Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Р. м. успешно применяется в материаловедении при изучении особенностей структуры поликристалличе-ских, полимерных и композитных материалов (рис. 7).
Рис. 5. Контактное микрографическое изображение живого тромбоцита человека, полученное с использованием импульо* ного рентгеновского источника (плазма пробоя в газе). На изображении различимы детали размером менее 10 нм.
Рис. в. Изображение диатомовых водорослей, полученное с помощью дифракционного рентгеновского микроскопа. Длина волны излучении 4,5 нм. Масштаб соответствует і мкм.
Рис. 7. Контактное микрографическое изображение образца композитного материала (стеклопластик). Светлые участки — стеклянные волокна (диаметр ок. Ю мкм), тёмные — полимер. Ивображение характеризует плотность, однородность, направленность и распределение волокон. Толщина образца 400 мкм, энергия рентгеновских квантов & < 30 кэВ.
Для развития методов рентг. микроскопии важное значение имеет создание высокоинтенсивных источников рентг. излучения. Один из перспективных источников — высокотемпературная лазерная плазма. С помощью изображающих зеркальных Р. м. изучается структура и динамика процессов, происходящих в такой плазме.
Весьма перспективно развитие голографич. микроскопии с применением частично или полностью когерентных источников рентг. излучения, в т. ч. рентгеновских лазеров.
Лит.: Рентгеновская оптика и микроскопия, под ред. Г. Шмаля и Д. Рудольфа, пер. с англ., М., 1987. В. А: Слемзин.
РЕНТГЕНОВСКИЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ —
см. Рентгеноспектральный анализ.
РЕНТГЕНОВСКИЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ (рентгеноструктурный анализ) — методы исследования атомного строения вещества по распределению в пространстве и интенсивностям рассеянного на анализируемом объекте рентг. излучения. Р. с. а. кристаллич. материалов позволяет устанавливать координаты атомов с точностью до 0,1—0,01 нм, определять характеристики тепловых колебаний этих атомов, включая анизотропию и отклонения от гармонич. закона, получать по эксперим. дифракц. данным распределения в пространстве плотности валентных электронов на хим. связях в кристаллах и молекулах. Этими методами исследуются металлы и сплавы, минералы, неор-ганнч. и органич. соединения, белки, нуклеиновые кислоты, вирусы. Спец. методы Р. с. а. позволяют изучать полимеры, аморфные материалы, жидкости, газы.
Среди дифракц. методов исследования атомного строения вещества Р. с. а. является ианб. распространённым и развитым. Его возможности дополняют методы нейтронографии и электронографии. Дифракц. картина зависит от атомного строения научаемого объекта, характера и длины волны реитг. излучения. Для установления атомного строения вещества наиб, эффективно использование реитг. излучения с длиной волны Я-10 нм и меньше, т. е. порядка размеров атомов. Особенно успешно и с высокой точностью методами Р. с. а. исследуют атомное строение кристаллич. объектов, структура к-рых обладает строгой периодичностью, и они, т. о., представляют собой естеств. трехмерную дифракц. решётку для рентг. излучения.
Историческая справка
В основе Р. с. а. кристаллич. вещества лежит учение о симметрии кристаллов. В 1890 рус. кристаллограф
Е. С. Фёдоров и нем. математик А. Шёнфдис (A, Schon-flis) завершили вывод 230 пространственных групп симметрии, характеризующих все возможные способы размещения атомов в кристаллах. Дифракция рентг. j лучей иа кристаллах, составляющая эксперим. фундамент Р. с. а., была открыта в 1912 М. Лауэ (М. Laue) и его сотрудниками В. Фридрихом (W. Friedrich) и П. Кииппингом (P. Knipping). Разработанная Лауэ теория дифракции рентг. лучей на кристаллах позволила связать длииу волны излучения л, линейные размеры элементарной ячейки кристалла а, Ьл с, углы падающего а0, р0, Yo 11 дифракционного а, р, у лучен соотношениями
o(cosa—cosa0)=&,
b(cos|3—cos(50)=&, (I)
c(cosy—cos Vo)—
где h, k, I — целые числа (индексы кристаллографические). Соотношения (1) получили название ур-ний Лауэ, выполнение их необходимо для возникновения дифракции реитг. лучей па кристалле. Смысл ур-ний (1) в том, что разности хода между параллельными лучами, рассеянными атомами, отвечающими соседним узлам решётки, должны быть целыми кратными X.
В 1913 У. JI. Брэгг (W. L. Bragg) и Г. В. Вульф показали, что дифракц. реитг. лучок можно рассматривать как отражение падающего луча от нек-рой системы дрпсталлографич. плоскостей с межпл ос костным расстоянием d:
2d sin д—пХ,
где О — угол между отражающей плоскостью ц дНф-ракц. лучом (угол Брэгга). В 1913-"?**?!? Г. н У. Л. Брэгги впервые использовали дифракцйЩреип\ лучей для эксперим. проверки предскаааияоіф;г||||рЦ У. Барлоу (W. Barlow) атомного строения крйегажрй^ NaCl, Cu, алмаза и др. В 1916 П. Дебай (P. DebyfcJPl*! П. Шеррер (P. Scherrer) предложили и разработал»' дифракц. методы рентгеноструктурных исследований поликристаллич. материалов (Дебая — Шеррера метод).
В качестве источника рентг. излучения использовались (и используются поныне) отпаянные рентг. трубки 1 с анодами из разл. металлов и, следовательно, с различными X соответствующего характеристич. излучения — Fe (X= 19,4 нм), Cu (X = 15,4 нм), Mo (X — = 7,1 им), Ag (X= 5,6 нм). Позднее появились на порядок более мощные трубки с вращающимся анодом, для структурных исследований используют также наиб, мощный, имеющий белый (непрерывный) спектр излучения источник — рентг. синхротроннеє излучение. С помощью системы монохроматоров можно непрерывным образом изменять X применяемого в исследовании синхротронного реитг. излучения, что имеет принципиальное значение при использовании в Р. с. а. эффектов аномального рассеяния. В качестве детектора излучения в Р. с. а. служит рентг. фотоплёнка, к-рую вытесняют сцинтилляциониые и полупроводниковые детекторы. Эффективность измерит, систем резко возросла с применением координатных одномерных и двумерных детекторов.
