Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
кристаллографию теорию, согласно которой атомы в кристаллах упорядочены в
пространственную решетку. Если рентгеновские лучи действительно являются
волнами, то следует ожидать, что при возбуждении вынужденных, или
свободных, колебаний пространственно-упорядоченная структура приведет к
интерференционным эффектам. Более того, как он считал, "постоянные
решетки нетрудно вычислить, зная, помимо кристаллографических параметров,
молекулярный вес исследуемого соединения, его плотность и число молекул в
грамм-моле. Таким путем постоянная решетки оценивается величиной порядка
10~8 см ..." Это была как раз та величина, которая позволила бы наблюдать
заметные интерференционные явления с рентгеновскими лучами, если бы эти
лучи действительно имели волновую природу.
Известные в то время теоретические данные, касающиеся оптической
интерференции, нельзя было использовать непосредственно ввиду серьезного
затруднения, состоявшего в трехмерной периодичности пространственной
кристаллической решетки, тогда как оптические
следовательно, и подходящей ширины прямой щели; во-вторых, потому что
расширение изображения у вершины должно быть во всяком случае больше, чем
у основания, и поэтому там его легче было бы наблюдать
15
дифракционные решетки обладали периодичностью только в одном (максимум в
двух) измерении. Поэтому Лауэ разработал свою теорию, исходя из
предположения, что каждый атом возбуждается в равной степени под
действием падающей плоской волны, распространяющейся со скоростью света.
Мы не будем обсуждать здесь в деталях выводы этой теории; ее основной
результат состоял в получении трех условий, определяющих направления, в
которых интенсивность рассеяния достигала максимума. Каждое из этих
условий определяло "набор круговых конусов, оси которых совпадали с одним
из ребер" элементарной ячейки пространственной решетки. "Итак, очевидно,
- писал Лауэ, - что только в исключительных случаях одно и то же
направление удовлетворит одновременно всем трем условиям... Тем не менее
следует ожидать заметного максимума интенсивности вблизи тех мест, где
линия пересечения конусов из первых двух наборов сближается с конусом из
третьего набора". Если рассеянные лучи падают на плоские фотопластинки,
эти максимумы должны представлять собой отдельные точки, которые
группируются далее в семейства кривых - конические сечения точнее,
максимумы возникают в местах, где три кривые (по одной из каждого
семейства) пересекаются или подходят близко друг к другу.
"Следует отметить, что для данной пространственной решетки разбиение на
элементарные параллелепипеды не единственно: его можно произвести
бесчисленным множеством способов... Согласно вышесказанному, максимумы
интенсивности могут быть сгруппированы вдоль пересекающихся конических
сечений вокруг осей, возникающих при указанных возможных разбиениях;
вообще каждому такому разбиению соответствует свой способ группировки
максимумов".
По предложению Лауэ, Фридрих и Книппинг провели экспериментальную
проверку этой теории. После нескольких предварительных исследований на
временной установке была создана установка, показанная на рис. 1.1. "Из
пучка рентгеновских лучей, испускаемых
1 Коническим сечением называется кривая, образованная переселением
плоскости и кругового конуса. К коническим сечениям относятся окружности,
параболы, эллипсы и гиперболы.
16
антикатодом А рентгеновской трубки, при помощи диафрагм В1, В2, Вг, Bi
вырезался узкий пучок диаметром около 1 мм. Этот пучок проходил через
кристалл Кг, установленный на гониометре G. С различных сторон и на
различных расстояниях_ от кристалла размещались
Рис. 1 1 Установка Фридриха и Книппинга для изучения рассеяния
рентгеновских лучей, проникающих сквозь кристалл [Anti Physik, 41 (1912),
стр 979, рис 1]
фотопластинки Р, на которых регистрировалось распределение интенсивности
вторичного излучения, испускаемого кристаллом. Установка была достаточно
хорошо защищена от нежелательного излучения большим свинцовым экраном S и
свинцовым кожухам К.
Монтаж и юстировка экспериментальной установки производились оптическим
путем. Мы использовали установленный неподвижно катетометр, зрительная
труба которого была снабжена визиром; "горячее пятно" антикатода,
диафрагмы и ось гониометра поочередно совмещались с оптической осью
зрительной трубы... Диафрагмы В\ - Б3 в основном блокировали вторичное
излучение от стенок трубки, тогда как диафрагма В± ограничивала размеры
пучка рентгеновских лучей,
17
падающего на кристалл. Диаметр отверстия обычно составлял 0,75 мм; оно
было просверлено в свинцовом диске толщиной 10 мм, и его положение можно
было регулировать с помощью трех регулировочных винтов (не показаны на
рисунке) так, чтобы ось отверстия точно совпадала с осью зрительной трубы
или осью пучка. Таким образом удалось достигнуть того, что на кри-
%
• '
а б
Рис I 2. Две картины рассеяния, полученные при первой экспозиции: а - на
пластине Р4 (см. рнс. 1.1); б - на пластинке Рв [Ann Physik, 41 (1912),
