Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Азимут Рис. 34
108
ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ЧАСТИЦ ВЕЩЕСТВА
[ГЛ. III
согласия с теорией необходимо было учесть показатель преломления кристалла. Небольшое число максимумов соответствует интерференционному усилению волн, рассеянных атомами, адсорбированными в поверхностном слое кристалла. Этим объясняется, почему на нижней половине рис. 34 из трех больших максимумов средний несколько ниже двух крайних.
6. Исследование дифракции электронов методом Дебая — Шерера — Хелла производилось, начиная с 1928 г., Д. П. Томсоном (1892—1975), П. С. Тартаковским (1895—1939) и некоторыми другими физиками. Томсон пропускал тонкий монохро-мати''есккГі пучок быстрых электронов (ускоряющий потенциал
от 17,5 до 56,5 кВ, соответствующие длины волн, вычисленные по релятивистской формуле (17.16а), от 0,092 до 0,052 нм) сквозь поликристаллическую фольгу толщиной ~10-5 см. (Использование быстрых электронов связано с тем, что более медленные электроны сильно поглощаются фольгой.) На фотопластинке, поставленной за фольгой, получилось центральное пятно, окруженное дифракционными кольцами. На рис. 35 воспроизведена дифракционная картина, полученная описанным методом с золотой фольгой. Очень простым опытом Томсон показал, что дифракционная картина образовывалась самими рассеянными электронами, а не вторичными рентгеновскими лучами, возбуждаемыми ими: при включении магнитного поля вся /-«фракционная картина смещалась и искажалась. Этого, ко-
Рис. 35
Рис. 36
ГИПОТЕЗА ДЕ БРОЙЛЯ И ОПЫТ
109
нечно, не должно было бы быть, если бы картина возникала в результате дифракции рентгеновских лучей.
Происхождение дифракционных колец в случае электронной дифракции — такое же, как и в случае дифракции рентгеновских лучей (см. т. IV, § 61). Поликристаллическая фольга, пронизываемая электронным лучом, состоит из множества мельчайших (~10-6 см) беспорядочно ориентированных кристалликов. Как уже указывалось выше, электронный луч в методе Дебая— Шерера — Хелла должен быть монохроматическим. Но при фиксированной длине волны к среди множества кристалликов найдутся такие, при отражении от которых выполняется условие Брэгга — Вульфа 2d sin ф = тк (рис. 36), где ф — угол скольжения, a d—межплоскостное расстояние. (Ради простоты мы отвлеклись от усложнения, связанного с преломлением электронных лучей. Это обстоятельство легко учесть.) Статистически совокупность таких кристалликов обладает симметрией вращения вокруг направления падающего луча АВО. Поэтому точки С на фотопластинке, куда попадают соответствующие лучи и вызывают их почернение, должны располагаться вдоль колец с центром в О. Найдем связь между радиусом кольца г и длиной волны к. При малых углах скольжения
sin ф r* ф = mk!2d = r/2D,
где D — расстояние от фольги до фотопластинки. Таким образом, должно выполняться соотношение
r/k = const. (18.6)
Оно будет справедливо и при учете преломления. Если воспользоваться формулой (17.16) (для медленных электронов) или (17.16а) (для быстрых электронов), то (18.6) преобразуется в соотношения между г и V. Такие соотношения подтвердились на опыте.
Другое количественное доказательство дифракции электронов в кристаллах получится, если сравнить электронограмму кристалла с рентгенограммой того же кристалла. С их помощью можно вычислить постоянную кристаллической решетки. Оказалось, что эти различные методы приводят к одинаковым значениям.
Аналогичные исследования дифракции электронов по методу Дебая — Шерера — Хелла производились П. С. Тартаковским. Он пользовался менее быстрыми электронами (ускоряющий потенциал до 1700 В, к > 0,297 нм) и алюминиевой фольгой. Исследования велись при постоянном угле рассеяния. При изменении скорости электронов наблюдался ряд максимумов, для которых выполнялось условие Брэгга — Вульфа.
7. Дифракция электронов наблюдалась также на отдельных атомах и молекулах. Не останавливаясь подробно на это у
НО ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ЧАСТИЦ ВЕЩЕСТВА [ГЛ. III
вопросе, ограничимся замечанием, что еще в 1920 г. Рамзауэр (1879— 1955) открыл явление, названное его именем. Оно состоит в аномальном увеличении проницаемости некоторых газов для весьма медленных электронов. Иными словами, полное эффективное сечение атома (см. § 9, а также т. II, § 87) по отношению к проходящему через газ пучку электронов становится аномально малым при уменьшении их скорости. Явление особенно отчетливо выражено для благородных газов: аргона, криптона и ксенона. С классической точки зрения (см. § 9) эффективное сечение атома должно было бы монотонно падать с увеличением скорости электронов. Напротив, опыт показывает, что для аргона, криптона и ксенона оно имеет глубокий минимум при ускоряющем напряжении «0,6 В. По обе стороны от указанного минимума эффективное сечение резко возрастает, достигая максимума при 6 (ксенон), 11 (криптон) и 13В (аргон). Это объясняется интерференционными ослаблениями и усилениями волн де Бройля при прохождении их через электрическое поле внутри атома. Грубо говоря, влияние такого поля сводится к действию неоднородной среды, показатель преломления которой внутри атома непрерывно меняется от точки к точке.
