ДИФРАКЦИЯ И ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ

Волновые свойства рентгеновских лучей наблюдаются в явлениях дифракции и интерференции. Так как длина волны рентгеновских лучей очень мала, то дифракционные решетки, употребляющиеся для видимого света, могут быть использованы для рентгеновского излучения только при больших углах падения, близких к 90° (см. § 5). Этот способ наклонного падения рентгеновских лучей на плоские отражающие решетки позволяет определить длину волны этих лучей.

Другой способ наблюдения дифракции и интерференции рентгеновских волн основан на предложении Лауэ (1913) — воспользоваться кристаллическими решетками, в которых атомы и молекулы, упорядочение расположенные (с определенными интервалами) вдоль линий и на плоскостях, могли бы играть роль периодических неоднородностей. Схема опыта, подтвердившего возможность получения дифракционной картины от кристаллов, показана на рис. IV.85, а, где рентгеновская трубка; отверстие, через которое узкий пучок рентгеновского излучения проникает в свинцовый ящик и падает на кристаллическую пластинку поставленную строго перпендикулярно лучам; фотографическая пластинка. На этой пластинке получилась картина, изображенная на рис. Центральное темное пятно образуется неотклоненными лучами. Каждое маленькое пятнышко вокруг центрального есть результат интерференции (взаимного усиления) рентгеновских лучей, отклоненных атомами решетки; расположение этих пятен на экране оказалось различным у различных веществ.

При рассмотрении дифракции и интерференции рентгеновских лучей на кристаллах следует иметь в виду, что кристаллы представляют собой трехмерные дифракционные решетки. В обыкновенных

дифракционных решетках для видимого света отклоняющими объектами являются чередующиеся «штрихи» — прозрачные и непрозрачные узкие полоски, имеющие линейную протяженность. В кристаллической же решетке таких сплошных линий нет.

Рис. IV.85

Рис. IV.86

Каждый атом или молекула кристалла должны рассматриваться как «непрозрачная» для рентгеновских волн частица, причем они расположены в определенном порядке по объему кристалла на расстояниях, соизмеримых с длинами волн (для кристалла, например, поваренной соли расстояние между атомами натрия и хлора равно Отклонение рентгеновских волн от прямолинейного направления распространения может быть обусловлено не только отражением (рассеянием), но и дифракционным огибанием волной этих непрозрачных для нее тел. Вследствие этого в каждую точку экрана попадут волны, отклоненные от отдельных, пространственно расположенных частиц. Расчет показывает, что в этом случае в результате интерференции дифрагированных волн на экране должна получиться картина, состоящая из отдельных точек, в которых волны усиливают друг друга. Кроме того, из этих расчетов следует, что при данных периодах в пространственном расположении атомов максимумы могут быть получены только для волн определенной длины; другие волны будут равномерно рассеиваться.

Рассмотрим отражение плоской рентгеновской волны (т. е. пучка параллельных рентгеновских лучей) от ряда параллельных плоскостей кристаллической решетки (рис. IV.86). С одной стороны, должен соблюдаться закон отражения, поэтому «углы скольжения» (дополнительные к углам падения и отражения) должны быть равны. С другой стороны, для того чтобы лучи, отраженные от плоскостей

взаимно усиливались, необходимо определенное соотношение между фазами, а именно

где расстояние между отражающими слоями, длина волны, Эта формула (Вульфа-Брэгга) показывает, что данная кристаллическая решетка при выбранном угле падения будет «правильно» отражать только волны определенной длины; остальные волны, идущие на кристалл под тем же углом, будут рассеиваться по различным направлениям. Этой формулой можно воспользоваться также и для определения расстояния между плоскостями отражающего кристалла, если известна длина волны падающего рентгеновского излучения и измерены углы О скольжения падающих и отраженных лучей.

По отношению к рентгеновскому излучению определены также показатели преломления некоторых веществ (они оказались близкими к единице), наблюдалось полное внутреннее отражение, обнаружены дисперсия (зависимость показателя преломления вещества от длины рентгеновских волн) и другие волновые свойства.

Измерение интенсивности рентгеновских лучей основано на ионизации вещества, вызываемой этими лучами. Степень ионизации измеряется величиной ионизационного (несамостоятельного) тока. Иногда об интенсивности рентгеновского излучения судят по степени потемнения фотопластинок под действием этого излучения.

Измерение интенсивности в абсолютных единицах (например, в представляет значительные трудности. Однако относительную интенсивность найти значительно легче. Для этого достаточно сравнить величины ионизационного тока (или степень потемнения фотопластинок) для двух пучков рентгеновских лучей. Отношение величин ионизационных токов равно отношению интенсивностей пучков лучей.

Как и для видимого излучения (см. § 3, формула (1.13)), закон ослабления интенсивности монохроматического пучка рентгеновских лучей имеет вид:

Линейный коэффициент ослабления зависит от длины волны рентгеновских лучей и природы вещества, в котором происходит поглощение, и на основании формулы (2.78) выражает относительное ослабление рентгеновского излучения на единице длины слоя поглотителя; не зависит от физических и химических условий, в которых находятся атомы поглощающего вещества. Например, свинец, обладая большим коэффициентом входя в состав свинцовых белил или стекла, делает их значительно ослабляющими рентгеновские лучи. Вместо коэффициента часто употребляют величину равную толщине слоя, ослабляющего интенсивность пучка в два раза (его называют слоем половинного ослабления). Связь между легко

устанавливается из уравнения (2.78); полагая получим