Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Существуют два осн. типа взаимодействия Р. и. с веществом: фотоэффект и рассеяние Р. и. При фотоэффекте атом поглощает фотон Р. и. и испускает электрон одной из своих виутр. оболочек.
Такое возбуждённое состояние атома неустойчиво, и через IQ-16-Ю_1Й с он совершает переход в состояние с меньшей энергией; при этом электрон одной из более удалённых от ядра оболочек заполняет вакансию во внутр. оболочке. Избыток энергии либо испускается в виде реитг. фотона характеристич. излучения атома (излучат, переход), либо атом испускает ещё один электрон (безызлучат. переход, иапр. при оже-эффекте) и становится дважды ионизованным. Переход атома в осн. состояние после его внутр. ионизации сопровождается испусканием фотонов характеристич. излучения и оже-электронов. (О зависимости вероятности поглощения Р. и. от энергии фотонов Av н ат. номера Z атомов вещества см. в ст. Рентгеновские спектры!)
В отличие от поглощения, при рассе пни и Р. и. фотоны изменяют направление движения н могут потерять лишь часть своей энергии. При когерентном (упругом) рассеянии Р. и. энергия фотонов ие изменяется, HO после рассеяния они движутся в др. направлении (рэлеев-ское рассеяние). Некогереитиое (иеупругое) рассеяние с уменьшением энергии фото ИОВ Р. и. может быть двух типов: корпускулярное (см. Комптона эффект) и комбииацио-ниое. При корпускулярном рассеянии происходит обмен импульсами между электроном атома и фотоиом, в результате чего энергия фотона уменьшается на величину, зависящую от угла рассеяния, а из атома вылетает электрон отдачи.
При комбинац. рассеянии за счёт части энергии фотона атом испускает электрон. Потеря энергии фотона в этом процессе от угла рассеяния не зависит. Обычно вероятность комбинац. рассеяния значительно меньше вероятности корпускулярного рассеяния; однако если комбинац. рассеяние происходит на одном иа электронов L-оболочки, а энергия фотона совпадает с энергией электронов Я-оболочки (с точностью до ширины ЛГ-уров-ия), то наблюдается резонансное комбинационное рассеяние Р. и., вероятность к-рого повышается на иеск. порядков величины и значительно превосходит вероятность корпускулярного рассеяния.
В области малых Av и Z преобладает когерентное рассеяние, при больших Av и Z — некогереитиое рассеяние.
В результате интерференции когерентно рассеянного 375
РЕНТГЕНОВСКОЕ
РЕНТГЕНОВСКОЕ
атомами кристалла Р. и. наблюдается дифракция рентгеновских лучей — рентг. пучок расщепляется, возникают дифракц. пучки (в направлениях, определяемых Брэгга — Вульфа условием). На этом явлении основан рентгеновский структурный анализ.
Р. и. иа границе раздела двух сред разл. диэлектрической проницаемости преломляется. Вследствие ма-лостк дликы волны Р. и. показатель преломления вещества в ректг. области спектра очень близок к единице (меньше единицы на ~10-!*—10-в). В результате этого фазовая скорость Р. и. в веществе превосходит скорость света в вакууме. Прн точных измерениях углов дифракции Р. и. отличие показателя преломления от единицы приводит к усложнению вида условия Брэгга — Вульфа, к-рое установлено в предположении, что зависимостью показателя преломления от X можно пренебречь. Однако вблизи краёв поглощения атомов кристалла-анализатора наблюдается аномальная дисперсия, при к-рой отступления от условия Брэгга — Вульфа становятся значительными (см. Дисперсионная поверхность). В связи с тем, что для Р. и. показатель преломления меньше единицы и вакуум (или воздух) является оптически иаиб. плотной средой, при падении рентг. луча под малым углом скольжения из вакуума иа гладкую поверхность вещества происходит полное внешнее отражение этого луча. С возрастанием угла скольжения оио исчезает при нек-ром критич. значении угла 0С. С возрастанием X этот угол увеличивается. На явлении полного внеш. отражения основано устройство рентг. телескопов (см. Рентгеновская астрономия) и нек-рых рентгеновских микроскопов. Для отражения Р. и. под большими углами (до угла скольжения ~90°) используют спец. многослойные микроструктуры (зеркала); коэф. отражения такого зеркала достигает неск. десятков процентов.
Применение оптич. линз в реитг. области спектра невозможно вследствие большого поглощения Р. И. в материале линз н незначнт. отличия показателя преломления от единицы. Для фокусировки Р. и. могут быть использованы зонные пластинки (CM. Рентгеновская оптика). Однако в связи с малыми значениями длины волны Р. и. размеры этих пластинок также очень малы (от 20 мкм до неск. мм); число их колец — неск. сотен, расстояние между соседними виеш. кольцами — десятые доли мкм. Такие пластинки изготавливают с помощью рентгеновской литографии.
Рентгеновский интерферометр
также отличается от всех видов оптич. интерферометров. Он представляет собой параллелепипед из монокристалла Si с двумя углублениями одинаковой ширины, параллельными двум противоположным сторонам параллелепипеда, т. е. образует 3 параллельные пластинки Si иа общей основе (в виде буквы Ш), атомные плоскости к-рых строго параллельны, в частности перпендикулярны их поверхностям. Если под углом Брэгга к этим плоскостям направить на ниж. пластинку узкий луч Р. и., то он частично пройдёт эту пластинку в оси. направлении, частично дифрагирует в ней, изменяя направление, т. е. первичный луч разделятся на два (пластинка иаз. делителем лучей). Оба луча затем попадут иа ср. пластинку (зеркало) н дифрагируют в ней; на третьей же пластинке (т. н. анализаторе) лучи сойдутся в одну точку. Один из этих лучей проходит через анализатор, ие изменяя своего направления, другой — дифрагирует в нём, после чего оба луча получают одно направление, интерферируют одии с другим и регистрируются детектором. Если на пути одного из расщеплённых лучей поставить пластинку из исследуемого материала, то число длин волн этого луча внутри пластинки изменится, что скажется на числе максимумов интерференция выходящего луча. Таким методом можио измерить отличие показателя преломления от единицы с точио-376 стью до 4 значащих цифр. С помощью двух связанных
