Рентген сәулелерінің дифракциясы

Рентген сәулесі ашылғаннан (1895) кейін көп кешікпей ол көрінетін жарықпен салыстырғанда толқын ұзындығы едәуір кіші электромагниттік толқын деген жорамал жасалды. Бұл жорамал Лауэ рентген сәулесінің дифракциясын дифракциялық тор ретінде кристалдардың табиғи кеңістіктік торын пайдаланып бақылауға болады деген идеясын ұсынған 1912 ж. дейін расталмаған күйінде қалып келеді. Кристалдағы атомдар мен молекулалар дұрыс үш өлшемді тор құрастырып орналасады, және осындай торлардың периодтары рентген сәулесінің толқын ұзындығымен шамалас болады. Егер осы кристалға рентген сәулесінің шоғы түсірілсе, онда кристалдық торды құрайтын әрбір атом немесе атомдар тобы рентгендік толқындардың шашырататын болады. Шашыраған толқындар когерентті, өйткені бұлардың бәрі түсетін бір толқынмен қоздырылады. Осы толқындар өзара интерференцияланып белгілі бағыттар бойынша максимумдарды береді. Фотопластинкадағы дифракциялық максимумдардың орындары және салыстырмалы интенсивтігі бойынша кристалдық тордағы шашыратушы центрлердің орналасуы және осы центрлердің табиғаты жайында қорытынды жасауға болды. Рентген сәулесінің дифракция құбылысы осы сәуленің толқындық табиғатының тікелей дәлелденуі болды, сонымен қатар кристалдық торлардың құрылысын зерттеу негізіне айналды.

Берілген толқын ұзындығы үшін кристалдық тордан дифракциялану кезінде максимум алынатын бағытты есептеуді Лауэ формулалары негізіндде ғана емес, басқа қарапайым тәсілмен де жүргізуге болады. Бұл әдіс кристалдық тордың түйіндерінде орналасқан бөлшектерден дифракцияланған толқындардың интерференциясын қарастыруға негізделген. Тордың түйіндері арқылы бірдей қашықтықтарда орналасқан атомдық қабаттар деп аталатын параллель жазықтықтар қатарын жүргізуге болады. Монохромат рентген сәулелерінің жіңішке шоғы кристалға, оның атомдық жазықтықтарымен сырғу бұрышын жасап түсетін болсын (1-сурет). Көршілес екі атомдық жазықтықтардан айналық шағылған толқындар (1¢ және 2¢ сәулелері) когерентті болатындықтан, бұлар өзара интерференцияланады. Кристалдың торы шағылдырушы дифракциялық тор ролін атқарады. Егер көрші екі атомдық жазықтықтың ара қашықтығы болса, онда 1¢ және 2¢ толқындадың жол айырымы болады (рентген сәулелері үшін барлық орталардың сыну көрсеткіші 1-ге жуық). жол айы рымы толқын ұзындығына еселі болатын бағыттарда осы толқындар бірін-бірі күшейтеді. Сондықтан Фраунгофер максимумдары пайда болатын бағыттар үшін шартты былай жазуға болады:

(1)

Шындығында рентген сәулелері кристалдағы көптеген атомдық жазықтықтардан шағылады, яғни өзара екі шоқ емес, шоқтардың көп саны интерференцияланады. Осының нәтижесінде (көп жарық шоқтарының интерференциялану жағдайы сияқты) максимумдар айқынырақ бола түседі. Брегг-Вульф шартын қорытып шығарғанда кристалдың табиғи шоқтарына параллель атомдық жазықтықтардан шағылған рентген сәулелері қарастырылды. Әрине дәл осылайша рентген сәулелерінің атомдық жазықтықтардың басқа жүйелерінен, мысалы, кристалдың элементар кубтарының диогональдары арқылы жүргізілген жазықтықтардан шағылуын да қарастыруға болады. Жалпы кристалда әртүрлі бағыттарда атомдық жазықтықтардың көптеген жүйелерін жүргізуге болады (1-сурет). Жазықтықтар жүйесінің әрқайсысы егер (1) шарты орындалатын болса, дифракциялық максимумды бере алады. Бірақ бұлардың әрқайсысы үшін әртүрлі болады. Ескеретін нәрсе Лауэ формулалары бойынша және Брэгг-Вульф формуласы бойынша есептеу бірдей нәтиже береді. Бірақ Брэгг-Вульф әдісінің өзінше маңызы зор, өйткені бұл әдіс рентген сәулелерінің спектроскопиясы (рентген сәулелерінің спектрлік құрамын зерттеу) және рентгенқұрылымдық талдау (кристалдардың құрылымын зерттеу) негізі болып табылады.