექტრული ანალიზი დამახასიათებელი სპექტრის ხაზების პოზიციისა და ინტენსივობის მიხედვით შესაძლებელს ხდის ნივთიერების ხარისხობრივი და რაოდენობრივი შემადგენლობის დადგენას და ემსახურება ნივთიერების შემადგენლობის გამოხატულ არადესტრუქციულ კონტროლს.

რენტგენის სპექტროსკოპიაში სპექტრის მისაღებად გამოიყენება სხივების დიფრაქციის ფენომენი კრისტალებზე ან 15-150 Å დიაპაზონში დიფრაქციული ზოლების ბადეებზე, რომლებიც მუშაობენ მცირე (1-12°) გამოხედვის კუთხით. მაღალი გარჩევადობის რენტგენის სპექტროსკოპიის საფუძველია ვულფ-ბრაგის კანონი, რომელიც აკავშირებს რენტგენის ტალღის l სიგრძეს, რომელიც ასახულია კრისტალიდან q მიმართულებით d ბროლის პლანთაშორისი მანძილით.

Q კუთხეს სრიალის კუთხე ეწოდება. ეს არის სხივების მიმართულება, რომელიც ეცემა კრისტალს ან აირეკლება მისგან ბროლის ამრეკლავ ზედაპირთან. რიცხვი n ახასიათებს ეგრეთ წოდებულ ასახვის წესრიგს, რომელშიც მოცემული l და d-სთვის შეიძლება შეინიშნოს დიფრაქციული მაქსიმუმი.

ნებისმიერი ელემენტის მიერ გამოსხივებული რენტგენის სხივების რხევის სიხშირე (n=c/l) წრფივად არის დაკავშირებული მის ატომურ რიცხვთან:

Ö n/R=A(Z-s) (2)

სადაც n არის გამოსხივების სიხშირე, Z არის ელემენტის ატომური რიცხვი, R არის რიდბერგის მუდმივი, უდრის 109737.303 სმ -1, s არის საშუალო სკრინინგის მუდმივი, მცირე საზღვრებში, Z-დან გამომდინარე, A არის მუდმივი მნიშვნელობა მოცემული ხაზი.

რენტგენის სპექტრული ანალიზი ემყარება ელემენტის დამახასიათებელი სპექტრის ხაზების ემისიის სიხშირის დამოკიდებულებას მათ ატომურ რიცხვზე და ამ ხაზების ინტენსივობასა და ემისიაში მონაწილე ატომების რაოდენობას შორის.

ნივთიერების ატომების რენტგენის აგზნება შეიძლება მოხდეს ნიმუშის მაღალი ენერგიის ელექტრონებით დაბომბვის შედეგად ან რენტგენის სხივებით დასხივებისას. პირველ პროცესს ეწოდება პირდაპირი აგზნება, ბოლო - მეორადი ან ფლუორესცენტული. ორივე შემთხვევაში, ელექტრონის ან პირველადი რენტგენის გამოსხივების კვანტური ენერგია, რომელიც დაბომბავს ატომს, უნდა იყოს უფრო დიდი ვიდრე ენერგია, რომელიც საჭიროა ელექტრონის ატომის გარკვეული შიდა გარსიდან გამოსაყვანად. შესწავლილი ნივთიერების ელექტრონული დაბომბვა იწვევს არა მხოლოდ ელემენტის დამახასიათებელი სპექტრის, არამედ, როგორც წესი, საკმარისად ინტენსიური უწყვეტი გამოსხივების გამოჩენას. ფლუორესცენტური გამოსხივება შეიცავს მხოლოდ ხაზის სპექტრს.

სპექტრის პირველადი აგზნების დროს ხდება შესასწავლი ნივთიერების ინტენსიური გათბობა, რომელიც არ არსებობს მეორადი აგზნების დროს. სხივების აგზნების პირველადი მეთოდი გულისხმობს საცდელი ნივთიერების განთავსებას მაღალ ვაკუუმში ევაკუირებულ რენტგენის მილში, ხოლო ფლუორესცენციის სპექტრის მისაღებად შესასწავლი ნიმუშები შეიძლება განთავსდეს გარე რენტგენის პირველადი სხივის გზაზე. ვაკუუმი და ადვილად შეცვალოს ერთმანეთი. ამიტომ, მოწყობილობები, რომლებიც იყენებენ ფლუორესცენციულ სპექტრებს (მიუხედავად იმისა, რომ მეორადი გამოსხივების ინტენსივობა ათასობითჯერ ნაკლებია პირველადი მეთოდით მიღებულ სხივების ინტენსივობაზე) ახლახან თითქმის მთლიანად შეიცვალა პრაქტიკიდან ინსტალაციებით, რომლებშიც რენტგენია. აღფრთოვანებულია სწრაფი ელექტრონების ნაკადის გამოყენებით.

მოწყობილობა რენტგენის სპექტრული ანალიზისთვის.

რენტგენის ფლუორესცენციული სპექტრომეტრი (ნახ. 2) შედგება სამი ძირითადი ერთეულისგან: რენტგენის მილი, რომლის გამოსხივება აღაგზნებს შესწავლილი ნიმუშის ფლუორესცენციის სპექტრს, კრისტალური ანალიზატორი სხივების სპექტრად დაშლისთვის და დეტექტორი. სპექტრული ხაზების ინტენსივობის გასაზომად.

ბრინჯი. ნახ. 2. რენტგენის მრავალარხიანი ფლუორესცენტური სპექტრომეტრის სქემა ბრტყელი (ა) მრუდი (ბ) კრისტალები: 1 – რენტგენის მილი; 2 – გაანალიზებული ნიმუში; 3 - სოლერის დიაფრაგმა; 4 - ბრტყელი და მრუდი (რადიუსი - 2R) კრისტალი - ანალიზატორები; 5 – რადიაციის დეტექტორი; 6 - ე.წ. R არის ეგრეთ წოდებული გამოსახულების წრის რადიუსი.

სპექტრომეტრის დიზაინში, რომელიც ყველაზე ხშირად გამოიყენება პრაქტიკაში, გამოსხივების წყარო და დეტექტორი განლაგებულია იმავე წრეზე, რომელსაც ეწოდება გამოსახულების წრე, ხოლო კრისტალი არის ცენტრში. კრისტალს შეუძლია ბრუნოს ღერძის გარშემო, რომელიც გადის ამ წრის ცენტრში. როდესაც სრიალის კუთხე იცვლება q-ით, დეტექტორი ბრუნავს 2q კუთხით

ბრტყელ-კრისტალურ სპექტრომეტრებთან ერთად ფართოდ გავრცელდა ფოკუსირებული რენტგენის სპექტრომეტრები, რომლებიც მუშაობენ "არეკლისთვის" (კაპიცა-იოჰანის და იოჰანსონის მეთოდები) და "გადაცემისთვის" (კუშის და დუ-მონდის მეთოდები). ისინი შეიძლება იყოს ერთჯერადი ან მრავალარხიანი. მრავალარხიანი, ეგრეთ წოდებული რენტგენის კვანტომეტრები, ავტომეტრები და სხვა, საშუალებას გაძლევთ ერთდროულად განსაზღვროთ ელემენტების დიდი რაოდენობა და ავტომატიზირდეთ ანალიზის პროცესი. ჩვეულებრივ, ისინი აღჭურვილია სპეციალური რენტგენის მილებითა და მოწყობილობებით, რომლებიც უზრუნველყოფენ რენტგენის ინტენსივობის სტაბილიზაციის მაღალ ხარისხს. ტალღის სიგრძის რეგიონი, რომელშიც შესაძლებელია სპექტრომეტრის გამოყენება, განისაზღვრება ბროლის ანალიზატორის (d) პლანთაშორისი მანძილით. (1) განტოლების შესაბამისად, კრისტალს არ შეუძლია "არეკლა" სხივები, რომელთა ტალღის სიგრძე აღემატება 2d-ს.

რენტგენის სპექტრულ ანალიზში გამოყენებული კრისტალების რაოდენობა საკმაოდ დიდია. ყველაზე ხშირად გამოიყენება კვარცი, მიკა, თაბაშირი და LiF.

როგორც რენტგენის დეტექტორები, სპექტრის რეგიონიდან გამომდინარე, წარმატებით გამოიყენება გეიგერის ბადეები, პროპორციული, კრისტალური და სცინტილაციური კვანტური მრიცხველები.

რენტგენის სპექტრული ანალიზის გამოყენება.

რენტგენის სპექტრული ანალიზი შეიძლება გამოყენებულ იქნას Mg 12-დან U 92-მდე ელემენტების რაოდენობრივი განსაზღვრისთვის რთული ქიმიური შემადგენლობის მასალებში - ლითონებში და შენადნობებში, მინერალებში, მინაში, კერამიკაში, ცემენტებში, პლასტმასებში, აბრაზიულ საშუალებებში, მტვერში და სხვადასხვა ქიმიურ პროდუქტებში. ტექნოლოგია. ყველაზე ფართოდ გამოყენებული რენტგენის სპექტრული ანალიზი გამოიყენება მეტალურგიასა და გეოლოგიაში მაკრო (1-100%) და მიკროკომპონენტების (10 -1 - 10 -3%) დასადგენად.

ზოგჯერ, რენტგენის სპექტრული ანალიზის მგრძნობელობის გასაზრდელად, იგი აერთიანებს ქიმიურ და რადიომეტრულ მეთოდებს. რენტგენის სპექტრული ანალიზის შემზღუდველი მგრძნობელობა დამოკიდებულია გასარკვევი ელემენტის ატომურ რიცხვზე და დასადგენი ნიმუშის საშუალო ატომურ რიცხვზე. მსუბუქი ელემენტების შემცველ ნიმუშში საშუალო ატომური რიცხვის ელემენტების განსაზღვრისას რეალიზდება ოპტიმალური პირობები. რენტგენის სპექტრული ანალიზის სიზუსტე ჩვეულებრივ შეადგენს 2-5 ფარდობით პროცენტს, ნიმუშის წონა რამდენიმე გრამია. ანალიზის ხანგრძლივობა რამდენიმე წუთიდან 1-2 საათამდეა. ყველაზე დიდი სირთულეები წარმოიქმნება მცირე Z-ის მქონე ელემენტების ანალიზში და სპექტრის რბილ რეგიონში მუშაობისას.

ანალიზის შედეგებზე გავლენას ახდენს ნიმუშის საერთო შემადგენლობა (შთანთქმა), სატელიტური ელემენტების მიერ რადიაციის შერჩევითი აგზნების და შთანთქმის ეფექტი, აგრეთვე ნიმუშების ფაზური შემადგენლობა და მარცვლების ზომა.

რენტგენის სპექტრულმა ანალიზმა დაამტკიცა თავი ზეთში და ბენზინში Pb და Br, ბენზინში გოგირდის, მინარევებისაგან საპოხი მასალებისა და აცვიათ პროდუქტების მანქანებში, კატალიზატორების ანალიზში, ექსპრეს სილიკატური ანალიზების განხორციელებაში და სხვა.

რბილი რადიაციის აღგზნებისთვის და ანალიზში გამოსაყენებლად წარმატებით გამოიყენება ნიმუშების დაბომბვა a-ნაწილაკებით (მაგალითად, პოლონიუმის წყაროდან).

რენტგენის სპექტრული ანალიზის გამოყენების მნიშვნელოვანი სფეროა დამცავი საფარის სისქის განსაზღვრა პროდუქტების ზედაპირის დარღვევის გარეშე.

იმ შემთხვევებში, როდესაც მაღალი გარჩევადობა არ არის საჭირო ნიმუშიდან დამახასიათებელი გამოსხივების გამოყოფისას და გაანალიზებული ელემენტები ატომური რიცხვით განსხვავდება ორზე მეტით, რენტგენის სპექტრული ანალიზის უკრისტალური მეთოდი შეიძლება წარმატებით იქნას გამოყენებული. ის იყენებს პირდაპირ პროპორციულობას კვანტის ენერგიასა და პულსის ამპლიტუდას შორის, რომელსაც ის ქმნის პროპორციულ ან სცინტილაციურ მრიცხველში. ეს საშუალებას გაძლევთ აირჩიოთ და გამოიკვლიოთ იმპულსები, რომლებიც შეესაბამება ელემენტის სპექტრულ ხაზს ამპლიტუდის ანალიზატორის გამოყენებით.

რენტგენის სპექტრული ანალიზის მნიშვნელოვანი მეთოდია ნივთიერების მიკრომოცულობის ანალიზი.

მიკროანალიზატორის საფუძველს (ნახ. 3) წარმოადგენს მიკროფოკუსის რენტგენის მილი, რომელიც გაერთიანებულია ოპტიკურ მეტალ-მიკროსკოპთან.

სპეციალური ელექტრონულ-ოპტიკური სისტემა ქმნის თხელ ელექტრონულ ზონდს, რომელიც ბომბავს ანოდზე მოთავსებულ შესწავლილი წვრილი მონაკვეთის მცირე, დაახლოებით 1-2 მკმ ფართობს და აღაგზნებს რენტგენის სხივებს, რომლის სპექტრული შემადგენლობა შემდგომ ანალიზდება. სპექტროგრაფის გამოყენებით მოხრილი ბროლით. ასეთი მოწყობილობა შესაძლებელს ხდის წვრილი მონაკვეთის რენტგენის სპექტრული ანალიზის ჩატარებას „წერტილში“ რამდენიმე ელემენტისთვის ან გამოკვლეული იყოს რომელიმე მათგანის განაწილება შერჩეული მიმართულებით. მოგვიანებით შექმნილ რასტრულ მიკროანალიზატორებში ელექტრონული ზონდი გადის გაანალიზებული ნიმუშის მოცემული ზედაპირის ფართობზე და შესაძლებელს ხდის მონიტორის ეკრანზე დააკვირდეს ქიმიური ელემენტების განაწილების სურათს მონაკვეთის ზედაპირზე, რომელიც ათჯერ არის გადიდებული. . არსებობს ასეთი მოწყობილობების როგორც ვაკუუმური (სპექტრის რბილი რეგიონისთვის) ასევე არავაკუუმური ვერსიები. მეთოდის აბსოლუტური მგრძნობელობაა 10 -13 -10 -15 გრამი. მისი დახმარებით ისინი წარმატებით აანალიზებენ შენადნობების ფაზურ შემადგენლობას და იკვლევენ მათი ერთგვაროვნების ხარისხს, სწავლობენ შენადნობის დანამატების განაწილებას შენადნობებში და მათ გადანაწილებას დაბერების, დეფორმაციის ან სითბოს დამუშავების დროს, სწავლობენ დიფუზიის პროცესს და დიფუზიის სტრუქტურას და სხვა შუალედური ფენები, შეისწავლეთ თბოგამძლე შენადნობების დამუშავებისა და შედუღების თანმხლები პროცესები, ასევე შეისწავლეთ არალითონური ობიექტები ქიმიაში, მინერალოგიასა და გეოქიმიაში. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, თხელი სექციების ზედაპირზე წინასწარ დეპონირებულია ალუმინის, ბერილიუმის ან ნახშირბადის თხელი ფენა (50-100Å).

ბრინჯი. 3. რენტგენის მიკროანალიზატორის Castaing and Guinier სქემა:

1 - ელექტრონული იარაღი; 2 - დიაფრაგმა; 3 – პირველი კონვერგირებადი ელექტროსტატიკური ობიექტივი; 4 - დიაფრაგმის დიაფრაგმა; 5 - მეორე შემგროვებელი ელექტროსტატიკური ლინზა; 6 – ტესტის ნიმუში; 7 – რენტგენის სპექტრომეტრი; 8 - სარკე; 9 – მეტალოგრაფიული ოპტიკური მიკროსკოპის მიზანი; HV - მაღალი ძაბვა.

რენტგენის სპექტრული ანალიზის დამოუკიდებელი განყოფილება არის ქიმიურ ნაერთებში და შენადნობებში ატომების რენტგენის შთანთქმის და ემისიის სპექტრების წვრილი სტრუქტურის შესწავლა. ამ ფენომენის დეტალური შესწავლა გზას უხსნის ქიმიურ ნაერთებში, ლითონებსა და შენადნობებში ატომთაშორისი ურთიერთქმედების ბუნების ექსპერიმენტულ შესწავლას და მათში ელექტრონული სპექტრის ენერგეტიკული სტრუქტურის შესწავლას, სხვადასხვა ატომებზე კონცენტრირებული ეფექტური მუხტების განსაზღვრას. მოლეკულები და შედედებული ნივთიერების ქიმიისა და ფიზიკის სხვა ამოცანების ამოხსნა.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი

კრისტალური ნივთიერებების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი იყოფა ორ ეტაპად.

ბროლის ელემენტარული უჯრედის ზომის, ელემენტარულ უჯრედში ნაწილაკების (ატომების, მოლეკულების) რაოდენობის და ნაწილაკების განლაგების სიმეტრიის განსაზღვრა (ე.წ. სივრცის ჯგუფი). ეს მონაცემები მიღებულია დიფრაქციული მწვერვალების განლაგების გეომეტრიის ანალიზით.

ელექტრონის სიმკვრივის გამოთვლა ერთეული უჯრედის შიგნით და ატომების კოორდინატების განსაზღვრა, რომლებიც იდენტიფიცირებულია ელექტრონის სიმკვრივის მაქსიმუმის პოზიციასთან. ეს მონაცემები მიიღება დიფრაქციული მწვერვალების ინტენსივობის ანალიზით.

კრისტალების რენტგენის გადაღების მეთოდები.

Wulf-Bragg-ის მდგომარეობიდან პირდაპირ გამომდინარეობს, რომ დიფრაქციის ნიმუშის რეგისტრაციისას მასში შემავალი ორი პარამეტრიდან ერთი, ¾ l - ტალღის სიგრძე ან q - დაცემის კუთხე, ცვალებადი უნდა იყოს.

ლაუეს მეთოდში არამონოქრომატული („თეთრი“) სხივების სხივი ეცემა ერთკრისტალურ ნიმუშზე (ნახ. 4a). დიფრაქციით მხოლოდ ის სხივები, რომელთა ტალღის სიგრძე აკმაყოფილებს ვულფ-ბრაგის მდგომარეობას. დიფრაქციული ლაქები ლაუგრამაზე (ნახ. 4ბ) განლაგებულია ელიფსების, ჰიპერბოლებისა და სწორი ხაზების გასწვრივ, რომლებიც აუცილებლად გადიან ლაქას პირველადი სხივიდან.

ბრინჯი. 4. ა - რენტგენის მეთოდის სქემა ლაუეს მიხედვით: 1 - რენტგენის სხივების სხივი მოხვედრილი ერთკრისტალურ ნიმუშზე; 2 - კოლიმატორი; 3 - ნიმუში; 4 - დიფრაქციული სხივები; 5 - ბრტყელი ფილმი;

ბ – ტიპიური ლაუეგრამა.

ფხვნილის მეთოდში (ნახ. 5.ა), ისევე როგორც ქვემოთ აღწერილი რენტგენის გამოსახულების ყველა სხვა მეთოდში გამოიყენება მონოქრომატული გამოსხივება. ცვლადი პარამეტრი არის q დაცემის კუთხე, ვინაიდან ნებისმიერი ორიენტაციის კრისტალები პირველადი სხივის მიმართულების მიმართ ყოველთვის გვხვდება პოლიკრისტალურ ფხვნილის ნიმუშში.

სურათი 5.ა - რენტგენის გადაღების სქემა ფხვნილის მეთოდით: 1 - პირველადი სხივი; 2 - ფხვნილი ან პოლიკრისტალური ნიმუში; 3 - გარშემოწერილობის გარშემო შემობრუნებული ფოტოფილმი; 4 - დიფრაქციული კონუსები; 5 - "რკალი" ფილმზე, რომელიც წარმოიქმნება, როდესაც მისი ზედაპირი კვეთს დიფრაქციულ კონუსებს;

ბ – ტიპიური ფხვნილის რენტგენის ნიმუში (დიბაიეგრამა).

ყველა კრისტალის სხივები, რომლებშიც სიბრტყეები მოცემული პლანთაშორისი მანძილით d hk1 არიან „ამრეკლავ მდგომარეობაში“, ანუ ისინი აკმაყოფილებენ ვულფ-ბრაგის მდგომარეობას, ქმნიან კონუსს 4q რასტრული კუთხით პირველადი სხივის გარშემო. . თითოეული d hk1 შეესაბამება საკუთარ დიფრაქციის კონუსს. დიფრაქციული რენტგენის სხივების თითოეული კონუსის გადაკვეთა ცილინდრის სახით შემოხვეული ფოტოფილმის ზოლთან, რომლის ღერძი გადის ნიმუშზე, იწვევს მასზე კვალის გამოჩენას, რომლებიც სიმეტრიულად მდებარე თაღებს ჰგავს. პირველად სხივამდე (ნახ. 5.ბ). სიმეტრიულ „რკალებს“ შორის მანძილების ცოდნით, შესაძლებელია კრისტალში d შესაბამისი პლანეტაშორისი მანძილების გამოთვლა.

ფხვნილის მეთოდი უმარტივესი და მოსახერხებელია ექსპერიმენტული ტექნიკის თვალსაზრისით, თუმცა ერთადერთი ინფორმაცია მას გვაწვდის არის ინტერპლანტაშორისი მანძილების არჩევანი, რაც შესაძლებელს ხდის ძალიან მარტივი სტრუქტურების გაშიფვრას.

ბრუნვის მეთოდში (ნახ. 6.ა) ცვლადი პარამეტრია კუთხე q.

გადაღება ხდება ცილინდრულ ფილაზე. ექსპოზიციის მთელი პერიოდის განმავლობაში, კრისტალი ერთნაირად ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო, რაც ემთხვევა ზოგიერთ მნიშვნელოვან კრისტალოგრაფიულ მიმართულებას და ცილინდრის ღერძს, რომელიც წარმოიქმნება ზოლით. დიფრაქციული სხივები მიდის კონუსების გენერატრიკებზე, რომლებიც ფილასთან გადაკვეთისას იძლევა ლაქებისგან შემდგარ ხაზებს (ე.წ. შრეების ხაზები (ნახ. 6.ბ).

ბრინჯი. 6.ა - რენტგენის კვლევის სქემა ბრუნვის მეთოდით: 1 - პირველადი სხივი;

2 - ნიმუში (ბრუნავს ისრის მიმართულებით); 3 – ცილინდრული ფილმი;

ბ – ბრუნვის ტიპიური რენტგენი.

განხილული მეთოდი ამარტივებს რენტგენის ლაქების ინდექსირებას. ასე რომ, თუ კრისტალი ბრუნავს ღერძის გარშემო გისოსიდან, მაშინ ხაზის ყველა ლაქა, რომელიც გადის პირველადი სხივის კვალს, აქვს ინდექსები (h, k, 0), მის მიმდებარე ფენის ხაზებზე - შესაბამისად (h, k, 1). ) და (h, k,1 ¯) და ასე შემდეგ. თუმცა, ბრუნვის მეთოდი არ იძლევა ყველა შესაძლო ინფორმაციას, ამიტომ არასოდეს არის ცნობილი ბროლის ბრუნვის რა კუთხით ბრუნვის ღერძის გარშემო წარმოიქმნა ესა თუ ის დიფრაქციული ლაქა.

როკის მეთოდში, რომელიც ბრუნვის მეთოდის ვარიანტია, ნიმუში არ ბრუნავს მთლიანად, არამედ „ქანებს“ იმავე ღერძის გარშემო მცირე კუთხოვანი ინტერვალით. ეს აადვილებს ლაქების ინდექსირებას, ვინაიდან შესაძლებელს ხდის, თითქოსდა, მივიღოთ რენტგენის სხივების როტაციის ნიმუში ნაწილებად და დადგინდეს, რხევის ინტერვალის სიზუსტით, ბროლის რა კუთხით ბრუნავს. პირველადი სხივი გამოჩნდა გარკვეული დიფრაქციული ლაქები.

რენტგენის გონიომეტრის მეთოდები ყველაზე მდიდარ ინფორმაციას გვაწვდის. რენტგენის გონიომეტრი, მოწყობილობა, რომლითაც შეგიძლიათ ერთდროულად ჩაწეროთ რენტგენის სხივების დიფრაქციული მიმართულება შესასწავლ ნიმუშზე და ნიმუშის მდებარეობა დიფრაქციის მომენტში. ერთ-ერთი მათგანი, ვაისენბერგის მეთოდი, არის ბრუნვის მეთოდის შემდგომი განვითარება. ამ უკანასკნელისგან განსხვავებით, ვაისენბერგის რენტგენის გონიომეტრში (ნახ. 7), ყველა დიფრაქციული კონუსი, გარდა ერთისა, დაფარულია ცილინდრული ეკრანით, ხოლო დარჩენილი დიფრაქციული კონუსის ლაქები (ან, რაც იგივეა, ფენის ხაზი) "გადახვევა" ფოტოგრაფიული ფილმის მთელ ფართობზე მისი დაბრუნების მთარგმნელობითი ღერძული მოძრაობის საშუალებით ბროლის ბრუნვასთან სინქრონულად. ეს შესაძლებელს ხდის განვსაზღვროთ, თუ რა ორიენტაციის კრისტალზე გამოჩნდა ვასენბერგოგრამის თითოეული ლაქა.

ბრინჯი. ნახ. 7. ვაისენბერგის რენტგენის გონიომეტრის სქემატური დიაგრამა: 1 - ფიქსირებული ეკრანი, რომელიც გადის მხოლოდ ერთ დიფრაქციულ კონუსს; 2 - კრისტალი, რომელიც ბრუნავს X-X ღერძის გარშემო; 3 – ცილინდრული ფოტოფილმი, რომელიც წინ მიიწევს X – X ღერძის გასწვრივ კრისტალის 2 ბრუნვით სინქრონულად; 4 – დიფრაქციული კონუსი გავლილი ეკრანით; 5 - პირველადი სხივი.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის გამოყენება.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდს ასევე აქვს სერიოზული შეზღუდვები. სრული რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისთვის აუცილებელია, რომ ნივთიერება კარგად კრისტალიზდეს და იძლევა საკმარისად სტაბილურ კრისტალებს. ზოგჯერ საჭიროა კვლევის ჩატარება მაღალ ან დაბალ ტემპერატურაზე. ეს მნიშვნელოვნად ართულებს ექსპერიმენტს. სრული შესწავლა არის ძალიან შრომატევადი, შრომატევადი და მოიცავს დიდი რაოდენობით გამოთვლით სამუშაოს.

ბიბლიოგრაფია

ჟდანოვი გ.ს. მყარი მდგომარეობის ფიზიკა, მოსკოვი, 1962 წ.

ბლოხინი მ.ა., რენტგენის სხივების ფიზიკა, მე-2 გამოცემა, მ., 1957 წ.

ბლოხინი მ.ა., რენტგენის სპექტრული კვლევების მეთოდები, მ., 1959 წ.

Vanshtein E.E., ატომების რენტგენის სპექტრები ქიმიური ნაერთების მოლეკულებში და შენადნობებში, M.-L., 1950 წ.

Bokay G.B., Poray-Koshits M.A., რენტგენის დიფრაქციის ანალიზი, მ., 1964 წ.

შიშაკოვი ნ.ა., სტრუქტურული ანალიზის ძირითადი ცნებები, მ., 1961 წ.

რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი

მატერიის სტრუქტურის შესწავლის მეთოდები სივრცეში განაწილებით და გაანალიზებულ ობიექტზე მიმოფანტული რენტგენის გამოსხივების ინტენსივობით. რ.ს. ა. ნეიტრონის დიფრაქციასთან ერთად (იხ. ნეიტრონის დიფრაქცია) და ელექტრონის დიფრაქცია (იხ. ელექტრონის დიფრაქცია) არის დიფრაქციული სტრუქტურული მეთოდი; იგი ეფუძნება რენტგენის სხივების ურთიერთქმედებას მატერიის ელექტრონებთან, რაც იწვევს რენტგენის დიფრაქციას. დიფრაქციის ნიმუში დამოკიდებულია გამოყენებული რენტგენის ტალღის სიგრძეზე (იხ. რენტგენის სხივები) და ობიექტის სტრუქტურაზე. ატომის სტრუქტურის შესასწავლად გამოიყენება რადიაცია რენტგენის სტრუქტურული ანალიზის ტალღის სიგრძით 1 Å, ანუ ატომების ზომის რიგის. რ-ის მეთოდებით. ა. შეისწავლეთ ლითონები, შენადნობები, მინერალები, არაორგანული და ორგანული ნაერთები, პოლიმერები, ამორფული მასალები, სითხეები და აირები, ცილის მოლეკულები, ნუკლეინის მჟავები და ა.შ. ყველაზე წარმატებით რ. ა. გამოიყენება კრისტალური სხეულების ატომური სტრუქტურის დასადგენად. ეს გამოწვეულია იმით, რომ კრისტალებს აქვთ მკაცრი პერიოდულობა თავიანთ სტრუქტურაში და წარმოადგენენ დიფრაქციულ ბადეს ბუნების მიერ შექმნილი რენტგენის სხივებისთვის.

ისტორიის მინიშნება.კრისტალების მიერ რენტგენის სხივების დიფრაქცია აღმოაჩინეს 1912 წელს გერმანელმა ფიზიკოსებმა M. Laue-მ, W. Friedrich-მა და P. Knipping-მა. რენტგენის სხივების ვიწრო სხივი სტაციონარული კრისტალისკენ მიმართეს, მათ დაარეგისტრირეს დიფრაქციის ნიმუში ბროლის უკან მოთავსებულ ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე, რომელიც შედგებოდა დიდი რაოდენობით რეგულარულად განლაგებული ლაქებისგან. თითოეული ლაქა არის დიფრაქციული სხივის კვალი, რომელიც მიმოფანტულია ბროლით. რენტგენოგრაფია , ამ მეთოდით მიღებულს უწოდებენ ლაუეგრამას (იხილეთ ლაუეგრამა) ( ბრინჯი. ერთი ).

ლაუს მიერ შემუშავებულმა კრისტალებზე რენტგენის დიფრაქციის თეორიამ შესაძლებელი გახადა გამოსხივების λ ტალღის სიგრძის, ბროლის ერთეული უჯრედის პარამეტრების დაკავშირება. ა, ბ, გ(იხილეთ კრისტალური გისოსი) , დაცემის კუთხეები (α 0 , β 0 , γ 0) და დიფრაქციული (α, β, γ) სხივები შეფარდებით:

ა(cosα - cosα 0) = თλ ,

ბ(cosβ - cosβ 0) = კλ, (1)

გ(cosγ - cosγ 0) = ლλ ,

50-იან წლებში. რ-ის გვერდის მეთოდებმა სწრაფად დაიწყო განვითარება. ა. კომპიუტერების გამოყენებით ექსპერიმენტის ტექნიკაში და რენტგენის დიფრაქციული ინფორმაციის დამუშავებაში.

ექსპერიმენტული მეთოდები რ. ა.რენტგენის კამერები და რენტგენის დიფრაქტომეტრები გამოიყენება რადიაციის დიფრაქციისა და რეგისტრაციის პირობების შესაქმნელად. მათში გაფანტული რენტგენის გამოსხივება ფიქსირდება ფოტოფილმზე ან იზომება ბირთვული გამოსხივების დეტექტორებით. შესწავლილი ნიმუშის მდგომარეობიდან და მისი თვისებებიდან გამომდინარე, ასევე ინფორმაციის ბუნებიდან და მოცულობიდან გამომდინარე, რომელიც უნდა იქნას მიღებული, გამოიყენება რ-ს სხვადასხვა მეთოდი. ა. ატომური სტრუქტურის შესასწავლად შერჩეულ ერთკრისტალებს უნდა ჰქონდეს ზომები რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი 0,1 მმდა, თუ შესაძლებელია, ჰქონდეს სრულყოფილი სტრუქტურა. შედარებით დიდი, თითქმის სრულყოფილი კრისტალების დეფექტების შესწავლა ხორციელდება რენტგენის ტოპოგრაფიით, რომელსაც ზოგჯერ რენტგენის ტოპოგრაფიასაც უწოდებენ. ა.

ლაუს მეთოდი უმარტივესი მეთოდია ერთკრისტალებისგან რენტგენის ნიმუშების მისაღებად. ლაუს ექსპერიმენტში კრისტალი სტაციონარულია და გამოყენებული რენტგენის სხივები აქვს უწყვეტი სპექტრი. დიფრაქციული ლაქების მდებარეობა ლაუს ნიმუშებზე ( ბრინჯი. ერთი ) დამოკიდებულია ბროლის სიმეტრიაზე და მის ორიენტაციაზე დაცემის სხივთან მიმართებაში. ლაუეს მეთოდი შესაძლებელს ხდის დადგინდეს, ეკუთვნის თუ არა შესწავლილი კრისტალი ერთ და 11 ლაუს სიმეტრიის ჯგუფს და მის ორიენტირებას (ანუ კრისტალოგრაფიული ღერძების მიმართულების დადგენა) რამდენიმე რკალი წუთის სიზუსტით. ლაუგრამებზე ლაქების ბუნებით და განსაკუთრებით ასტერიზმის ა-ს გარეგნობით შეიძლება გამოვლინდეს შინაგანი სტრესები და კრისტალური სტრუქტურის სხვა დეფექტები. Laue მეთოდი ამოწმებს ერთკრისტალების ხარისხს ნიმუშის არჩევისას მისი უფრო სრულყოფილი სტრუქტურული კვლევისთვის.

ნიმუშების რხევისა და ბრუნვის მეთოდები გამოიყენება განმეორებითი პერიოდების დასადგენად კრისტალოგრაფიული მიმართულების გასწვრივ ერთ კრისტალში. ისინი საშუალებას აძლევს, კერძოდ, დააყენონ პარამეტრები ა, ბ, გკრისტალის ერთეული უჯრედი. ეს მეთოდი იყენებს მონოქრომატულ რენტგენის გამოსხივებას, ნიმუში მოჰყავთ რხევით ან ბრუნვით მოძრაობაში კრისტალოგრაფიული მიმართულების დამთხვევის ღერძის ირგვლივ, რომლის გასწვრივ განმეორებითი პერიოდი განიხილება. ცილინდრულ კასეტებში მიღებულ ქანებისა და ბრუნვის რენტგენოგრამებზე ლაქები განლაგებულია პარალელური ხაზების ოჯახზე. ამ ხაზებს შორის მანძილი, გამოსხივების ტალღის სიგრძე და რენტგენის კამერის კასეტის დიამეტრი შესაძლებელს ხდის კრისტალში საჭირო განმეორების პერიოდის გამოთვლას. ამ მეთოდით დიფრაქციული სხივების ლაუს პირობები დაკმაყოფილებულია (1) მიმართებაში შემავალი კუთხეების შეცვლით ნიმუშის რხევის ან ბრუნვის დროს.

რენტგენის მეთოდები. რენტგენის მეთოდებით ერთი ბროლის სტრუქტურის სრული შესწავლისთვის. ა. აუცილებელია არა მხოლოდ პოზიციის დადგენა, არამედ რაც შეიძლება მეტი დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობის გაზომვა, რაც შეიძლება მიღებული იყოს კრისტალიდან მოცემულ გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე და ნიმუშის ყველა შესაძლო ორიენტაციაზე. ამისათვის დიფრაქციული ნიმუში ჩაიწერება ფოტოფილმზე რენტგენის გონიომეტრში (იხილეთ რენტგენის გონიომეტრი) და იზომება მიკროფოტომეტრის გამოყენებით. რენტგენზე თითოეული ლაქის გაშავების ხარისხი. რენტგენის დიფრაქტომეტრში შეიძლება პირდაპირ გაზომოთ დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობა პროპორციული, სცინტილაციის და სხვა რენტგენის ფოტონების მრიცხველების გამოყენებით. ანარეკლების სრული ნაკრების შესაქმნელად, რენტგენის გონიომეტრები იღებენ რენტგენის შაბლონების სერიას. თითოეულ მათგანზე აღირიცხება დიფრაქციული ასახვები, რომელთა მილერის ინდექსებზე დაწესებულია გარკვეული შეზღუდვები (მაგალითად, ტიპის ანარეკლი ჰკ 0, ჰკ 1 და ა.შ.). ყველაზე ხშირად, რენტგენის გონიომეტრიული ექსპერიმენტი ტარდება ვაიზენბერგის მეთოდების გამოყენებით. ბურგერი ( ბრინჯი. 2 ) და დე იონგ-ბოუმენი. იგივე ინფორმაციის მიღება შესაძლებელია რენტგენოგრაფიის დახმარებით.

საშუალო სირთულის ატომური სტრუქტურის დასამყარებლად (რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი 50-100 ატომის ერთეულ უჯრედში) აუცილებელია რამდენიმე ასეული და ათასობით დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობის გაზომვა. ეს ძალიან შრომატევადი და შრომატევადი სამუშაო ხორციელდება ავტომატური მიკროდენსიტომეტრებით და კომპიუტერით კონტროლირებადი დიფრაქტომეტრებით, ზოგჯერ რამდენიმე კვირის ან თუნდაც თვეების განმავლობაში (მაგალითად, ცილის სტრუქტურების ანალიზისას, როდესაც ასახვის რაოდენობა ასობით ათასამდე იზრდება). დიფრაქტომეტრში რამდენიმე მრიცხველის გამოყენებით, რომელსაც შეუძლია ასახვის პარალელურად ჩაწერა, ექსპერიმენტის დრო შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს. დიფრაქტომეტრიული გაზომვები აღემატება ფოტოგრაფიულ ჩანაწერს მგრძნობელობისა და სიზუსტის თვალსაზრისით.

პოლიკრისტალების კვლევის მეთოდი (Debye - Scherrer მეთოდი). ლითონები, შენადნობები, კრისტალური ფხვნილები შედგება მოცემული ნივთიერების მრავალი მცირე ერთი კრისტალისგან. მათი შესწავლისთვის გამოიყენება მონოქრომატული გამოსხივება. პოლიკრისტალების რენტგენის ნიმუში (დებიეგრამა) შედგება რამდენიმე კონცენტრული რგოლისგან, რომელთაგან თითოეული აერთიანებს ანარეკლებს განსხვავებულად ორიენტირებული ერთკრისტალების სიბრტყეების გარკვეული სისტემისგან. სხვადასხვა ნივთიერების დებიეგრამას აქვს ინდივიდუალური ხასიათი და ფართოდ გამოიყენება ნაერთების იდენტიფიცირებისთვის (მათ შორის ნარევებში). რ.ს.ა. პოლიკრისტალები საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ნიმუშების ფაზური შემადგენლობა, განსაზღვროთ ნივთიერებაში მარცვლების ზომა და სასურველი ორიენტაცია (ტექსტურა), აკონტროლოთ ნიმუშში არსებული ძაბვები და გადაჭრათ სხვა ტექნიკური პრობლემები.

ამორფული მასალების და ნაწილობრივ მოწესრიგებული საგნების შესწავლა. მკაფიო რენტგენის ნიმუში მკვეთრი დიფრაქციის მაქსიმუმებით შეიძლება მიღებულ იქნას მხოლოდ ნიმუშის სრული სამგანზომილებიანი პერიოდულობით. რაც უფრო დაბალია მასალის ატომური სტრუქტურის მოწესრიგების ხარისხი, მით უფრო ბუნდოვანი, დიფუზური ხასიათი აქვს მის მიერ მიმოფანტული რენტგენის გამოსხივებას. დიფუზური რგოლის დიამეტრი ამორფული ნივთიერების რენტგენის დიფრაქციულ ნიმუშში შეიძლება იყოს მასში საშუალო ატომთაშორისი მანძილების უხეში შეფასება. ობიექტების სტრუქტურაში რიგის ხარისხის მატებასთან ერთად (იხ. შორ მანძილზე წესრიგი და მოკლე დიაპაზონი) დიფრაქციული ნიმუში უფრო რთული ხდება და, შესაბამისად, შეიცავს მეტ სტრუქტურულ ინფორმაციას.

მცირეკუთხიანი გაფანტვის მეთოდი შესაძლებელს ხდის ნივთიერების სივრცითი არაერთგვაროვნების შესწავლას, რომლის ზომები აღემატება ატომთაშორის მანძილებს, ე.ი. დიაპაზონი 5-10 Å რენტგენის სტრუქტურულ ანალიზამდე 10,000 Å. გაფანტული რენტგენის გამოსხივება ამ შემთხვევაში კონცენტრირებულია პირველადი სხივის მახლობლად - მცირე გაფანტვის კუთხეების რეგიონში. მცირე კუთხით გაფანტვა გამოიყენება ფოროვანი და წვრილად გაფანტული მასალების, შენადნობებისა და რთული ბიოლოგიური ობიექტების: ვირუსების, უჯრედის მემბრანების, ქრომოსომების შესასწავლად. იზოლირებული ცილის მოლეკულებისა და ნუკლეინის მჟავებისთვის მეთოდი საშუალებას იძლევა განისაზღვროს მათი ფორმა, ზომა, მოლეკულური წონა; ვირუსებში - მათი კომპონენტების ურთიერთდაწყობის ბუნება: ცილა, ნუკლეინის მჟავები, ლიპიდები; სინთეტიკურ პოლიმერებში - პოლიმერული ჯაჭვების შეფუთვა; ფხვნილებში და სორბენტებში - ნაწილაკების და ფორების განაწილება ზომის მიხედვით; შენადნობებში - ფაზების წარმოქმნა და ზომა; ტექსტურებში (კერძოდ, თხევად კრისტალებში) - ნაწილაკების (მოლეკულების) შეფუთვის ფორმა სხვადასხვა სახის სუპრამოლეკულურ სტრუქტურებში. რენტგენის მცირე კუთხის მეთოდი ასევე გამოიყენება ინდუსტრიაში კატალიზატორების, წვრილი ნახშირის და ა.შ. წარმოების პროცესების გასაკონტროლებლად. ობიექტის სტრუქტურიდან გამომდინარე, გაზომვები კეთდება კუთხეების გაფანტვისთვის წუთის ფრაქციებიდან რამდენიმე გრადუსამდე.

ატომის სტრუქტურის დადგენა რენტგენის დიფრაქციის მონაცემებიდან.ბროლის ატომური სტრუქტურის გაშიფვრა მოიცავს: მისი ელემენტარული უჯრედის ზომისა და ფორმის დადგენას; იმის დადგენა, ეკუთვნის თუ არა კრისტალი 230 ფედოროვის (აღმოაჩინა ე. ს. ფედოროვმა (იხ. ფედოროვი)) ბროლის სიმეტრიის ჯგუფს (იხ. კრისტალური სიმეტრია); სტრუქტურის ძირითადი ატომების კოორდინატების მიღება. პირველი და ნაწილობრივ მეორე პრობლემების გადაჭრა შესაძლებელია ლაუეს მეთოდებით და ბროლის რხევით ან ბრუნვით. შესაძლებელია საბოლოოდ ჩამოყალიბდეს რთული სტრუქტურების ძირითადი ატომების სიმეტრიის ჯგუფი და კოორდინატები მხოლოდ რთული ანალიზის და მოცემული ბროლის ყველა დიფრაქციული ასახვის ინტენსივობის მნიშვნელობების შრომატევადი მათემატიკური დამუშავების დახმარებით. ასეთი დამუშავების საბოლოო მიზანია გამოთვალოს ელექტრონის სიმკვრივის ρ( x, y, z) ბროლის უჯრედის ნებისმიერ წერტილში კოორდინატებით x, y, z.ბროლის სტრუქტურის პერიოდულობა საშუალებას გვაძლევს დავწეროთ მასში ელექტრონის სიმკვრივე ფურიეს სერიების მეშვეობით. :

სადაც V-უჯრედის ერთეული მოცულობა, Fhkl-ფურიეს კოეფიციენტები, რომლებიც რ. ა. ეწოდება სტრუქტურული ამპლიტუდები, მე= hkl და დაკავშირებულია დიფრაქციულ ანარეკლთან, რომელიც განისაზღვრება პირობებით (1). შეჯამების მიზანი (2) არის მათემატიკურად შეგროვება რენტგენის დიფრაქციის ანარეკლების მისაღებად ატომის სტრუქტურის გამოსახულების მისაღებად. ამ გზით გამოსახულების სინთეზის წარმოება რ.ს. ა. ეს გამოწვეულია ბუნებაში რენტგენის ლინზების ნაკლებობით (ხილული სინათლის ოპტიკაში ამას ემსახურება კონვერგენტული ლინზა).

დიფრაქციული ასახვა არის ტალღის პროცესი. მას ახასიათებს ∣-ის ტოლი ამპლიტუდა ფხკლ∣ და ფაზა α hkl(არეკლი ტალღის ფაზური ცვლა ინციდენტთან მიმართებაში), რომლის მეშვეობითაც სტრუქტურული ამპლიტუდა გამოიხატება: ფხკლ=∣ფხკლ∣ (cosα hkl +მე sina hkl). დიფრაქციული ექსპერიმენტი იძლევა მხოლოდ ∣-ის პროპორციული არეკვლის ინტენსივობის გაზომვას ფხკლ∣ 2, მაგრამ არა მათი ფაზები. ფაზის განსაზღვრა არის მთავარი პრობლემა ბროლის სტრუქტურის გაშიფვრისას. სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების განმარტება ფუნდამენტურად ერთნაირია როგორც ატომებისგან შემდგარი კრისტალებისთვის, ასევე მოლეკულებისგან შემდგარი კრისტალებისთვის. მოლეკულურ კრისტალურ ნივთიერებაში ატომების კოორდინატების განსაზღვრის შემდეგ, შესაძლებელია მისი შემადგენელი მოლეკულების იზოლირება და მათი ზომისა და ფორმის დადგენა.

მარტივია პრობლემის გადაჭრა, რომელიც სტრუქტურული ინტერპრეტაციის საპირისპიროა: სტრუქტურული ამპლიტუდების ცნობილი ატომური სტრუქტურის გაანგარიშება და მათგან - დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობა. საცდელი და შეცდომის მეთოდი, ისტორიულად სტრუქტურების გაშიფვრის პირველი მეთოდი, მოიცავს ექსპერიმენტულად მიღებული ∣ შედარებას. ფხკლ∣ exp, მნიშვნელობებით გამოთვლილი საცდელი მოდელის საფუძველზე ∣ ფხკლ∣ კალკ. დივერგენციის ფაქტორის მნიშვნელობიდან გამომდინარე

ერთკრისტალების ატომური სტრუქტურების გაშიფვრის ფუნდამენტურად ახალი გზა გაიხსნა ე.წ. პატერსონის ფუნქციები (ატომთაშორის ვექტორების ფუნქციები). ზოგიერთი სტრუქტურის პატერსონის ფუნქციის აგება, რომელიც შედგება ნატომები, ჩვენ მას პარალელურად ვატარებთ თავისთან ისე, რომ პირველი ატომი ჯერ ფიქსირებულ საწყისს მოხვდეს. ვექტორები საწყისიდან სტრუქტურის ყველა ატომამდე (მათ შორის ნულოვანი სიგრძის ვექტორი პირველ ატომამდე) მიუთითებს პოზიციაზე ნატომთაშორის ვექტორების ფუნქციის მაქსიმუმი, რომელთა მთლიანობას ატომში სტრუქტურის გამოსახულება ეწოდება. 1. მოდით დავამატოთ მათ მეტი ნმაქსიმალური, რომლის პოზიციაც მიუთითებს ნვექტორები მეორე ატომიდან, რომლებიც განთავსებულია სტრუქტურის პარალელურად იმავე საწყისზე გადატანისას. ამ პროცედურის გაკეთების შემდეგ ყველა ნატომები ( ბრინჯი. 3 ), მივიღებთ N 2ვექტორები. ფუნქცია, რომელიც აღწერს მათ პოზიციას, არის პატერსონის ფუნქცია.

პატერსონის ფუნქციისთვის რ(u, υ, ω) (u, υ, ω -წერტილთა კოორდინატები ატომთაშორის ვექტორთა სივრცეში), შეიძლება მივიღოთ გამოხატულება:

საიდანაც გამომდინარეობს, რომ იგი განისაზღვრება სტრუქტურული ამპლიტუდების მოდულებით, არ არის დამოკიდებული მათ ფაზებზე და, შესაბამისად, შეიძლება გამოითვალოს უშუალოდ დიფრაქციული ექსპერიმენტის მონაცემებიდან. ფუნქციის ინტერპრეტაციის სირთულე რ(u, υ, ω) შედგება კოორდინატების პოვნის აუცილებლობაში ნატომებიდან N 2მისი მაქსიმუმები, რომელთაგან ბევრი ერწყმის ატომთაშორისი ვექტორების ფუნქციის აგებისას წარმოქმნილი გადახურვების გამო. ყველაზე მარტივი გაშიფვრა რ(u, υ, ω) შემთხვევა, როდესაც სტრუქტურა შეიცავს ერთ მძიმე ატომს და რამდენიმე მსუბუქს. მძიმე ატომში ასეთი სტრუქტურის გამოსახულება მნიშვნელოვნად განსხვავდება მისი სხვა სურათებისგან. სხვადასხვა მეთოდებს შორის, რომლებიც შესაძლებელს ხდის პატერსონის ფუნქციით შესწავლილი სტრუქტურის მოდელის განსაზღვრას, ყველაზე ეფექტური იყო ეგრეთ წოდებული სუპერპოზიციის მეთოდები, რამაც შესაძლებელი გახადა მისი ანალიზის ფორმალიზება და კომპიუტერზე შესრულება.

პატერსონის ფუნქციის მეთოდებს სერიოზული სირთულეები ექმნებათ კრისტალების სტრუქტურების შესწავლისას, რომლებიც შედგება ატომური რიცხვის იდენტური ან მსგავსი ატომებისგან. ამ შემთხვევაში, სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების განსაზღვრის ეგრეთ წოდებული პირდაპირი მეთოდები უფრო ეფექტური აღმოჩნდა. იმის გათვალისწინებით, რომ კრისტალში ელექტრონის სიმკვრივის მნიშვნელობა ყოველთვის დადებითია (ან ნულის ტოლია), შეიძლება მივიღოთ უტოლობების დიდი რაოდენობა, რომლებზეც ფურიეს კოეფიციენტები (სტრუქტურული ამპლიტუდები) ფუნქციის ρ( x, y, ზ). უტოლობების მეთოდების გამოყენებით, შედარებით მარტივია სტრუქტურების ანალიზი, რომლებიც შეიცავს 20-40 ატომს კრისტალის ერთეულ უჯრედში. უფრო რთული სტრუქტურებისთვის გამოიყენება პრობლემის ალბათურ მიდგომაზე დაფუძნებული მეთოდები: შემთხვევით ცვლადებად განიხილება სტრუქტურული ამპლიტუდები და მათი ფაზები; ამ შემთხვევითი ცვლადების განაწილების ფუნქციები მიღებულია ფიზიკური გამოსახულებებიდან, რაც შესაძლებელს ხდის სტრუქტურული ამპლიტუდების მოდულების ექსპერიმენტული მნიშვნელობების, ფაზების ყველაზე სავარაუდო მნიშვნელობების შეფასებას. ეს მეთოდები ასევე დანერგილია კომპიუტერზე და შესაძლებელს ხდის 100-200 ან მეტი ატომის შემცველი სტრუქტურების გაშიფვრას კრისტალის ერთეულ უჯრედში.

ასე რომ, თუ დადგინდა სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზები, მაშინ კრისტალში ელექტრონული სიმკვრივის განაწილება შეიძლება გამოითვალოს (2), ამ განაწილების მაქსიმუმი შეესაბამება ატომების პოზიციას სტრუქტურაში ( ბრინჯი. 4 ). ატომების კოორდინატების საბოლოო დახვეწა ხორციელდება კომპიუტერზე უმცირესი კვადრატების მეთოდი om და, ექსპერიმენტის ხარისხისა და სტრუქტურის სირთულიდან გამომდინარე, შესაძლებელს ხდის მათ მიღებას Å-ის მეათასედამდე სიზუსტით (თანამედროვე დიფრაქციული ექსპერიმენტის დახმარებით, ასევე შეიძლება გამოვთვალოთ რაოდენობრივი მახასიათებლები ატომების თერმული ვიბრაციები კრისტალში, ამ ვიბრაციების ანიზოტროპიის გათვალისწინებით). რ.ს. ა. შესაძლებელს ხდის ატომური სტრუქტურების უფრო დახვეწილი მახასიათებლების დადგენა, მაგალითად, ვალენტური ელექტრონების განაწილება კრისტალში. თუმცა, ეს რთული პრობლემა ჯერჯერობით მოგვარებულია მხოლოდ უმარტივესი სტრუქტურებისთვის. ამ მიზნით, ნეიტრონის დიფრაქციისა და რენტგენის დიფრაქციის კვლევების კომბინაცია ძალიან პერსპექტიულია: ნეიტრონის დიფრაქციის მონაცემები ატომის ბირთვების კოორდინატებზე შედარებულია რენტგენის დიფრაქციის გამოყენებით მიღებული ელექტრონული ღრუბლის სივრცით განაწილებასთან. ა. მრავალი ფიზიკური და ქიმიური პრობლემის გადასაჭრელად ერთობლივად გამოიყენება რენტგენის დიფრაქციული კვლევები და რეზონანსული მეთოდები.

რ-ის მიღწევების მწვერვალი. ა. - ცილების, ნუკლეინის მჟავების და სხვა მაკრომოლეკულების სამგანზომილებიანი სტრუქტურის გაშიფვრა. ბუნებრივ პირობებში ცილები, როგორც წესი, არ წარმოქმნიან კრისტალებს. ცილის მოლეკულების რეგულარული მოწყობის მისაღწევად, ცილები კრისტალიზდება და შემდეგ მათი სტრუქტურა შეისწავლება. ცილის კრისტალების სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების დადგენა შესაძლებელია მხოლოდ რადიოგრაფებისა და ბიოქიმიკოსების ერთობლივი ძალისხმევის შედეგად. ამ პრობლემის გადასაჭრელად აუცილებელია თავად ცილის კრისტალების მიღება და შესწავლა, ისევე როგორც მისი წარმოებულები მძიმე ატომების ჩართვით და ყველა ამ სტრუქტურაში ატომების კოორდინატები უნდა ემთხვეოდეს.

გვერდის R. მეთოდების მრავალი გამოყენების შესახებ. ა. სხვადასხვა ზემოქმედების გავლენის ქვეშ მყარი ნივთიერებების სტრუქტურის სხვადასხვა დარღვევების შესასწავლად, იხ. მასალების რენტგენოგრაფია.

ნათ.:ბელოვი ნ.ვ., სტრუქტურული კრისტალოგრაფია, მოსკოვი, 1951; Zhdanov G. S., რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის საფუძვლები, M. - L., 1940; ჯეიმს რ., რენტგენის დიფრაქციის ოპტიკური პრინციპები, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1950; Boky G. B., Poray-Koshits M. A., X-ray analysis, M., 1964; Poray-Koshits M.A., Practical course of X-ray diffraction analysis, M., 1960: Kitaygorodsky A.I., Theory of structural analysis, M., 1957; Lipeon G., Cochran V., Determination of structure of crystals, trans. ინგლისურიდან, მ., 1961; Weinshtein B.K., სტრუქტურული ელექტრონის დიფრაქცია, მ., 1956; ბეკონი, ჯ., ნეიტრონის დიფრაქცია, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1957; Burger M., Structure of crystals and vector space, თარგმანი. ინგლისურიდან, მ., 1961; Guinier A., კრისტალების რენტგენის დიფრაქცია, ტრანს. ფრანგულიდან, მოსკოვი, 1961; Woolfson M. M., An Introduction to X-ray crystallography, Camb., 1970: Ramachandran G. N., Srinivasan R., Fourier methode in crystallography, N. Y., 1970; კრისტალოგრაფიული გამოთვლა, რედ. F. R. Ahmed, Cph., 1970; Stout G. H., Jensen L. H., X-ray structure determination, N. Y. - L., .

ვ.ი.სიმონოვი.

ბრინჯი. 9. ა. მინერალური ბაოტიტის O 16 Cl] ატომთაშორისი ვექტორების ფუნქციის პროექცია ab სიბრტყეზე. ხაზები შედგენილია ატომთაშორისი ვექტორების ფუნქციის მნიშვნელობების იგივე ინტერვალებით (თანაბარი დონის ხაზები). ბ. ბაოტიტის ელექტრონული სიმკვრივის პროექცია ab სიბრტყეზე, მიღებული ატომთაშორის ვექტორების (a) ფუნქციის გაშიფვრით. ელექტრონის სიმკვრივის მაქსიმუმი (ტოლი დონის ხაზების გროვები) შეესაბამება სტრუქტურაში ატომების პოზიციებს. in. ბაოტიტის ატომური სტრუქტურის მოდელის გამოსახულება. თითოეული Si ატომი მდებარეობს ოთხი O ატომის მიერ წარმოქმნილი ტეტრაედრის შიგნით; Ti და Nb ატომები O ატომებისგან შედგენილ ოქტაედრებშია.SiO 4 ტეტრაჰედრები და Ti(Nb)O 6 ოქტაედრები ბაოტიტის სტრუქტურაში დაკავშირებულია როგორც სურათზეა ნაჩვენები. ბროლის ერთეული უჯრედის ნაწილი, რომელიც შეესაბამება ნახ. a და b აღინიშნება წყვეტილი ხაზით. წერტილოვანი ხაზები ნახ. a და b განსაზღვრავს შესაბამისი ფუნქციების მნიშვნელობების ნულოვან დონეებს.

ფიზიკური ენციკლოპედია - რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი, ნივთიერების ნიმუშის ატომური სტრუქტურის შესწავლა მასზე რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშით. საშუალებას გაძლევთ დაადგინოთ ნივთიერების ელექტრონული სიმკვრივის განაწილება, რომელიც განსაზღვრავს ატომების ტიპს და მათ ... ... ილუსტრირებული ენციკლოპედიური ლექსიკონი

- (რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი), რენტგენის დიფრაქციის გამოყენებით ნივთიერების ატომური სტრუქტურის შესწავლის მეთოდების ერთობლიობა. დიფრაქციული ნიმუშის მიხედვით დგინდება ნივთიერების ელექტრონული სიმკვრივის განაწილება და ამის მიხედვით ატომების ტიპი და მათი ... ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი

- (რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი), კვლევის მეთოდი ატომური მოლი. შენობები გ, წ. arr. კრისტალები, ურთიერთქმედების შედეგად წარმოქმნილი დიფრაქციის შესწავლაზე დაყრდნობით. ტალღის სიგრძის რენტგენის გამოსხივების საცდელი ნიმუშით დაახ. 0,1 ნმ. გამოიყენეთ ჩ. არრ… ქიმიური ენციკლოპედია - (იხ. რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი, ნეიტრონოგრაფია, ელექტრონოგრაფია). ფიზიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი. მოსკოვი: საბჭოთა ენციკლოპედია. მთავარი რედაქტორი A.M. პროხოროვი. 1983... ფიზიკური ენციკლოპედია

მასალების სტრუქტურის განსაზღვრა, ანუ მათი შემადგენელი სტრუქტურული ერთეულების (მოლეკულები, იონები, ატომები) სივრცეში მდებარეობის დადგენა. ვიწრო გაგებით, ს. მოლეკულებისა და მოლის გეომეტრიის განსაზღვრა. სისტემები, რომლებიც ჩვეულებრივ აღწერილია სიგრძის კომპლექტით ... ... ქიმიური ენციკლოპედია

ბრესტი, 2010 წ

რენტგენის დიფრაქციულ ანალიზში ძირითადად გამოიყენება სამი მეთოდი

1. ლაუეს მეთოდი. ამ მეთოდით, უწყვეტი სპექტრის მქონე გამოსხივების სხივი ეცემა სტაციონალურ ერთ კრისტალზე. დიფრაქციული ნიმუში ჩაწერილია უძრავ ფოტოსურათზე.

2. ერთკრისტალური ბრუნვის მეთოდი. მონოქრომატული გამოსხივების სხივი ეცემა კრისტალზე, რომელიც ბრუნავს (ან რხევა) გარკვეული კრისტალოგრაფიული მიმართულებით. დიფრაქციული ნიმუში ჩაწერილია უძრავ ფოტოსურათზე. რიგ შემთხვევებში, ფილმი ბროლის ბრუნვით სინქრონულად მოძრაობს; ბრუნვის მეთოდის ამ ვარიაციას ეწოდება ფენიანი ხაზის გაწმენდის მეთოდი.

3. ფხვნილების ან პოლიკრისტალების მეთოდი (Debye-Scherrer-Hull მეთოდი). ეს მეთოდი იყენებს სხივების მონოქრომატულ სხივს. ნიმუში შედგება კრისტალური ფხვნილისგან ან არის პოლიკრისტალური აგრეგატი.

ლაუს მეთოდი

ლაუს მეთოდი გამოიყენება კრისტალების ატომური სტრუქტურის შესწავლის პირველ ეტაპზე. იგი გამოიყენება ბროლისა და ლაუს კლასის სინგონიის დასადგენად (ფრიდელის კრისტალების კლასი ინვერსიის ცენტრამდე). ფრიდელის კანონის თანახმად, არასოდეს არის შესაძლებელი ლაუგრამაზე სიმეტრიის ცენტრის არარსებობის დადგენა და, შესაბამისად, სიმეტრიის ცენტრის დამატება 32 კრისტალების კლასზე ამცირებს მათ რიცხვს 11-მდე. ლაუს მეთოდი ძირითადად გამოიყენება ერთკრისტალების შესასწავლად. ან მსხვილმარცვლოვანი ნიმუშები. ლაუს მეთოდით სტაციონარული ერთკრისტალი განათებულია სხივების პარალელური სხივით უწყვეტი სპექტრით. ნიმუში შეიძლება იყოს იზოლირებული კრისტალი ან საკმაოდ დიდი მარცვალი პოლიკრისტალურ აგრეგატში.

დიფრაქციის ნიმუშის ფორმირება ხდება რადიაციის გაფანტვის დროს ტალღის სიგრძით l min \u003d l 0 \u003d 12.4 / U, სადაც U არის ძაბვა რენტგენის მილზე, l m-მდე - ტალღის სიგრძე, რომელიც იძლევა ინტენსივობას. არეკვლა (დიფრაქციული მაქსიმუმი) ფონს არანაკლებ 5%-ით აღემატება. lm დამოკიდებულია არა მხოლოდ პირველადი სხივის ინტენსივობაზე (ანოდის ატომური რაოდენობა, ძაბვა და დენი მილის მეშვეობით), არამედ რენტგენის სხივების შთანთქმაზე ნიმუშსა და ფირის კასეტაში. სპექტრი l min - l m შეესაბამება ევალდის სფეროების ერთობლიობას, რადიუსით 1/ლ მ-დან 1/ლ წთ-მდე, რომლებიც ეხება შესასწავლი ბროლის 000 კვანძს და OR (ნახ. 1).

შემდეგ, ამ სფეროებს შორის მდებარე ყველა OR კვანძისთვის, დაკმაყოფილდება ლაუს პირობა (ტალღის გარკვეული სიგრძისთვის ინტერვალში (l m ¸ l min)) და, შესაბამისად, გამოჩნდება დიფრაქციული მაქსიმუმი - ასახვა ფილმზე. Laue მეთოდით გადაღებისთვის გამოიყენება RKSO კამერა (ნახ. 2).

ბრინჯი. 2 პალატა RKSO

აქ პირველადი რენტგენის სხივი ამოჭრილია დიაფრაგმით 1, ორი ნახვრეტით 0,5–1,0 მმ დიამეტრით. დიაფრაგმის დიაფრაგმის ზომა არჩეულია ისე, რომ პირველადი სხივის ჯვარი უფრო დიდი იყოს, ვიდრე შესასწავლი ბროლის ჯვარი. კრისტალი 2 დამონტაჟებულია გონიომეტრიულ თავზე 3, რომელიც შედგება ორი ურთიერთ პერპენდიკულარული რკალის სისტემისგან. ამ თავზე ბროლის დამჭერს შეუძლია გადაადგილდეს ამ რკალებთან შედარებით, ხოლო თავად გონიომეტრიული თავი შეიძლება შემობრუნდეს ნებისმიერი კუთხით ღერძის გარშემო პერპენდიკულარული პირველადი სხივის მიმართ. გონიომეტრიული თავი შესაძლებელს ხდის ბროლის ორიენტაციის შეცვლას პირველადი სხივის მიმართ და ამ სხივის გასწვრივ ბროლის გარკვეული კრისტალოგრაფიული მიმართულების დაყენება. დიფრაქციული ნიმუში ჩაწერილია ფოტოგრაფიულ ფილმზე 4, რომელიც მოთავსებულია კასეტაში, რომლის სიბრტყე პერპენდიკულარულია პირველადი სხივის მიმართ. ფილმის წინ კასეტაზე არის თხელი მავთული, რომელიც გადაჭიმულია გონიომეტრიული თავის ღერძის პარალელურად. ამ მავთულის ჩრდილი შესაძლებელს ხდის ფილმის ორიენტაციის განსაზღვრას გონიომეტრიული თავის ღერძის მიმართ. თუ ნიმუში 2 მოთავსებულია ფირის 4-ის წინ, მაშინ ამ გზით მიღებულ რენტგენის ნიმუშებს ლაუე შაბლონები ეწოდება. ბროლის წინ მდებარე ფოტოგრაფიულ ფილმზე დაფიქსირებულ დიფრაქციულ ნიმუშს ეპიგრამა ეწოდება. ლაუგრამებზე დიფრაქციული ლაქები განლაგებულია ზონალური მრუდების გასწვრივ (ელიფსები, პარაბოლები, ჰიპერბოლები, სწორი ხაზები). ეს მრუდები არის დიფრაქციული კონუსების სიბრტყეები და ეხება პირველად ლაქას. ეპიგრამებზე დიფრაქციული ლაქები განლაგებულია ჰიპერბოლების გასწვრივ, რომლებიც არ გადიან პირველად სხივს.

ლაუს მეთოდში დიფრაქციის ნიმუშის მახასიათებლების გასათვალისწინებლად გამოიყენება გეომეტრიული ინტერპრეტაცია საპასუხო გისოსის გამოყენებით. ლაუგრამები და ეპიგრამები არის ბროლის ორმხრივი გისოსების ანარეკლი. ლაუეგრამის მიხედვით აგებული გნომონური პროექცია შესაძლებელს ხდის ვიმსჯელოთ ნორმათა ურთიერთგანლაგების შესახებ სივრცეში ამრეკლავ სიბრტყეებთან და მივიღოთ წარმოდგენა ბროლის ორმხრივი გისოსების სიმეტრიის შესახებ. Lauegram-ის ლაქების ფორმა გამოიყენება ბროლის სრულყოფილების ხარისხის შესაფასებლად. კარგი კრისტალი ნათელ ლაქებს იძლევა ლაუგრამაზე. კრისტალების სიმეტრია ლაუეგრამის მიხედვით განისაზღვრება ლაქების ურთიერთგანლაგებით (ატომური სიბრტყეების სიმეტრიული განლაგება უნდა შეესაბამებოდეს არეკლილი სხივების სიმეტრიულ განლაგებას). (იხ. სურ. 3)

ბრინჯი. სურ. 3 რენტგენის გამოსახულების გადაღების სქემა ლაუეს მეთოდით (a - გადაცემაში, b - ასახვაში, F - რენტგენის მილის ფოკუსი, K - დიაფრაგმა, O - ნიმუში, Pl - ფილმი)

ერთკრისტალური ბრუნვის მეთოდი

ბრუნვის მეთოდი არის მთავარი კრისტალების ატომური სტრუქტურის განსაზღვრაში. ეს მეთოდი განსაზღვრავს ერთეული უჯრედის ზომას, ატომების ან მოლეკულების რაოდენობას უჯრედზე. კოსმოსური ჯგუფი გვხვდება ანარეკლების გადაშენებიდან (ზუსტად ინვერსიის ცენტრამდე). დიფრაქციული მწვერვალების ინტენსივობის გაზომვის მონაცემები გამოიყენება ატომური სტრუქტურის დადგენასთან დაკავშირებულ გამოთვლებში. ბრუნვის მეთოდით რენტგენის გამოსახულების მიღებისას, კრისტალი ბრუნავს ან ირხევა გარკვეული კრისტალოგრაფიული მიმართულების ირგვლივ, როდესაც ის დასხივებულია მონოქრომატული ან დამახასიათებელი რენტგენის სხივებით. პირველადი სხივი იჭრება დიაფრაგმით (ორი მრგვალი ნახვრეტით) და შედის კრისტალში. კრისტალი დამონტაჟებულია გონიომეტრიულ თავზე ისე, რომ მისი ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მიმართულება (როგორიცაა , , ) არის ორიენტირებული გონიომეტრიული თავის ბრუნვის ღერძის გასწვრივ. გონიომეტრიული თავი არის ორი ერთმანეთის პერპენდიკულარული რკალის სისტემა, რომელიც საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ ბროლი სასურველი კუთხით ბრუნვის ღერძისა და პირველადი რენტგენის სხივის მიმართ. გონიომეტრიული თავი მოძრაობს ნელი ბრუნვისკენ ძრავის დახმარებით გადაცემათა სისტემის მეშვეობით. დიფრაქციის ნიმუში ჩაწერილია ფოტოგრაფიულ ფილმზე, რომელიც მდებარეობს გარკვეული დიამეტრის (86.6 ან 57.3 მმ) კასეტის ცილინდრული ზედაპირის ღერძის გასწვრივ.

გარე ჭრის არარსებობის შემთხვევაში, კრისტალები ორიენტირებულია ლაუს მეთოდით. ამ მიზნით, შესაძლებელია ბრტყელი ფირის მქონე კასეტის დაყენება ბრუნვის კამერაში. ბრუნვის რენტგენის შაბლონზე დიფრაქციის მაქსიმუმები განლაგებულია სწორი ხაზების გასწვრივ, რომელსაც ეწოდება ფენის ხაზები. რენტგენოგრამაზე მაქსიმუმები განლაგებულია სიმეტრიულად ვერტიკალურ ხაზთან მიმართებაში, რომელიც გადის პირველად ლაქაზე. ბრუნვითი რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშები ხშირად აჩვენებს უწყვეტ ზოლებს, რომლებიც გადის დიფრაქციის მაქსიმუმებში. ამ ზოლების გამოჩენა განპირობებულია რენტგენის მილის გამოსხივებაში უწყვეტი სპექტრის არსებობით დამახასიათებელ სპექტრთან ერთად.

როდესაც კრისტალი ბრუნავს ძირითადი კრისტალოგრაფიული მიმართულების გარშემო, მასთან დაკავშირებული ორმხრივი გისოსი ბრუნავს. როდესაც ორმხრივი გისოსების კვანძები კვეთენ გამრავლების სფეროს, წარმოიქმნება დიფრაქციული სხივები, რომლებიც განლაგებულია კონუსების გენერატრიქსის გასწვრივ, რომელთა ღერძები ემთხვევა ბროლის ბრუნვის ღერძს. საპასუხო გისოსის ყველა კვანძი, რომლებიც იკვეთება გამრავლების სფეროს მიერ მისი ბრუნვის დროს, წარმოადგენს ეფექტურ რეგიონს, ე.ი. განსაზღვრეთ დიფრაქციული მაქსიმუმის ინდექსების რეგიონი, რომელიც წარმოიქმნება მოცემული ბროლისგან მისი ბრუნვის დროს. ნივთიერების ატომური სტრუქტურის დასადგენად აუცილებელია ბრუნვის რენტგენის შაბლონების მითითება. ინდექსირება, როგორც წესი, კეთდება გრაფიკულად ორმხრივი გისოსების გამოსახულებების გამოყენებით. ბრუნვის მეთოდი განსაზღვრავს კრისტალური მედის პერიოდებს, რომლებიც ლაუს მეთოდით განსაზღვრულ კუთხეებთან ერთად შესაძლებელს ხდის უჯრედის ერთეული მოცულობის პოვნას. ერთეული უჯრედის სიმკვრივის, ქიმიური შემადგენლობისა და მოცულობის შესახებ მონაცემების გამოყენებით აღმოჩენილია ერთეულ უჯრედში ატომების რაოდენობა.

ფხვნილის მეთოდი

პოლიკრისტალური მასალების შესწავლის ჩვეულებრივი მეთოდით, დაფქული ფხვნილის ან სხვა წვრილმარცვლოვანი მასალის თხელი სვეტი განათებულია გარკვეული ტალღის სიგრძის რენტგენის სხივების ვიწრო სხივით. სხივების დიფრაქციული ნიმუში ჩაწერილია ცილინდრის სახით შემოხვეული ფოტოფილმის ვიწრო ზოლზე, რომლის ღერძის გასწვრივ განლაგებულია შესასწავლი ნიმუში. შედარებით ნაკლებად გავრცელებულია ბრტყელ ფოტოფილმზე გადაღება.

მეთოდის სქემატური დიაგრამა მოცემულია ნახ. 4.

ბრინჯი. ფხვნილის სროლის 4 სქემატური დიაგრამა:

1 - დიაფრაგმა; 2 - სხივების შესვლის ადგილი;

3 - ნიმუში: 4 - ადგილი, სადაც სხივები გამოდის;

5 - კამერის კორპუსი; 6 - (ფოტოფილმი)

როდესაც მონოქრომატული სხივების სხივი ეჯახება ნიმუშს, რომელიც შედგება მრავალი პატარა კრისტალისგან სხვადასხვა ორიენტაციის მქონე, მაშინ ნიმუში ყოველთვის შეიცავს კრისტალების ცნობილ რაოდენობას, რომლებიც განლაგდება ისე, რომ სიბრტყეების ზოგიერთი ჯგუფი შექმნის q კუთხეს. დაცემის სხივით, რომელიც აკმაყოფილებს არეკვლის პირობებს.

15.1 რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის ფიზიკური მახასიათებლები

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ეფუძნება რენტგენის დიფრაქციის ფენომენს, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც რენტგენის სხივები მიმოფანტულია კრისტალური ნივთიერებებით. ისინი სწავლობენ ატომების განლაგებას კრისტალურ მასალებში და კრისტალებში ატომების გადაწყობასთან დაკავშირებულ პროცესებს. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის დახმარებით შეისწავლება შენადნობების მდგომარეობის დიაგრამები, დგინდება კრისტალიტების შიდა ძაბვები, ზომები და ორიენტაცია, გადაიჭრება ზეგაჯერებული მყარი ხსნარების დაშლა და მრავალი სხვა პრაქტიკულად მნიშვნელოვანი პრობლემა.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ფართოდ გამოიყენება კრისტალების სტრუქტურული ნაკლოვანებების შესწავლისას, რომელთა არსებობა განსაზღვრავს მასალების ბევრ თვისებას. რენტგენის დიფრაქცია შესაძლებელს ხდის კრისტალების მოზაიკური სტრუქტურის შესწავლას, დისლოკაციების გამოვლენას, ქვესტრუქტურული კომპონენტების ზომების, მათი არასწორი ორიენტაციისა და ქვემარცვლის საზღვრების განსაზღვრას.

რენტგენის დიფრაქციული მეთოდები მყარი ნივთიერებების კრისტალური სტრუქტურის შესასწავლად მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა მასალების მეცნიერების განვითარებაში. რენტგენის დიფრაქციის მეთოდმა შესაძლებელი გახადა მყარი ნივთიერებების ატომურ-კრისტალური სტრუქტურის დადგენა და ლითონებისა და შენადნობების სტაბილური და მეტასტაბილური მდგომარეობების, აგრეთვე მათი თერმული და მექანიკური დამუშავების დროს წარმოქმნილი ფენომენების შესწავლა და, ამრიგად, სტრუქტურული პროცესების მექანიზმის გაგება.

დიდი რაოდენობით სამუშაოები ჩატარდა ატომურ-კრისტალურ სტრუქტურასა და მასალების თვისებებს შორის კავშირის დამყარების მიზნით. შედეგად, ატომურ-კრისტალური სტრუქტურის მონაცემები გახდა მასალების აუცილებელი მახასიათებელი. რენტგენის დიფრაქციის მონაცემებით გამოთვლილი სტრუქტურული მახასიათებლები ფართოდ გამოიყენება ლითონის დამუშავების რეჟიმების შემუშავებაში და ტექნოლოგიური პროცესების კონტროლისთვის.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის ტექნიკა მრავალფეროვანია, რაც შესაძლებელს ხდის მდიდარი ინფორმაციის მოპოვებას მასალების სტრუქტურის სხვადასხვა დეტალებზე და დამუშავების სხვადასხვა მეთოდის დროს მისი ცვლილებების შესახებ.

რენტგენის სხივები წარმოიქმნება, როდესაც მატერია იბომბება სწრაფად მოძრავი ელექტრონებით. დიფრაქციული მეთოდები იყენებს რენტგენის ტალღის სიგრძით დაახლოებით 10 -10 მ = 10 -8 სმ = 0,1 ნმ, რაც დაახლოებით უდრის კრისტალურ ნივთიერებაში ატომთაშორისი მანძილების მნიშვნელობას.

რენტგენის დიფრაქციისთვის გამოიყენება პოტენციური სხვაობა 50 კვ-მდე. იმ მომენტში, როდესაც ელექტრონი მიაღწევს ანოდს, ელექტრონების ენერგია ტოლი იქნება eU, სადაც e არის ელექტრონის მუხტი, U არის ელექტროდებზე გამოყენებული პოტენციური სხვაობა.

როდესაც ელექტრონები შენელდება სამიზნეში - ანოდის სარკეში, ელექტრონი დაკარგავს ენერგიას E 1 - E 2, სადაც e და E 2 არის ელექტრონების ენერგია შეჯახებამდე და მის შემდეგ. თუ დამუხრუჭება ხდება საკმარისად სწრაფად, მაშინ ენერგიის ეს დანაკარგი გადაიქცევა რადიაციად კანონის შესაბამისად:

hν = E 1 – E 2, (15.1)

სადაც h არის პლანკის მუდმივი; ν არის გამოსხივებული რენტგენის სხივების სიხშირე.

თუ ელექტრონი კარგავს მთელ ენერგიას ერთი შეჯახებისას, მაშინ
წარმოქმნილი გამოსხივების მაქსიმალური სიხშირე განისაზღვრება განტოლებით:
hνmax = eU. (15.2)

ვინაიდან, სადაც c არის სინათლის სიჩქარე, λ არის გამოსხივების ტალღის სიგრძე, აქედან გამომდინარეობს, რომ ტალღის სიგრძის მინიმალური მნიშვნელობა ტოლი იქნება:

U = 50 კვ-ზე, სიგრძე λ min დაახლოებით უდრის 0,025 ნმ. უმეტეს შემთხვევაში, გზაზე ელექტრონი ეჯახება რამდენიმე ატომს, ყოველი შეჯახებისას კარგავს ენერგიის ნაწილს და ამით წარმოქმნის რამდენიმე ფოტონს და თითოეულ მათგანს შეესაბამება ტალღა, რომლის სიგრძე აღემატება λ min.

ამრიგად, წარმოიქმნება თეთრი გამოსხივება - უწყვეტი (უწყვეტი) სპექტრი, რომელსაც აქვს მკვეთრი საზღვარი მოკლე ტალღის სიგრძის ნაწილში და მხოლოდ თანდათან მცირდება უფრო გრძელი ტალღის სიგრძეებისკენ. სურათი 15.1.

სინამდვილეში, ელექტრონების კინეტიკური ენერგიის 1%-ზე ნაკლები გარდაიქმნება რენტგენის სხივებად. ამ ტრანსფორმაციის ეფექტურობა დამოკიდებულია ანოდის სარკის ნივთიერებაზე და იზრდება მისი შემადგენელი ატომების Z ატომური რიცხვის მატებასთან ერთად. ამ ეფექტის შერწყმით მიღებული U ძაბვის გაზრდით, შეიძლება დადგინდეს, რომ რენტგენის მთლიანი ინტენსივობა დაახლოებით ZU 2-ის პროპორციულია.

ვოლფრამის ანოდის მქონე მილებისთვის U = 20 კვ η = 0,12%, U = 50 კვ η = 0,27%. უწყვეტი სპექტრის უკიდურესად მცირე η აგზნებანი შედარებით დაბალ ძაბვაზე აიხსნება იმით, რომ ელექტრონების უმეტესობა (≈99%) თანდათან ხარჯავს ენერგიას ანოდის მასალის ატომებთან ურთიერთობისას მათი იონიზაციისა და ანოდის ტემპერატურის გაზრდის მიზნით. .

გარკვეული აჩქარების ძაბვის დროს ხდება რენტგენის დამახასიათებელი გამოსხივება. სურათი 15.2.

სურათი 15.1. უწყვეტი სპექტრი მიღებული

ვოლფრამის სამიზნე

სურათი 15.2. Mo და Cu-ს K სპექტრები 35 კვ-ზე,

α-ხაზი არის ორმაგი.

ამ ხაზების ინტენსივობა შეიძლება იყოს ასჯერ მეტი, ვიდრე ნებისმიერი სხვა უწყვეტი სპექტრის ხაზის ინტენსივობა იმავე ტალღის სიგრძის დიაპაზონში. დამახასიათებელი გამოსხივება ხდება მაშინ, როდესაც ინციდენტურ ელექტრონს აქვს საკმარისად მაღალი ენერგია, რომ ამოაგდოს ელექტრონი ანოდის სარკის ატომის ერთ-ერთი შიდა ელექტრონული გარსიდან, და შედეგად ვაკანსიას იკავებს ელექტრონი უმაღლესი ენერგეტიკული დონიდან, ჭარბი ენერგია რეალიზდება. რადიაციის სახით. გამოსხივებული ტალღის სიგრძე განისაზღვრება ამ ორ დონეს შორის ენერგეტიკული სხვაობით და, შესაბამისად, ძაბვის მატება, თუმცა ინტენსივობის მატებას უწყობს ხელს, არ ცვლის ანოდის დამახასიათებელი გამოსხივების ტალღის სიგრძეს.

დამახასიათებელი ტალღების სპექტრები საკმაოდ მარტივია და კლასიფიცირებულია ტალღის სიგრძის K, L, M - სერიების აღმავალი წესით, იმ დონის შესაბამისად, საიდანაც ელექტრონი დაარტყა. K-სერიის ხაზები მიიღება იმ შემთხვევაში, თუ ელექტრონი ამოვარდება ყველაზე ღრმა K-დონიდან და ამგვარად წარმოქმნილი ვაკანსია ივსება უფრო მაღალი დონის ელექტრონით, მაგალითად L ან M. თუ ელექტრონი ამოვარდება შემდეგი L-დან. დონე და შეცვლილია M ან N დონის ელექტრონით, გამოჩნდება L-სერიის ხაზები. სურათი 15.3.

სურათი 15.3. გადასვლები ენერგიას შორის

დონეები, რომლებიც ქმნიან რენტგენის სპექტრებს

თითოეული სერია ხდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც აჩქარების ძაბვა აღემატება გარკვეულ კრიტიკულ მნიშვნელობას U 0, რომელსაც აგზნების პოტენციალი ეწოდება.

აგზნების პოტენციალის U 0 მნიშვნელობა ასოცირდება ამ სერიის უმცირეს ტალღის სიგრძესთან λ min:

სერიის აგზნების პოტენციალი დალაგებულია შემდეგი თანმიმდევრობით: U N< U M < U L < U K . Например, для вольфрама U N = 2,81 кВ; U L = 12,1 кВ и U K = 69,3 кВ. Потенциал возбуждения данной серии растёт с увеличением атомного номера материала анода. Спектры характеристического излучения различных элементов одинаковы по своему строению.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის პრაქტიკაში ყველაზე ხშირად გამოიყენება K-სერიები, რომელიც შედგება ოთხი ხაზისგან: α 1 , α 2 , β 1, β 2 . ამ ხაზების ტალღის სიგრძეები განლაგებულია თანმიმდევრობით λ α 1 > λ α > λ β 1 > λ β . ამ ხაზების ინტენსივობის თანაფარდობა ყველა ელემენტისთვის არის დაახლოებით იგივე და დაახლოებით ტოლია I α 1: I α 2: I β 1: I β 2 .

ელემენტის ატომური რიცხვის მატებასთან ერთად დამახასიათებელი გამოსხივების სპექტრები გადადის მოკლე ტალღის სიგრძისკენ (მოზელის კანონი).

სადაც σ არის სკრინინგის მუდმივი; ; n და m არის მთელი რიცხვები K სერიებისთვის n = 1, L სერიებისთვის n = 2.

15.2 რენტგენის დამახასიათებელი გამოსხივების წყაროები

რენტგენის მილი არის რენტგენის სხივების წყარო, რომელიც წარმოიქმნება მასში სწრაფად მფრინავი ელექტრონების ურთიერთქმედების შედეგად.

ელექტრონების გზაზე მოთავსებული ანოდის ატომები.

რენტგენის მილებში რენტგენის აღგზნებისათვის უზრუნველყოფილი უნდა იყოს: თავისუფალი ელექტრონების მიღება; დიდი კინეტიკური ენერგიის კომუნიკაცია თავისუფალ ელექტრონებთან, დან
რამდენიმე ათასიდან 1-2 მილიონ ელექტრონვოლტამდე; სწრაფად მფრინავი ელექტრონების ურთიერთქმედება ანოდის ატომებთან.

რენტგენის მილები კლასიფიცირდება გარკვეული კრიტერიუმების მიხედვით. თავისუფალი ელექტრონების მიღების მეთოდის მიხედვით. განასხვავებენ იონურ და ელექტრონულ მილებს. იონურ მილებში თავისუფალი ელექტრონები იქმნება ცივი კათოდის დაბომბვის შედეგად დადებითი იონებით, რომლებიც წარმოიქმნება იშვიათ 10 -3 - 10 -4 მმ Hg-მდე. გაზში, როდესაც მათზე მაღალი ძაბვაა გამოყენებული. ელექტრონულ მილებში თავისუფალი ელექტრონები წარმოიქმნება დენით გაცხელებული კათოდის თერმიონული გამოსხივების გამო.

ვაკუუმის შექმნისა და შენარჩუნების მეთოდის მიხედვით. გამოიყენება შედუღებული და დასაკეცი მილები. დალუქულ მილებში წარმოებისას იქმნება მაღალი ვაკუუმი და შენარჩუნებულია ექსპლუატაციის მთელი პერიოდის განმავლობაში. ვაკუუმის დარღვევა იწვევს მილის უკმარისობას. დასაკეც მილებში ვაკუუმი იქმნება და ინარჩუნებს ვაკუუმ ტუმბოს მუშაობის დროს.

დანიშვნით, მილები გამოიყენება მასალების ტრანსილუმინაციისთვის - რენტგენის ხარვეზის გამოვლენისთვის. სტრუქტურული ანალიზისთვის - რენტგენის დიფრაქციული მეთოდი. სამედიცინო მიზნებისთვის - დიაგნოსტიკური და თერაპიული.

რენტგენის დიფრაქციის ანალიზში გამოყენებული მილების ძირითადი ტიპი არის დალუქული ელექტრონული მილები. სურათი 15.4.

ეს არის მინის კონტეინერი, რომელშიც ორი ელექტროდია შეყვანილი - კათოდი ინკანდესენტური ვოლფრამის მავთულის სპირალის სახით და ანოდი მასიური სპილენძის მილის სახით. ბუშტში იქმნება მაღალი ვაკუუმი 10 -5 - 10 -7 მმ Hg, რომელიც უზრუნველყოფს ელექტრონების თავისუფალ მოძრაობას კათოდიდან ანოდამდე, კათოდის თბო და ქიმიურ იზოლაციას და ხელს უშლის გაზის გამონადენის წარმოქმნას შორის. ელექტროდები.

როდესაც ვოლფრამის ხვეული, რომელიც თბება ძაფის დენით 2100 - 2200 ° C-მდე, გამოყოფს ელექტრონებს, ისინი, მილის ბოძებზე გამოყენებული მაღალი ძაბვის ველში, დიდი სიჩქარით მიდიან ანოდამდე. პლატფორმაზე ანოდის ბოლოს (ანოდის სარკე) დარტყმისას ელექტრონები მკვეთრად ნელდება. მათი კინეტიკური ენერგიის დაახლოებით 1% შემდეგ გარდაიქმნება ელექტრომაგნიტური რხევების ენერგიად - რენტგენის დამახასიათებელ გამოსხივებად, დანარჩენი ენერგია გარდაიქმნება ანოდზე გამოთავისუფლებულ სითბოდ.

სურათი 15.4. შედუღებული ელექტრონულის სქემა

რენტგენის მილი BSV-2 სტრუქტურისთვის

ანალიზი: 1- კათოდი; 2 - ანოდი; 3 - ფანჯრები გასათავისუფლებლად

რენტგენი; 4 - დამცავი ცილინდრი;

5 - ფოკუსირების ქუდი

შედარებით რბილი სხივები, როგორც წესი, გამოსხივებული სტრუქტურული ანალიზის მილებით 0,1 ნმ ან მეტი ტალღის სიგრძით, ძალიან ძლიერად შეიწოვება მინა. ამიტომ, რენტგენის სხივების გასათავისუფლებლად, ამ მილების ცილინდრებში შედუღებულია სპეციალური ფანჯრები, რომლებიც დამზადებულია ან მსუბუქი ელემენტების შემცველი ჰეტინის შენადნობიდან (ბერილიუმი, ლითიუმი, ბორი), ან მეტალის ბერილიუმისგან.

მილის ფოკუსი ეწოდება ანოდზე არსებულ უბანს, რომელზედაც ეცემა ელექტრონები და საიდანაც გამოიყოფა რენტგენის სხივები. თანამედროვე რენტგენის მილებს აქვთ მრგვალი ან ზოლიანი ფოკუსი. შესაბამისად, კათოდი მზადდება ან სპირალის სახით, რომელიც მოთავსებულია ფოკუსირების თასის შიგნით, ან ხვეული ხაზის სახით, რომელიც მდებარეობს ნახევარცილინდრის შიგნით.

რენტგენის მილის ანოდი სტრუქტურული ანალიზისთვის არის მასიური ღრუ ცილინდრი, რომელიც დამზადებულია მაღალი თბოგამტარობის მასალისგან, ყველაზე ხშირად სპილენძისგან. ანოდის ბოლო კედელში დაჭერილია ფირფიტა - ანტიკათოდი (ანოდის სარკე), რომელიც ანელებს კათოდიდან გამოყოფილ ელექტრონებს. სტრუქტურული ანალიზისთვის მილაკებში ანოდის სარკე დამზადებულია ლითონისგან, რომლის დამახასიათებელი გამოსხივება გამოიყენება დიფრაქციის ნიმუშის მისაღებად რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის სპეციფიკური პრობლემების გადასაჭრელად.

გამოიყენება ქრომის, რკინის, ვანადიუმის, კობალტის, ნიკელის, სპილენძის, მოლიბდენის, ვოლფრამის, ვერცხლის და მანგანუმის ანოდებისგან დამზადებული ანოდების ყველაზე გავრცელებული მილები. სტრუქტურული ანალიზისთვის მილებში ანოდის ბოლო სახე მოწყვეტილია ანოდის ღერძთან 90°-იანი კუთხით.

მილის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია სიმძლავრის ლიმიტი:

P = U I W (15.6)

სადაც U არის მაღალი ძაბვის მნიშვნელობა, V; I - მილის დენი, ა.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის ზოგიერთ პრობლემაში, განსაკუთრებით ისეთ პრობლემებში, რომლებიც საჭიროებენ მაღალი გარჩევადობის რენტგენის სხივებს, გამოსახულების ეფექტურობა დამოკიდებულია ფოკუსის ზომაზე და, შესაბამისად, განისაზღვრება მილის სპეციფიკური სიმძლავრით - სიმძლავრე, რომელიც გამოსხივებულია ფართობის ერთეულზე. ანტიკათოდის. ასეთი პირობებისთვის შექმნილია მკვეთრი ფოკუსის მილები, მაგალითად, BSV-7, BSV-8, BSV-9 და მიკროფოკუსის მილები BSV-5.

15.3 მახასიათებლის ჩაწერის მეთოდები

რენტგენის გამოსხივება

რენტგენის დასარეგისტრირებლად გამოიყენება იონიზაციის, ფოტოგრაფიული, ელექტროფოტოგრაფიული და ლუმინესცენტური მეთოდები.

იონიზაციის მეთოდი შესაძლებელს ხდის რენტგენის სხივების ინტენსივობის დიდი სიზუსტით გაზომვას შედარებით მცირე ფართობზე, რომელიც შემოიფარგლება საზომი ჭრილებით. მეთოდი ფართოდ გამოიყენება რენტგენის დიფრაქციულ ანალიზში, როდესაც საჭიროა ზუსტი კავშირის ცოდნა დიფრაქციული მწვერვალების ინტენსივობასა და პროფილს შორის.

ფართოდ გავრცელდა დიფრაქციის მაქსიმუმების ჩაწერის ფოტოგრაფიული მეთოდი. ფლობს დოკუმენტაციას და მაღალ მგრძნობელობას. მეთოდის ნაკლოვანებები მოიცავს ფოტომასალის გამოყენების აუცილებლობას, რაც ართულებს რენტგენის რეგისტრაციას.

ელექტროფოტოგრაფიული მეთოდი (ქსერორადიოგრაფია) შედარებით მარტივი მეთოდია, რომლის უპირატესობა მდგომარეობს ერთ ფირფიტაზე დიდი რაოდენობით გამოსახულების თანმიმდევრულად მიღების შესაძლებლობაში.

მანათობელ ეკრანზე გამოსახულების დაკვირვების მეთოდი უაღრესად პროდუქტიულია და არ საჭიროებს ხარჯვას ფოტოგრაფიულ მასალებზე. მეთოდის ერთ-ერთი მინუსი არის მისი დაბალი მგრძნობელობა დეფექტების გამოვლენისას (დოკუმენტაციის ნაკლებობა.

იონიზაციის მეთოდი.

რენტგენის სხივები, რომლებიც გადის გაზში, იონიზებს მის მოლეკულებს. შედეგად წარმოიქმნება სხვადასხვა ნიშნის იონების იგივე რაოდენობა. ელექტრული ველის არსებობისას წარმოქმნილი იონები იწყებენ მოძრაობას შესაბამისი ელექტროდებისკენ. იონები, რომლებმაც მიაღწიეს ელექტროდებს, განეიტრალება და გარე წრეში ჩნდება დენი, რომელიც ჩაწერილია. სურათი 15.5.

სურათი 15.5. იონიზაციის დენის დამოკიდებულება ი

ელექტროდებზე ძაბვაზე U: I - გაჯერების რეგიონი;

II - სრული პროპორციულობის ფართობი; III - რეგიონი

არასრული პროპორციულობა; IV - თანაბარი იმპულსების რეგიონი

ძაბვის შემდგომი ზრდა U = U 2-მდე არ იწვევს იონიზაციის დენის ზრდას, იზრდება მხოლოდ იონის სიჩქარე. U ≥ U 2-ზე, იონის სიჩქარე საკმარისი ხდება გაზის მოლეკულების იონიზაციისთვის შეჯახების შედეგად - ზემოქმედების იონიზაცია და დენი იწყებს მატებას ძაბვის გაზრდით გაზის გაძლიერების გამო. გაზის გამაძლიერებელი კოეფიციენტი U ≤ U 3-მდე წრფივად არის დამოკიდებული გამოყენებული ძაბვაზე - სრული პროპორციულობის რეგიონზე და შეიძლება მიაღწიოს 10 2 - 10 4 .

U ≥ U 3-ზე არის გაზის გაძლიერების წრფივი დარღვევა - არასრული პროპორციულობის არე. U ≥ U 4-ზე, ელექტროდებს შორის ფოტონის გავლის შემთხვევაში, ენერგიით, რომელიც საკმარისია მინიმუმ ერთი წყვილი იონის წარმოქმნისთვის, ხდება ზვავის გამონადენი - თანაბარი იმპულსების რეგიონი, რომელშიც გადის სხვადასხვა ენერგიის მაიონებელი ნაწილაკები. შეესაბამება იდენტური დენის იმპულსების გამოჩენას. ძაბვის შემდგომი ზრდა იწვევს თვითგამონადენის გამოჩენას.

მათ დასარეგისტრირებლად გამოიყენება რენტგენის სხივების მაიონებელი ეფექტი. გამოყენებული მოწყობილობები, რომლებიც მუშაობენ გაზის გამონადენის სხვადასხვა ადგილებში:

იონიზაციის კამერები - გაჯერების ზონაში;

პროპორციული მრიცხველები - სრული პროპორციულ რეჟიმში;

გაზის გამომრიცხველი მრიცხველები - თანაბარი იმპულსების ველში.

იონიზაციის კამერები.

მუშაობა გაჯერების რეჟიმში. გაჯერების ძაბვა დამოკიდებულია ელექტროდების ფორმაზე და მათ შორის მანძილზე. რენტგენის დოზის აბსოლუტური გაზომვისთვის გამოიყენება ნორმალური კამერები, რომლებიც შეიძლება იყოს ცილინდრული ან ბრტყელი. კამერას აქვს კორპუსისგან იზოლირებული სამი ელექტროდი, დამზადებულია ღეროების ან მილების სახით, რომელთა დიამეტრი რამდენიმე მილიმეტრია: ერთი საზომი "A" და ორი დამცავი "B".

პროპორციული მრიცხველები.

იონიზაციის პალატაში ელექტრული ველის სიძლიერის გაზრდით, რენტგენის სხივების მოქმედებით წარმოქმნილ ელექტრონებს შეუძლიათ მიიღონ ენერგია, რომელიც საკმარისია ნეიტრალური აირის მოლეკულების ზემოქმედების იონიზაციისთვის. მეორადი იონიზაციის დროს წარმოქმნილ ელექტრონებს შეუძლიათ შემდგომი იონიზაციის შექმნა. გაზის გამაძლიერებელი ფაქტორი 10 4 - 10 6 .

კამერებს, რომლებიც მუშაობენ გაზის გაძლიერების პირობებში, ეწოდება პროპორციულ მრიცხველებს, რადგან როდესაც მათში მაიონებელი გამოსხივების კვანტური შედის, ელექტროდებზე წარმოიქმნება იმპულსი, რომელიც პროპორციულია ამ კვანტის ენერგიისა. პროპორციული მრიცხველები განსაკუთრებით ფართოდ გამოიყენება გრძელი ტალღის სიგრძის რენტგენის სხივების ჩასაწერად.

გეიგერი მრიცხველს.

თუ პროპორციული მრიცხველის ანოდზე ძაბვა საკმარისად მაღალია, მაშინ გამომავალი იმპულსები არ იქნება პირველადი იონიზაციის პროპორციული და მათი ამპლიტუდა, გარკვეულ ძაბვაზე, აღწევს მუდმივ მნიშვნელობას, მაიონებელი ნაწილაკების ტიპისგან დამოუკიდებლად. მრიცხველის მუშაობის ამ რეჟიმს ეწოდება თანაბარი იმპულსების რეგიონი ან გეიგერის რეგიონი.

თანაბარი მომენტის რეგიონში, როდესაც რადიაციის კვანტი შედის მრიცხველში, წარმოიქმნება ელექტრონული ზვავი, რომელიც ანოდისკენ გადაადგილებისას აღაგზნებს კეთილშობილი გაზის ატომებს, რომელიც ავსებს მრიცხველს. აღგზნებული ატომები ასხივებენ ულტრაიისფერი გამოსხივების კვანტებს, რაც ხელს უწყობს გამონადენის შემდგომ გავრცელებას ანოდის ძაფის გასწვრივ. ორგანული დანამატის მქონე მრიცხველებს აქვთ შეზღუდული მომსახურების ვადა ჩამქრალი დანამატის დაშლის გამო 10 8 - 10 9 რაოდენობა. ჰალოგენის მრიცხველებს შეუძლიათ 10 12 - 10 13 პულსის დათვლა.

მრიცხველები ხასიათდება პარამეტრებით: ეფექტურობა, მკვდარი დრო და სტაბილურობა.

დროის ინტერვალს, რომლის დროსაც მრიცხველს არ შეუძლია დაარეგისტრიროს ახლად შემოსული გამოსხივების კვანტები, ეწოდება მკვდარი დრო, რომელიც განისაზღვრება კათოდში დადებითი იონების გადაადგილების დროით, გეიგერის მრიცხველებში ეს არის 150-300 μs.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისთვის იწარმოება MSTR-3 ტიპის მრიცხველები სპექტრის გრძელი ტალღის რეგიონისთვის, λ = 0,15 - 0,55 ნმ, MSTR-5 სპექტრის მოკლე ტალღის რეგიონისთვის, λ = 0,05 - 0.2 ნმ და MSTR-4 მრიცხველი.

სცინტილაციის მრიცხველები.

სცინტილაციის მრიცხველები რენტგენის სხივების ინტენსივობის გაზომვის ყველაზე მოწინავე ინსტრუმენტებს შორისაა. მრიცხველები შედგება გამჭვირვალე ლუმინესცენტური კრისტალისგან - სცინტილატორისა და ფოტომულტიპლიკატორის მილისგან (PMT). NaI ან KI კრისტალები, რომლებიც გააქტიურებულია მცირე რაოდენობით ტალიუმით, გამოიყენება როგორც სკინტილატორები. სიმბოლო - NaI (TI) ან KI (TI).

სცინტილაციის მრიცხველების მახასიათებელია პროპორციული ურთიერთობა ნაწილაკების მაიონებელ უნარსა და, შესაბამისად, ძაბვის პულსის ენერგიასა და ამპლიტუდას შორის ფოტომულტიპლიკატორის გამოსავალზე.ასეთი დამოკიდებულების არსებობა საშუალებას იძლევა გამოიყენოს ამპლიტუდური ანალიზატორები შესაბამისი იმპულსების იზოლირებისთვის. გარკვეული ენერგიის კვანტები - გარკვეული ტალღის სიგრძის შესაბამისი გამოსხივების ინტენსივობის გაზომვა. მრიცხველების მკვდარი დრო არის 1-3 μs, რაც საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ დათვლის სიხშირე 5·10 4-მდე შესამჩნევი შეცდომის გარეშე.

ნახევარგამტარული მრიცხველები.

რენტგენის სხივების დასარეგისტრირებლად გამოყენებულია ნახევარგამტარული (გერმანიუმის და სილიციუმის) მრიცხველები. მრიცხველი არის ნახევარგამტარული დიოდი p-n შეერთებით, რომელზედაც გამოიყენება მიკერძოებული ძაბვა არაგამტარ მიმართულებით. მიკერძოებული ძაბვა აფართოებს მატარებლით დაცლილ ფენას, ქმნის საკმარისად მგრძნობიარე ეფექტურ მოცულობას მაიონებელი ნაწილაკების გამოსავლენად.

რეგისტრაციის ფოტოგრაფიული მეთოდი.

რენტგენის სხივების ფოტოგრაფიისთვის გამოიყენება სპეციალური რენტგენის ფილმი. რენტგენის სხივების ფოტოგრაფიული ეფექტი წარმოიქმნება მხოლოდ მათი ფრაქციის მიერ, რომელიც შეიწოვება ფოტო ემულსიაში. ეს პროპორცია დამოკიდებულია რენტგენის ტალღის სიგრძეზე და მცირდება ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად. რენტგენის ფირის ემულსიური ფენა შთანთქავს რენტგენის ენერგიის ~30%-ს 0,11 ნმ-ზე და მხოლოდ 1%-ს 0,04 ნმ-ზე. ფილმის მგრძნობელობის გაზრდა მოკლე ტალღის სიგრძის რადიაციის მიმართ შეიძლება მიღწეული იყოს გამაძლიერებელი ეკრანების გამოყენებით.

ქსერორადიოგრაფიული მეთოდი (ქსეროგრაფია).

ეს მეთოდი ინარჩუნებს ფოტოგრაფიული მეთოდის ძირითად უპირატესობებს, მაგრამ უფრო ეკონომიურია. მეთოდი იყენებს სპეციალურ ალუმინის ფირფიტებს, რომლებზეც ვაკუუმური დეპონირების გზით გამოიყენება ამორფული სელენის ფენა 100 მკმ სისქით. რენტგენის გადაღებამდე ფირფიტა მოთავსებულია სპეციალურ დამტენში.

ლუმინესცენტური მეთოდი.

ზოგიერთი ნივთიერება რენტგენის სხივების ზემოქმედებისას ასხივებს ხილულ სინათლეს. ასეთი სიკაშკაშის ენერგეტიკული გამოსავალი მცირეა და შეადგენს შთანთქმული რენტგენის ენერგიის რამდენიმე პროცენტს.

განსაკუთრებით საინტერესოა ფოსფორები - ნივთიერებები, რომლებიც იძლევა ხილული ლუმინესცენციის უმაღლეს გამომუშავებას. საუკეთესო ფოსფორი მოყვითალო-მწვანე ბზინვარებით არის Zs + CdS ნარევი. ეს ნარევი კომპონენტებს შორის სხვადასხვა თანაფარდობით შესაძლებელს ხდის სხვადასხვა სპექტრული შემადგენლობით ბზინვარების მიღებას.

15.4 რენტგენის დიფრაქცია

რაც შეეხება რენტგენის დიფრაქციას, ბროლი

განიხილება, როგორც სამგანზომილებიანი დიფრაქციული ბადე. სიბრტყე მონოქრომატული ტალღა ეცემა წრფივ დიფრაქციულ ბადეზე. სურათი 15.6.

სურათი 15.6. დიფრაქცია ბრტყელი ბადედან

ბადეში თითოეული ხვრელი იქცევა იმავე ტალღის სიგრძის გამოსხივების წყაროდ. ბადეში ყველა ხვრელის მიერ გამოსხივებული ტალღების ჩარევის შედეგად წარმოიქმნება სხვადასხვა რიგის დიფრაქციის სპექტრული ხაზები: ნული, პირველი, ... n-th. თუ რომელიმე მიმართულებით მიმდებარე ხვრელების სხივების გზის სხვაობა ერთი ტალღის სიგრძეა, მაშინ ამ მიმართულებით ჩნდება 1-ლი რიგის სპექტრული ხაზი. მე-2 რიგის სპექტრული ხაზი წარმოიქმნება ბილიკების სხვაობაზე 2λ, n-ე რიგის სპექტრი - ბილიკის სხვაობაზე nλ. დიფრაქციული მაქსიმუმის წარმოქმნისთვის ბილიკის სხვაობა ტოლი უნდა იყოს nА, სადაც n არის მთელი რიცხვი, დაკმაყოფილებული უნდა იყოს მიმართება: a(сosα ± сosλ 0) = nλ.

კრისტალში a, b, c არის ბროლის გისოსების ღერძების სიგრძე, α 0, β 0, γ 0, α, β, γ არის კუთხეები, რომლებიც წარმოიქმნება ღერძებთან პირველადი და დიფრაქციული სხივებით.

დიფრაქციის მაქსიმუმის წარმოქმნა სამგანზომილებიანი კრისტალური გისოსიდან განისაზღვრება ლაუს განტოლებების სისტემით:

სადაც h, k, l არის მთელი რიცხვები, რომელსაც უწოდებენ ასახვის ინდექსებს ან ლაუეს ინდექსებს.

ბრეგის განტოლება განსაზღვრავს რენტგენის დიფრაქციის მდგომარეობას, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც რენტგენის სხივები გადის კრისტალში და აქვს ისეთი მიმართულება, რომ ისინი შეიძლება ჩაითვალოს შეჭრილი სხივის ასახვის შედეგად ბადეების სიბრტყის ერთ-ერთი სისტემიდან. ასახვა ხდება მაშინ, როდესაც პირობა დაკმაყოფილებულია:

2d sinθ = nλ, (15.8)

სადაც θ არის პირველადი რენტგენის სხივის დაცემის კუთხე კრისტალოგრაფიულ სიბრტყეზე, d არის პლანთაშორისი მანძილი, n არის მთელი რიცხვი. სურათი 15.7.

სურათი 15.7. ბრეგის კანონის წარმოშობის დიაგრამა

ლაუეს განტოლებების შესაბამისად, თითოეული ასახვა ხასიათდება ინდექსებით (hkl), მილერის ინდექსები () განსაზღვრავს კრისტალოგრაფიული სიბრტყეების სისტემას გისოსებში. მილერის ინდექსებს არ აქვთ საერთო ფაქტორი. არსებობს ურთიერთობები ლაუეს ინდექსებს (hkl) და მილერის ინდექსებს (h’k’l’): h = nh’, k = nk”, l = n1”

ლაუს ინდექსების სისტემა საერთო ფაქტორით n ნიშნავს, რომ არის n-ე რიგის ასახვა გისოსების სიბრტყეებიდან მილერის ინდექსებით (h' k' l').

მაგალითად, ანარეკლები ლაუს ინდექსებით (231), (462), (693) არის 1, მე-2 და მე-3 რიგის ასახვა გისოსების სიბრტყეებიდან მილერის ინდექსებით (231).

კუბური სისტემის შემთხვევაში, პლანთაშორისი მანძილი d და ერთეული უჯრედის პარამეტრი "a" დაკავშირებულია მიმართებით:

სადაც (h'k'l') არის მილერის ქსები.

ამრიგად, კუბური კრისტალისთვის, ბრაგის განტოლება შეიძლება დაიწეროს როგორც:

Laue ინდექსების გამოყენებისას განტოლება (15.10) უფრო მარტივი გამოიყურება:

ლაუეს და მილერის ინდექსების მნიშვნელობები სხვადასხვა კრისტალური ჯგუფის კრისტალებისთვის (სინგონიები) მოცემულია სხვადასხვა საცნობარო ლიტერატურაში რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის შესახებ.

15.5 დიფრაქციული სპექტრების ჩვენების მეთოდები

ინტერპლანტაშორისი მანძილი d i, რომელიც შეესაბამება θ i-ში ასახვის კუთხეების ცალკეულ მნიშვნელობებს, ერთმანეთთან არის დაკავშირებული შემდეგი განტოლებით:

განტოლებაში (15.12) a, b, c, α, β, γ აღნიშნეთ უჯრედის ერთეული პერიოდები და ღერძული კუთხეები, hkl არის ბროლის გისოსის განხილული სიბრტყის მაჩვენებლები.

ნებისმიერი ნივთიერების ელემენტარული უჯრედის პერიოდების ცოდნით, შესაძლებელია თითოეული სიბრტყისთვის, რომელიც ხასიათდება ინდექსების (hkl) გარკვეული მნიშვნელობებით, გამოითვალოს (15.12) განტოლებიდან შესაბამისი ინტერპლანტაშორისი მანძილი d hkl.

პრაქტიკაში, ელემენტარული უჯრედის პერიოდები განისაზღვრება d i-ის ცნობილი მნიშვნელობების საფუძველზე. პრობლემა შედარებით მარტივი იქნებოდა, თუ ცნობილი იქნებოდა d i-ის ცალკეული მნიშვნელობების შესაბამისი სამი მთელი რიცხვი (ინდექსი). შემდეგ შესაძლებელი იქნება d hkl-ის ექვსი მნიშვნელობის გამოყენება განტოლებათა სისტემიდან (15.12) და გამოვთვალოთ უცნობი მუდმივები: a, b, c, α, β, γ.

განტოლება (15.12) ძალიან გამარტივებულია მაღალი სიმეტრიის მქონე კრისტალური ნივთიერებებისთვის. ამიტომ, უნდა დაიწყოს კუბური სტრუქტურის მქონე მასალის რენტგენის დიფრაქციული ნიმუშის ინდექსირება.

კუბური სტრუქტურის მქონე მასალების ინდექსირება

კუბური გისოსისთვის a = b = c, α = β = γ = 90°. განტოლებაში ჩანაცვლების შემდეგ (15.12) და დეტერმინანტების გამოთვლის შემდეგ, განტოლება გარდაიქმნება ფორმაში:

ვულფ-ბრაგსის განტოლებიდან გამომდინარეობს:

აქედან გამომდინარე:

რენტგენოგრაფიის გაზომვების შედეგად, რკალების კუთხეებად გადაანგარიშების შემდეგ, ვიღებთ θ i მნიშვნელობების სერიას და sin θ i ;. ეს სიდიდეები შეიძლება აღვნიშნოთ რიგობით „i“-ით, აღმავალი მიმდევრობით, მაგრამ მათთვის დამახასიათებელი hkl ინდექსების გამოყენება შეუძლებელია. ექსპერიმენტულად ცნობილი მნიშვნელობებია sin 2 θ i, არა sin 2 θ hkl.

კუბური სტრუქტურის მქონე მასალების რენტგენის დიფრაქციული შაბლონების გაშიფვრის პრობლემა მცირდება მთელი რიცხვების მნიშვნელობების მნიშვნელობების შერჩევამდე. ეს პრობლემა ცალსახად ვერ მოგვარდება დამატებითი პირობების გარეშე.

ამიტომ, მიღებული რენტგენოგრამების მითითების სხვადასხვა მეთოდი გამოიყენება: განსხვავებების მეთოდი, ვენტილატორები, სხვადასხვა ნომოგრამები და მრავალი სხვა სპეციალური მეთოდი.

15.6 თვისებრივი რენტგენის ფაზის ანალიზი

ფაზის ანალიზი არის მოცემულ სისტემაში ფაზების რაოდენობის დადგენა და მათი იდენტიფიცირება. ფაზური ანალიზის რენტგენის მეთოდი ემყარება იმ ფაქტს, რომ თითოეული კრისტალური ნივთიერება იძლევა ჩარევის სპეციფიკურ ნიმუშს ჩარევის ხაზების გარკვეული რაოდენობით, განლაგებითა და ინტენსივობით, რაც განისაზღვრება ამ ნივთიერებაში ატომების ბუნებით და განლაგებით.

თითოეულ ფაზას აქვს საკუთარი ბროლის გისოსი. ატომური სიბრტყეების ოჯახებს, რომლებიც ქმნიან ამ გისოსს, აქვთ დ hkl ინტერპლანტაშორისი მანძილების მნიშვნელობების საკუთარი ნაკრები, რაც დამახასიათებელია მხოლოდ ამ გისოსისთვის. ობიექტის პლანთაშორისი მანძილების ცოდნა შესაძლებელს ხდის მისი კრისტალური გისოსის დახასიათებას და ხშირ შემთხვევაში ნივთიერების ან ფაზის დადგენას. მონაცემები პლანთაშორისი მანძილების შესახებ სხვადასხვა ფაზებისთვის მოცემულია საცნობარო ლიტერატურაში.

პოლიკრისტალური ნივთიერებების ფაზური შემადგენლობის განსაზღვრა მათი პლანთაშორისი მანძილით არის რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული და შედარებით ადვილად გადასაჭრელი პრობლემა.

ეს პრობლემა შეიძლება მოგვარდეს ნებისმიერი პოლიკრისტალური ნივთიერებისთვის, მიუხედავად მისი კრისტალური მედის ტიპისა.

ვულფ-ბრაგის ფორმულიდან (nλ = 2dsinθ) შემდეგია:

λ არის დამახასიათებელი გამოსხივების ტალღის სიგრძე, რომელშიც მიიღეს რენტგენის ნიმუში, მნიშვნელობა ცნობილია, შემდეგ პლანთაშორისი მანძილების განსაზღვრის პრობლემა მცირდება დიფრაქციის კუთხეების დადგენამდე.

პრაქტიკულად არ არსებობს ორი კრისტალური ნივთიერება, რომელსაც ექნებოდა ერთი და იგივე კრისტალური სტრუქტურა ყველა თვალსაზრისით, ამიტომ რენტგენის ნიმუშები თითქმის ცალსახად ახასიათებს ამ ნივთიერებას და სხვას. რამდენიმე ნივთიერების ნარევში, თითოეული მათგანი სხვებისგან დამოუკიდებლად იძლევა რენტგენის დიფრაქციის საკუთარ ნიმუშს. ნარევის შედეგად მიღებული რენტგენის ნიმუში არის რენტგენის შაბლონების სერიის ჯამი, რომელიც მიიღწევა თითოეული ნივთიერების სათითაოდ მიღების შემთხვევაში.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი არის ერთადერთი პირდაპირი გზა იმ ფაზების იდენტიფიცირებისთვის, რომლებიც შეიძლება ჰქონდეს თუნდაც ერთსა და იმავე ნივთიერებას. მაგალითად, SiO 2-ის ექვსი მოდიფიკაციის ანალიზი, რკინის ოქსიდების მოდიფიკაციები, ფოლადების და სხვა ლითონებისა და შენადნობების კრისტალური სტრუქტურები.

რენტგენის ფაზის ანალიზი ფართოდ გამოიყენება მეტალურგიულ წარმოებაში წყაროს მასალების შესასწავლად: მადნები, ნაკადის გამდიდრების პროდუქტები, აგლომერატები; დნობის პროდუქტები ფოლადების წარმოებაში; შენადნობების ანალიზისთვის მათი თერმული და მექანიკური დამუშავების დროს; ლითონისა და მათი ნაერთებისგან დამზადებული სხვადასხვა საფარის ანალიზისთვის; ჟანგვის პროდუქტების ანალიზისთვის და მრავალი სხვა ინდუსტრიისთვის.

რენტგენის ფაზის ანალიზის უპირატესობებში შედის: მეთოდის მაღალი საიმედოობა და სისწრაფე. პირდაპირი მეთოდი არ ემყარება ირიბ შედარებას რაიმე სტანდარტთან ან თვისებების ცვლილებებთან, მაგრამ პირდაპირ გვაწვდის ინფორმაციას ნივთიერების კრისტალური სტრუქტურის შესახებ, ახასიათებს თითოეულ ფაზას. იგი არ საჭიროებს ნივთიერების დიდ რაოდენობას, ანალიზი შეიძლება ჩატარდეს ნიმუშის ან ნაწილის განადგურების გარეშე, მეთოდი საშუალებას იძლევა შეფასდეს ნარევის ფაზების რაოდენობა.

დიფრაქტომეტრების გამოყენება ინტერფერენციული ხაზების იონიზაციის აღრიცხვით, მაგალითად, URS-50IM, DRON-1, DRON-2.0 და სხვა მოწყობილობები, იწვევს ფაზური ანალიზის მგრძნობელობის მატებას. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ბრეგ-ბრენტანოს მეთოდის მიხედვით ფოკუსირებისას, გაფანტული სხივები არ არის ფოკუსირებული და, შესაბამისად, ფონის დონე აქ გაცილებით დაბალია, ვიდრე ფოტოგრაფიული რეგისტრაციის მეთოდით.

15.7. რაოდენობრივი რენტგენის ფაზის ანალიზი

რაოდენობრივი ფაზის ანალიზის ყველა შემუშავებული მეთოდი ემყარება იმ მიზეზების აღმოფხვრას ან გათვალისწინებას, რომლებიც იწვევენ პროპორციულობის გადახრას ფაზის კონცენტრაციასა და ჩარევის ხაზის ინტენსივობას შორის, რომლითაც განისაზღვრება ფაზის შინაარსი.

15.7.1 ჰომოლოგიური წყვილის მეთოდი.

მეთოდი გამოიყენება რენტგენის ნიმუშების ფოტოგრაფიული ჩაწერისთვის და არ საჭიროებს საცნობარო ნიმუშის გამოყენებას და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორფაზიანი სისტემებისთვის, იმ პირობით, რომ განსაზღვრული ფაზის შთანთქმის კოეფიციენტი მკვეთრად არ განსხვავდება შთანთქმის კოეფიციენტისგან. ნარევის.

ეს პირობა შეიძლება დაკმაყოფილდეს ზოგიერთ შენადნობში, მაგალითად, ორფაზიან (α+β) სპილენძში, გამაგრებულ ფოლადში, რომელიც შეიცავს შეკავებულ აუსტენიტს და მარტენზიტს. მეთოდი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამფაზიანი ნარევის ანალიზზე, თუ მესამე ფაზის შემცველობა არ არის 5%-ზე მაღალი.

პრინციპი, რომელიც საფუძვლად უდევს მეთოდს, არის ის, რომ გაანალიზებული ფაზის შთანთქმის კოეფიციენტი არ განსხვავდება ნარევის შთანთქმის კოეფიციენტისგან, ხოლო ფილმზე ჩარევის ხაზის D გაშავების სიმკვრივე არის ფოტოგრაფიული ემულსიის დამახასიათებელი მრუდის ხაზოვან ნაწილში. :

D 1 = k 1 x 1 Q 1, (15.17)

სადაც k 1 - პროპორციულობის კოეფიციენტი, ფოტოს დამუშავებისა და რენტგენოგრაფიის მიღების პირობების მიხედვით; x 1 - ფაზის მასური ფრაქცია; Q 1 - ბროლის სიბრტყის არეკვლა (h 1 k 1 l 1).

თუ ფაზებიდან ახლო ხაზების წყვილს აქვს გაშავების იგივე სიმკვრივე, მაშინ, რადგან ორივე ხაზი ერთსა და იმავე რენტგენის ნიმუშზეა, შეგვიძლია ვივარაუდოთ k 1 \u003d k 2 და, შესაბამისად, x 1 Q 1 \u003d x 2 Q 2, სადაც x 1 და x 2 არის მასალის შემადგენლობაში შემავალი ფაზების შინაარსი, Q 1 და Q 2 - შესაბამისი სიბრტყეების არეკვლა. იმის გათვალისწინებით, რომ x 1 + x 2 = 1 მივიღებთ:

რაოდენობრივი ფაზის ანალიზის შეცდომა ჰომოლოგიური წყვილების გამოყენებისას არის ~ 20%. ხაზების ინტენსივობის შესაფასებლად სპეციალური მეთოდების გამოყენება ამცირებს ანალიზის შედარებით ცდომილებას 5%-მდე.

15.7.2 შიდა სტანდარტის მეთოდი (შერევის მეთოდი).

ორ და მრავალფაზიანი ნარევების რაოდენობრივი ფაზური ანალიზი შეიძლება განხორციელდეს გარკვეული რაოდენობის x s საცნობარო ნივთიერების (10-20%) შერევით ფხვნილ ნიმუშში, რომლის ინტერფერენციული ხაზებითაც განისაზღვრება ფაზის ხაზები. შედარებით. გამოიყენეთ მეთოდი დიფრაქციული ნიმუშის როგორც ფოტოგრაფიული, ასევე იონიზაციის რეგისტრაციისთვის.

აუცილებელია, რომ საცნობარო ნივთიერება აკმაყოფილებდეს შემდეგ პირობებს: მითითების ხაზები არ უნდა ემთხვეოდეს განსაზღვრული ფაზის ძლიერ ხაზებს; მასობრივი შთანთქმის კოეფიციენტი μ a საცნობარო ნივთიერებისთვის ახლოს უნდა იყოს გაანალიზებული ნიმუშის შთანთქმის კოეფიციენტთან c.a; კრისტალების ზომა უნდა იყოს 5-25 მიკრონი.

მეთოდის პრინციპი - საცნობარო ნივთიერების შერევის შემდეგ მიღებულ რენტგენის ნიმუშზე, გაანალიზებული ფაზის ჩარევის ხაზის ინტენსივობა გამოითვლება განტოლებით:

I a /I s შეფარდება x a-ს წრფივი ფუნქციაა. გაანალიზებული ფაზის ცნობილი შინაარსის მქონე რამდენიმე ნარევების თანაფარდობის დადგენის შემდეგ, აგებულია კალიბრაციის გრაფიკი. ინტენსივობების შესადარებლად შერჩეულია ხაზების გარკვეული წყვილი განსაზღვრული ფაზის (h 1 k 1 l 1) და საცნობარო ნივთიერების (h 2 k 2 l 2) ინდექსებით.

15.7.3 ფაზური ანალიზი განსაზღვრული ფაზების ხაზების ზედმიწევისას.

ზოგიერთ შემთხვევაში, შეუძლებელია განსაზღვრული ფაზის ხაზების მიღება სხვა ხაზების, კერძოდ, სტანდარტული ნივთიერების ხაზების გადანაწილების გარეშე. გაზომილია I i ზედდადგმული ხაზის ჯამური ინტენსივობა და შედარებულია სტანდარტული ნივთიერების I 1 კარგად ამოხსნილი ხაზის ინტენსივობა. გაანგარიშება ხორციელდება ფორმულის მიხედვით:

სადაც x a არის გაანალიზებული ფაზის მასური წილი.

ანალიზისთვის აგებულია სწორი ხაზის გრაფიკი, რომელიც არ გადის საწყისს. მის ასაშენებლად საჭიროა სამი საცნობარო ნარევი.

15.7.4 ანალიტიკური ხაზების ინტენსივობის შეფარდების გაზომვის მეთოდი.

მეთოდი გამოიყენება მრავალფაზიანი ნარევების ანალიზისთვის, როდესაც ყველა კომპონენტი კრისტალური ფაზებია. დიფრაქტომეტრზე გავზომოთ ანალიტიკური (საცნობარო) ხაზების ინტენსივობა I 1 , I 2 ...1 n თითო ფაზაზე. შეადგინეთ განტოლებათა სისტემა (n - 1):

სადაც x 1 x 2, ... x n - ფაზების მასური წილადები.

ეს მეთოდი გამოიყენება რთული კომპოზიციების მქონე მასალების რაოდენობრივი ფაზური ანალიზის შესასრულებლად, ფარდობითი ცდომილით 1 - 3%.

15.7.5 მასის შთანთქმის კოეფიციენტის გაზომვის მეთოდი.

სუფთა ფაზისთვის ნარევისთვის, თანაფარდობისთვის

ინტენსივობა:

სადაც μ არის ნიმუშის შთანთქმის კოეფიციენტი; μ 1 - 1 ფაზის შთანთქმის კოეფიციენტი.

ნიმუშის μ შთანთქმის კოეფიციენტისა და I ფაზის I 1 ხაზების ინტენსივობის გაზომვით შესაძლებელია x i ფაზის მასური წილის დადგენა. მნიშვნელობები (I i) 0 და μ i ნაპოვნია ერთი გაზომვით საცნობარო ნიმუშზე სუფთა ფაზიდან. შეცდომა u-ს ამ მეთოდით განსაზღვრისას არის 2 - 3%.

15.7.6 „გარე სტანდარტის“ მეთოდი (დამოუკიდებელი სტანდარტი).

მეთოდი გამოიყენება იმ შემთხვევებში, როდესაც ნიმუში არ შეიძლება გადაიზარდოს ფხვნილამდე და ასევე ხშირად გამოიყენება გამოსახულების პირობების სტანდარტიზებისთვის.

სტანდარტული τ s სროლის დროის თანაფარდობა და τ a ნიმუში განისაზღვრება რკალების თანაფარდობით, რომლებიც დაკავებულია I ს სტანდარტით და ნიმუში I a ცილინდრის გარშემოწერილობაზე რადიუსის ტოლი რადიუსით. ნიმუში.

ამრიგად, I s-ის შეცვლით შესაძლებელია სტანდარტისა და ნიმუშის ხაზების თანაფარდობის შეცვლა. კალიბრაციის გრაფიკი აგებულია გარკვეული თანაფარდობის I s /I a და გარკვეული წყვილი ჩარევის ხაზებისთვის. ამისათვის გადაიღეთ ნარევები ცნობილი ფაზის შემცველობით და გაზომეთ ნიმუშის (I h 1 k 1 l 1) და სტანდარტული (I h 2 k 2 l 2) ს ხაზების ინტენსივობა. ფაზის უცნობი შინაარსი განისაზღვრება კალიბრაციის გრაფიკიდან ინტენსივობის თანაფარდობიდან.

დიფრაქტომეტრის გამოყენებისას ტარდება საცნობარო ნივთიერების პერიოდული გამოკვლევა. ანალიზი ხორციელდება საცნობარო ნარევებზე აგებული კალიბრაციის გრაფიკის დახმარებით.

მიზანშეწონილია გამოიყენოს გარე სტანდარტის მეთოდი, სადაც საჭიროა სერიული ფაზის ანალიზი მაღალი სიჩქარით და სადაც გაანალიზებულ ნიმუშებს აქვთ ხარისხობრივად ერთგვაროვანი და შედარებით მუდმივი რაოდენობრივი შემადგენლობა.

15.7.7 გადაფარვის მეთოდი.

გადაფარვის მეთოდი შემუშავებულია ორფაზიანი ნივთიერებისთვის და ეფუძნება შესწავლილი და საცნობარო ნივთიერებების რენტგენის ნიმუშების ვიზუალურ შედარებას. გადაფარვის რენტგენის ნიმუში მიიღება სუფთა შენადნობის კომპონენტების მონაცვლეობით ზემოქმედებით ერთ რენტგენის შაბლონზე, რომელთაგან ერთი ექვემდებარება τ 1 დროს, ხოლო მეორე დროზე τ 2.

რენტგენის გადაფარვის შაბლონების მისაღებად, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ნიმუში თხელი განყოფილების სახით, რომელიც შედგება ორი ცილინდრული სექტორისგან, რომელთაგან ერთი არის სუფთა ფაზა 1, მეორე არის ფაზა 2. თხელი განყოფილება ორიენტირებულია ψ კუთხით. პირველადი სხივის მიმართ s 0 და ბრუნავს AA ღერძის გარშემო, ჭრილობის ზედაპირის პერპენდიკულარულად. სურათი 15.8.

სურათი 15.8. გადაფარვის კვლევის სქემა

როდესაც განყოფილება ბრუნავს, 1 და 2 ფაზები მონაცვლეობით ეცემა პირველადი სხივის ქვეშ. თითოეული ფაზის ექსპოზიციის დრო განისაზღვრება შესაბამისი სექტორის გახსნის კუთხით:

α კუთხის შეცვლით, შეგიძლიათ მიიღოთ რენტგენის ნიმუშები, რომლებიც შეესაბამება 1 და 2 ფაზის სხვადასხვა კონცენტრაციებს.

გადაფარვის რენტგენოგრაფიის გადაღებისას თხელი მონაკვეთის მეთოდით, შენადნობის სტრუქტურული კომპონენტის ხაზის I 1' ინტენსივობა განისაზღვრება ფორმულით:

სადაც Q 1 - სიბრტყის არეკვლა ინდექსებით (h 1 k 1 l 1); μ 1 - 1 ფაზის ხაზოვანი შთანთქმის კოეფიციენტი; k 1 - კოეფიციენტი ბრაგის კუთხის θ და სროლის პირობების მიხედვით; ν 1 = сsecψ + сsec(2ν 1 – ψ); ψ - კუთხე პირველად სხივსა და მონაკვეთის სიბრტყეს შორის.

ანალოგიურად მე-2 ფაზისთვის. გადაფარვის მეთოდის აბსოლუტური შეცდომა Δc ~ 5% კონცენტრაციის დიაპაზონში 10 - 90%. მეთოდის უპირატესობა მისი სისწრაფეა.

15.8. ერთეული უჯრედის პარამეტრების პრაქტიკული გაანგარიშების მეთოდები

ბროლის გისოსების პერიოდების დასადგენად აუცილებელია შერჩეული დიფრაქციული არეკვლის პლანთაშორისი მანძილების გამოთვლა, მათი ჩარევის ინდექსების განსაზღვრა - არეკვლის ჩვენება. ჩაწერილი დიფრაქციის ნიმუშის მიხედვით რენტგენის მაქსიმალური ინდექსირების შემდეგ, კუბური ბროლის პერიოდი განისაზღვრება ფორმულით:

შენადნობის ძირითადი ფაზის კომპონენტის ბროლის ბადის პერიოდი გამოითვლება რამდენიმე ანარეკლზე საკმარისად დიდი დიფრაქციული კუთხით θ > 60°. პერიოდების გაანგარიშების შეცდომა განისაზღვრება ფორმულით გამოყენებული ასახვისთვის:

Δa = a ctgθΔθ (15.25)

Δa დამოკიდებულია θ კუთხეზე, ამიტომ სხვადასხვა დიფრაქციის მაქსიმუმებიდან მიღებული პერიოდის მნიშვნელობები არ შეიძლება იყოს საშუალოდ. ბროლის პერიოდის საბოლოო მნიშვნელობისთვის მიიღება არეკლების მნიშვნელობები მაქსიმალური დიფრაქციის კუთხით, ან 70°-ზე მეტი კუთხით ანარეკლების მნიშვნელობების საშუალო. პერიოდის ყველაზე ზუსტი მნიშვნელობა მიიღება გრაფიკული ექსტრაპოლაციით a = f(θ) დამოკიდებულების გამოსახვით და პერიოდის მნიშვნელობის ექსტრაპოლაციით θ = 90° კუთხემდე. გამოიყენება ექსტრაპოლაციის სხვადასხვა დამოკიდებულებები.

კუბური კრისტალებისთვის ნელსონ-რაილის ექსტრაპოლაციის ფუნქცია საუკეთესო შედეგებს იძლევა. სურათი 15.9.

სურათი 15.9. ექსტრაპოლაცია პერიოდის განსაზღვრისას

კუბური სინგონიები: a - ალუმინი; ბ - სპილენძი

ექსტრაპოლაციის ფუნქციების სწორი არჩევანით, ექსპერიმენტული წერტილები გადახრილია სწორი ხაზიდან, ამ გადახრების სიდიდე განისაზღვრება ექსპერიმენტის შემთხვევითი შეცდომით. ექსტრაპოლაციის ხაზის ფორმა ახასიათებს სისტემურ შეცდომას.

ვინაიდან ერთეული უჯრედის პერიოდის განსაზღვრისას შეცდომა მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული დიფრაქციის კუთხეზე, ამიტომ, იმისათვის, რომ ზუსტად განვსაზღვროთ ბადეების პერიოდები, აუცილებელია შეარჩიოთ შესაფერისი დამახასიათებელი გამოსხივება (რენტგენის მილის ანოდები). დიფრაქციის კუთხეები კუბური კრისტალების სიზუსტის რეგიონში 0,3 - 0,5 ნმ პერიოდებით, გამოყენებული გამოსხივების ტალღის სიგრძის მიხედვით, მოცემულია საცნობარო ლიტერატურაში.

ყველა სინგონიის კრისტალებისთვის, გარდა კუბურისა, პლანთაშორისი დისტანციები, როგორც წესი, დამოკიდებულია წრფივი გისოსების პარამეტრებზე. პერიოდების დასადგენად საჭიროა იმდენი ხაზის გამოყენება, რამდენიც სხვადასხვა წრფივი პარამეტრია მოცემული სინგონიის გისოსებში.

ტეტრაგონალური სინგონიისთვის, პარამეტრების გაანგარიშება ხორციელდება ფორმულების მიხედვით:

ექვსკუთხა სინგონიისთვის, პერიოდების გამოთვლა ხორციელდება ფორმულების მიხედვით:

შეცდომა ელემენტარული უჯრედის პარამეტრების გამოთვლაში:

კუბური და ცალღერძიანი კრისტალების ერთეული უჯრედის ზომების ზუსტად განსაზღვრის გრაფიკული მეთოდი იძლევა საკმარისად მაღალი სიზუსტის შედეგებს, მაგრამ დაბალი სიმეტრიის მქონე კრისტალებისთვის რაციონალურია ანალიტიკური მეთოდის გამოყენება (კოენის მეთოდი). კრისტალებისთვის - რომბის, მონოკლინიკის ან ტრიკლინიკისთვის, კოენის მეთოდი ასევე შეიძლება გამოუყენებელი იყოს, რადგან დიდი რაოდენობის ხაზების არსებობა შეუძლებელს ხდის ცალსახად მიუთითოს უფრო მაღალი რიგის ასახვები. ამ სირთულის მინიმუმამდე შემცირება შესაძლებელია გრძელი ტალღის გამოსხივების გამოყენებით, შემდეგ კი კუთხის გაზრდა - ხაზებს შორის მანძილი, იწვევს მათი საერთო რაოდენობის შემცირებას და, შესაბამისად, ცალსახა აღნიშვნის ალბათობის ზრდას.

კოენის მეთოდი არის ექსპერიმენტული მონაცემების დამუშავება უმცირესი კვადრატების ალგორითმის გამოყენებით, რაც საშუალებას იძლევა მინიმუმამდე დაიყვანოს შემთხვევითი შეცდომები, ხოლო სისტემატური შეცდომები აღმოიფხვრას შესაბამისი ექსტრაპოლაციის ფუნქციის გამოყენებით. მეთოდი არ ითვალისწინებს ექსპერიმენტული მონაცემების მზარდ სიზუსტეს, რადგან ბრაგის კუთხე θ უახლოვდება 90°-ს.

ამრიგად, შემუშავებულია და გამოიყენება ერთეული უჯრედის პარამეტრების ზუსტი გაანგარიშების სხვადასხვა მეთოდი, რომლებსაც აქვთ დიდი პრაქტიკული გამოყენება ლითონის შენადნობების მყარი ხსნარების წარმოქმნის შესწავლაში, ფაზური და სტრუქტურული გარდაქმნების სხვადასხვა თერმული დამუშავების მეთოდების დროს და სხვა ტექნიკურად მნიშვნელოვან შემთხვევებში. მასალების მეცნიერებაში, ფიზიკაში და მყარ მდგომარეობაში.

რენტგენის დიფრაქციული ხაზების პოზიციები ნიმუშიდან დიფრაქტომეტრზე მრიცხველთან მუშაობისას დგინდება დიფრაქციულ გამოსხივებაში ინტენსივობის განაწილების მიხედვით.

მაქსიმუმი შეიძლება მივიღოთ სხვადასხვა სიმაღლეზე დახატული ჰორიზონტალური აკორდების შუა წერტილების დამაკავშირებელი ხაზის დიფრაქციის პროფილთან გადაკვეთის წერტილად. თუ ხაზის დიფრაქციული პროფილი ასიმეტრიულია, მაშინ ყველა ეს მეთოდი მისცემს განსხვავებულ მნიშვნელობას დიფრაქციის კუთხისთვის.

დიფრაქციის პიკის სიმძიმის ცენტრის გამოყენება ყველაზე ზუსტი მეთოდია, რადგან დიფრაქციული ხაზის მაქსიმუმის გამოთვლა არ არის დამოკიდებული წრფის სიმეტრიაზე. სწორი წაკითხვისთვის, თქვენ უნდა გქონდეთ ხაზის სრული დიფრაქციული პროფილი.

ინტენსივობის მაქსიმუმის პოზიციის დასადგენად, განისაზღვრება ხაზის პროფილის წერტილების დამაკავშირებელი სეგმენტების (აკორდების) შუა პოზიცია, რომლებიც მდებარეობს მაქსიმუმის მოპირდაპირე მხარეს და აქვთ თანაბარი ინტენსივობა. ხაზის ინტენსივობა განისაზღვრება, როგორც განსხვავება გაზომილ ინტენსივობასა და ფონის ინტენსივობას შორის, რომლის ცვლილება ხაზის შიგნით ითვლება წრფივად. მიღებული წერტილები დაკავშირებულია მრუდით, რომელიც ექსტრაპოლირებულია ხაზის პროფილთან. სურათი 15.10.

სურათი 15.10. მაქსიმალური ინტენსივობის განსაზღვრა

აკორდების რენტგენის ასახვის მეთოდი

სურათი 15.11. სიმძიმის ცენტრის განსაზღვრის სქემა

დიფრაქციის მაქსიმალური

დიფრაქციული მაქსიმუმის სიმძიმის ცენტრის განსაზღვრა უფრო შრომატევადი ოპერაციაა. სურათი 15.11.

სიმძიმის ცენტრის პოზიცია განისაზღვრება x ერთეულში, შემდეგ გარდაიქმნება 2θ ერთეულებად ფორმულის გამოყენებით:

სადაც θ 1 და θ 2 - დასაწყისსა და დასასრულის შესაბამისი კუთხეების მნიშვნელობა (გრადუსებში).

საზომი ფართობი.

სიმძიმის ცენტრის განსაზღვრა შედგება შემდეგი ოპერაციებისგან: კუთხეების ინტერვალის დაყოფა, რომლებშიც წრფის ინტენსივობა არ არის ნულოვანი, n სეგმენტად; ინტენსივობის გაზომვა თითოეულ წერტილში x i სიმძიმის ცენტრის პოზიციის გამოთვლა ფორმულის მიხედვით (15.30).

15.9 სტრუქტურული პარამეტრების გამოთვლის მეთოდები

კრისტალური მასალები

15.9.1 სტრუქტურული პარამეტრების გამოთვლის თავისებურებები

შიდა სტრესები განსხვავდება იმ მოცულობებში, რომლებშიც ისინი დაბალანსებულია:

მაკროსტრესები, რომლებიც დაბალანსებულია მთლიანი ნიმუშის ან პროდუქტის მოცულობაში, მაკროდაძაბულობის არსებობისას, ნაწილის რომელიმე ნაწილის მოცილება იწვევს დარჩენილ ნაწილებს შორის დისბალანსს, რაც იწვევს პროდუქტის დეფორმაციას (დაგრეხვას და გახეთქვას);

მიკროსტრესი დაბალანსებულია ცალკეულ კრისტალებში და შეიძლება იყოს როგორც არაორიენტირებული, ასევე ორიენტირებული იმ ძალის მიმართულებით, რამაც გამოიწვია პლასტიკური დეფორმაცია;

კრისტალური მედის სტატიკური დამახინჯებები, რომლებიც დაბალანსებულია ატომების მცირე ჯგუფებში. დეფორმირებულ ლითონებში სტატიკური დამახინჯებები დაბალანსებულია ატომების ჯგუფებში, რომლებიც მდებარეობს მარცვლის საზღვრებთან, სრიალის სიბრტყეებთან და სხვა ტიპის საზღვრებთან. ასეთი დამახინჯებები შეიძლება ასოცირებული იყოს დისლოკაციებთან.

ატომების გადაადგილება იდეალური პოზიციებიდან (ქსელის კვანძები) შეიძლება მოხდეს მყარ ხსნარებში ატომების ზომის განსხვავებისა და ქიმიური ურთიერთქმედების გამო მსგავს და განსხვავებულ ატომებს შორის, რომლებიც ქმნიან მყარ ხსნარს.

სხვადასხვა ტიპის სტრესები იწვევს რენტგენის შაბლონებსა და დიფრაქტოგრამებში განსხვავებულ ცვლილებებს, რაც შესაძლებელს ხდის შიდა სტრესების შესწავლას რენტგენის დიფრაქციით.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით მიღებული შედეგები ფართოდ გამოიყენება ახალი შენადნობების შემუშავებაში, დამუშავების პარამეტრების დაყენებაში და ტექნოლოგიური პროცესების კონტროლში. მასალების სტრუქტურის შესწავლა საშუალებას იძლევა გამოავლინოს სტრუქტურული მახასიათებლების გავლენა მასალების ფიზიკურ და მექანიკურ თვისებებზე. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდები მრავალფეროვანია, რაც შესაძლებელს ხდის ძვირფასი ინფორმაციის მიღებას ლითონებისა და შენადნობების სტრუქტურის შესახებ, რომლის მიღებაც სხვა მეთოდებით შეუძლებელია.

15.9.2 მიკროდაძაბულობის სიდიდის განსაზღვრის მეთოდები

და კრისტალური ბლოკები დაახლოების მეთოდით

კრისტალიტების მიკროდამახინჯება იწვევს ჩარევის ხაზების გაფართოებას რენტგენის ნიმუშებზე, რაც შეიძლება ხასიათდებოდეს Δd/d მნიშვნელობით, სადაც Δd არის პლანთაშორისი მანძილის მაქსიმალური გადახრა მოცემული ჩარევის ხაზისთვის მისი საშუალო მნიშვნელობიდან d. სურათი 15.12.

სურათი 15.12. ატომური თვითმფრინავების ოჯახის მდებარეობა:

ა - მიკროსტრესების არარსებობა; ბ - მიკროსტრესების არსებობისას

მიკროდაძაბულობის თანდასწრებით, ატომური სიბრტყეების თითოეულ სისტემას იგივე ჩარევის ინდექსებით (hkl), მკაცრად განსაზღვრული პლანთაშორისი მანძილის ნაცვლად, d hkl, აქვს პლანთაშორისი მანძილი d + Δd. მიკროდაძაბულობის სიდიდე ფასდება ლითონების ბროლის ბადის ფარდობითი დეფორმაციის სიდიდიდან: . კუბური კრისტალებისთვის: .

დიფრაქციის შაბლონში ხაზის გაფართოების ეფექტი ასევე გამოწვეულია კრისტალური ბლოკების დისპერსიულობით (CSR). ხაზის სიგანეზე გავლენას ახდენს პირველადი რენტგენის დამახასიათებელი გამოსხივების განსხვავება, ნიმუშის მასალის შთანთქმა, განათების და ანალიტიკური დიაფრაგმების მდებარეობა და ზომა - გეომეტრიული ფაქტორი, α 1 - α 2-ის გადახურვა ან არასრული განცალკევება. დუბლი.

თუ ცნობილია ნიმუშის ფიზიკური მდგომარეობა, საიდანაც შეიძლება დავასკვნათ, რომ β ხაზის ფიზიკური გაფართოება ინტერფერენციის ინდექსებით (hkl) გამოწვეულია მხოლოდ მიკროსტრესიების არსებობით ან მხოლოდ თანმიმდევრული გაფანტვის ბლოკების დისპერსიით D hkl არის 0,1 მკმ-ზე ნაკლები, მაშინ ბადეების დამახინჯების სიდიდე ასახვის სიბრტყის პერპენდიკულარულ მიმართულებით (hkl) და კრისტალური ბლოკების ზომა გამოითვლება ფორმულებით:

სადაც λ არის რენტგენის დამახასიათებელი გამოსხივების ტალღის სიგრძე.

უმეტეს შემთხვევაში, შესწავლილ ლითონის შენადნობებში, დიფრაქციული ასახვის გაფართოება, გეომეტრიული ფაქტორების გარდა, გამოწვეულია მიკროდაძაბულობის არსებობით და კრისტალური ბლოკების დისპერსიით. ამ შემთხვევაში, გამოთვლა ფორმულების მიხედვით (15.31) შესაძლებელია მხოლოდ m ფაქტორების შერჩევის შემდეგ - კრისტალური ბლოკების დისპერსია და n - მიკროსტრესიების არსებობა თითოეული შერჩეული დიფრაქციული მაქსიმუმის ფიზიკურ გაფართოებაში β.

ინტენსივობის განაწილების ანალიზი რენტგენის ასახვაში შესაძლებელს ხდის დადგინდეს, რომ მნიშვნელობა B - ხაზის ნამდვილი გაფართოება, თავისუფალი α 1 - α 2 დუბლის სუპერპოზიციისგან, ასოცირდება ხაზის ფიზიკურ გაფართოებასთან და ბ - სტანდარტის ჭეშმარიტი გეომეტრიული გაფართოება, თავისუფალი დულეტის სუპერპოზიციისგან, განისაზღვრება გამოსახულებით:

g(x) და f(x) ფუნქციები განსაზღვრავენ დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობის კუთხურ განაწილებას კვლევის გეომეტრიის ერთდროული ეფექტის, მიკროსტრესიების არსებობისა და თანმიმდევრული გაფანტვის უბნების დისპერსიის გამო. ეს ფუნქციები მიახლოებულია სხვადასხვა გამონათქვამებით, რომლებიც აღწერს ინტენსივობის განაწილებას რენტგენის ანარეკლებში სხვადასხვა ხარისხის სიზუსტით. კუბური ბრავეის გისოსებით ლითონებისთვის, საკმარისად მაღალი სიზუსტის შედეგები მიიღება გამოთქმით მიახლოებით:

ცნობილი მიახლოებითი ფუნქციით, ჭეშმარიტი ფიზიკური გაფართოება β განისაზღვრება დიფრაქტომეტრზე გადაღებისას ან გამოსაკვლევი ნიმუშიდან და სტანდარტიდან ორი მაქსიმუმის ფოტო მეთოდით. ერთ-ერთ ხაზს აქვს მცირე არეკვლის კუთხე ჩარევის ინდექსების კვადრატების მცირე ჯამით, მეორე მაქსიმუმი ჩაწერილია მაქსიმალური შესაძლო არეკვლის კუთხით მილერის ინდექსების კვადრატების დიდი ჯამით, მსგავსი მაქსიმუმები ჩაწერილია საცნობარო ნიმუშიდან.

დიფრაქციული ანარეკლების ნახევარსიგანის დადგენის შემდეგ მიიღება როგორც შესწავლილი ნიმუშის "B" და "b" სტანდარტის ექსპერიმენტული გაფართოება.

ექსპერიმენტული მთლიანი გაფართოებები B და b, მიღებული დამახასიათებელი რენტგენის სხივების გადაღების დროს, არის α 1 - α 2 დუბლის სუპერპოზიცია. აქედან გამომდინარე, აუცილებელია შევიტანოთ კორექტირება ორმაგობისთვის, რომელიც გამოითვლება განტოლების მიხედვით:

სქემატურად, α 1 კომპონენტის ამოღების მეთოდი რენტგენის სხივების მაქსიმუმის ექსპერიმენტული სიგანიდან ნაჩვენებია სურათზე 15.13 (რეშინგერის მეთოდი).

ექსტრაპალაციის ფუნქცია არჩეულია დიფრაქციის მაქსიმუმის პროფილის ფორმის მიხედვით. ორმაგობისთვის შესწორებული მაქსიმუმებიდან, ფიზიკური გაფართოების β არის ნაპოვნი:

სურათი 15.13. კორექტირების სქემა

დიფრაქციული ასახვის ორმაგობა

რენტგენის მაქსიმალური გაფართოების ფიზიკური ფაქტორის გამოყოფის შემდეგ, უნდა შეფასდეს კრისტალური ბლოკების დისპერსიის გავლენის წილი და მიკროსტრესების არსებობა.

თუ კრისტალური ბლოკები აღემატება 0,1 მკმ-ს, მაშინ ფიზიკური გაფართოება გამოწვეულია მხოლოდ მიკროსტრესებით:

საიდანაც გამომდინარეობს, რომ გაფართოება პროპორციულია tgθ-ის.

თუ ნიმუშში არ არის მიკროსტრესი, მაგრამ კრისტალური ბლოკები 0,1 მკმ-ზე ნაკლებია, მაშინ ფიზიკური გაფართოება გამოწვეულია მხოლოდ ბლოკების დისპერსიულობით:

გაფართოება უკუპროპორციულია cosθ-ის.

უმეტეს შემთხვევაში, ლითონის შენადნობებში, რენტგენის მაქსიმალური გაფართოება გამოწვეულია ორივე ფაქტორით: მიკროსტრესი და კრისტალური ბლოკების დისპერსია. ამ შემთხვევაში, β გაფართოების ფიზიკური ფაქტორიდან უნდა გამოვყოთ m - გაფართოება, რომელიც გამოწვეულია ბლოკების სიმცირით და n - გაფართოება, რომელიც გამოწვეულია მიკროსტრესების არსებობით:

სადაც N(x) არის მიკროსტრესების არსებობის ფუნქცია; M(x) არის ფუნქცია, რომელიც განსაზღვრავს კრისტალური ბლოკების დისპერსიას.

განტოლება (15.38) ორი უცნობით ამოუხსნელია, ამიტომ საჭიროა დიფრაქტოგრამის ან რენტგენის ნიმუშის ორი ხაზის გამოყენება, რომლის ფიზიკური გაფართოების ფაქტორები ტოლი იქნება:

მოდით გავყოთ ფიზიკური გაფართოების მრუდი ელემენტებად ბაზისით dу და სიმაღლით f(y). თითოეულ ასეთ ელემენტზე გავლენას ახდენს გეომეტრიული გაფართოების ფუნქცია g(x), რაც იწვევს მის დაბინძურებას g(x-ის მსგავს მრუდში). ამ ელემენტის ფართობი კვლავ არის f(y)dy. ექსპერიმენტული მრუდი h(x), რომელიც მიღებულია ნიმუშიდან, არის მრავალი ასეთი ბუნდოვანი ელემენტის სუპერპოზიცია:

განტოლება (15.41) არის f (x) და g (x) ფუნქციების კონვოლუცია, განტოლების სიმეტრიიდან გამომდინარეობს:

h(x), g(x) და f(x) ფუნქციები შეიძლება გამოისახოს ფურიეს ინტეგრალებით:

განტოლებებში (15.43), კოეფიციენტები h(x), g(x) და f(x) არის ფურიეს გარდაქმნები და შეიძლება გამოისახოს განტოლებებით:

განტოლება (15.45) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც:

იმის გათვალისწინებით, რომ lgA BL დამოკიდებულია L-ზე, ამიტომ, თუ დიფრაქციის ნიმუშის რამდენიმე სტრიქონიდან მივიღებთ გრაფიკებს lgA BL კოორდინატებში დიფრაქციის სხვადასხვა ასახვისთვის, მაშინ შეგვიძლია განვსაზღვროთ lgA BL და lgA MK.

ფურიეს კოეფიციენტის n რიცხვი დაკავშირებულია მანძილთან L კრისტალურ ქსელში განტოლებით:

სადაც Δ(2θ) არის ექსპერიმენტული მაქსიმუმის გაფართოების ინტერვალის მნიშვნელობა რადიანებში დიფრაქციის ნიმუშის შერჩეული ხაზებისთვის.

ამრიგად, A n = f(L n) დახატვით და ტანგენტის (ან სეკანტის) დახატვით L n-ის სხვადასხვა მნიშვნელობებისთვის, მნიშვნელობა განისაზღვრება.

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის მომზადება

ბრესტი, 2010 წ

ლაუს მეთოდი

ერთკრისტალური ბრუნვის მეთოდი

ფხვნილის მეთოდი

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ