Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
лист I, рис 2 н 1 соотв ]
сталл падал пучок рентгеновских лучей, имеющих круглое сечение... Трубка
R служила для отвода, насколько это возможно, вторичного излучения,
возникающего при падении первичного излучения на заднюю стенку кожуха.
После такой юстировки ось гониометра устанавливалась обычным образом -
перпендикулярно пучку лучей. Аналогично устанавливались держатели с
фотопластинами. После того как эта стадия монтажа аппаратуры была
окончена, на гониометрическом столике при помощи липкой замазки
закреплялся предназначенный для облучения кристалл (при этом вновь
использовалась упомянутая выше зрительная труба). Эту весьма существенную
для опыта юстировку нам удавалось произвести с точностью до (угловой)
минуты".
18
Первая экспозиция на установке производилась с низкокачественным
кристаллом медного купороса, который использовался в предварительных
экспериментах. На рис 1.2 показаны изображения, полученные на
фотопластинах Р4 и Р5 при облучении кристалла. "Следует заметить, что
расстояния между кристаллом и пластинами Р4 и Р5 пропорциональны размерам
изображений на пластинах Р4 и Р5 соответственно; отсюда можно сделать
вывод, что лучи выходят из кристалла по прямым линиям. Обнаружено также,
что отдельные вторичные пятна имеют одни и те же размеры, несмотря на
большее удаление пластины Р5 от кристалла. Отсюда с достаточной
очевидностью следовало, что вторичные лучи, образующие отдельные пятна,
выходят из кристалла параллельным пучком.
Следовало ожидать, что явление станет еще более наглядным и простым для
понимания, если использовать кристалл правильной (кубической) структуры,
а не три-клинный кристалл медного купороса, поскольку можно с
определенностью полагать1, что простейшая пространственная решетка лучше
всего отвечает нашей задаче. Поэтому правильный кристалл цинковой обманки
показался нам вполне подходящим... Мы вырезали из хорошего кристалла
параллельно граням куба (т. е. перпендикулярно главной оси кристалла)
плоскую пластину размером 10 X Ю мм и толщиной 0,5 мм. Эта пластина
ориентировалась так, чтобы первичные лучи падали на нее перпендикулярно
грани куба. На рис. [1.3] изображен результат одной из таких экспозиций.
Распределение вторичных пятен полностью симметрично относительно
положения первичного (нерассеянного) пучка. Наличие симметрии четвертого
порядка, безусловно, является одним из наиболее ярких подтверждений того,
что здесь играет роль именно пространственная периодичность решетки, а не
какое-либо иное свойство кристалла".
Другая работа Лауэ, опубликованная несколько позже, содержала более
детальный анализ. Как отмечалось выше, к тому времени Лауэ уже вывел
уравнения, определяющие направления максимумов. Для
1 Достоверная расшифровка кристаллической структуры стала возможна лишь в
результате проведения описанных здесь работ.
19
кубического кристалла и при падении пучка вдоль одной из его главных осей
эти уравнения принимают простой вид:
а - !hb. p=is*f i_Y = .M. (i.i)
а 1 а ' а ' '
где К- длина волны, а - длина одного из ребер элементарной ячейки
кубической кристаллической решетки; а, р, у - косинусы углов между
направлением на максимум и осями х, у, z соответственно (ось z совпадает
с
Рис 1.3 Распределение пятен, вызванных рентгеновскими лучами, прошедшими
сквозь кристалл сульфида цинка [Ann. Physik, 41 (1912) лист II, рис. 5].
направлением падающего пучка); hi, h2, h3- целые числа (положительные,
отрицательные или нули). Лауэ удалось объяснить положение всех пятен на
рис. 1.3, подобрав соответствующие значения величин hi, h2, h3 и
предположив, что в составе излучения имеется пять дискретных длин волн.
Вскоре У. Л. Брэгг подверг критике анализ, проведенный Лауэ. Брэгг
отметил, что существует несколько наборов величин /г" удовлетворяющих
всем трем уравнениям (1.1) при той или иной из рассматриваемых пяти
значений длины волны, для которых, однако, соответствующих пятен на
пластине не обнаруживалось. Брэгг выдвинул альтернативное объяснение,
предположив, что
20
падающее излучение характеризуется непрерывным распределением длин волн и
максимумы образуются вследствие интерференции не пучков, создаваемых
отдельными атомами, а пучков, отраженных от семейств параллельных
плоскостей. Этот механизм будет приводить к образованию максимумов
интенсивности всякий раз, когда длина волны л, у гол 0 между падающим
пучком и нормалью к плоскостям, расположенным на расстоянии d друг от
друга, связаны соотношением
пк - 2d cos 0,
где п - целое положительное число (Брэгг всюду принимает его равным
единице). Дискретность пятен на фото-пластине объяснялась тем, что в
кристаллической решетке существуют лишь дискретные семейства плоскостей,
проходящих через атомы. Подход Брэгга оказался куда более плодотворным,
чем метод Лауэ, так как он позволил не только объяснить положение пятен,
но и качественно описать их интенсивность. Вскоре совместно со своим
отцом, сэром У. X. Брэггом, Брэгг применил этот метод к дальнейшим
