Wykład 1

Wykład 1

Promieniowanie

Promieniowanie

rentgenowskie

rentgenowskie

Widmo promieniowania

Widmo promieniowania

rentgenowskiego:

rentgenowskiego:

ciągłe i charakterystyczne

ciągłe i charakterystyczne

Widmo emisyjne

Widmo emisyjne

promieniowania

promieniowania

rentgenowskiego:

rentgenowskiego:

-promieniowanie
charakterystyczne

-promieniowanie ciągłe (białe)

Prawo Moseley`a

(zależność między długością fali



a liczbą

atomową Z):

1/ = R(Z - )

2

(1/n

2

k

– 1/n

2

p

)

R-stała Rydberga; n – główna liczba
kwantowa
 - stała ekranowania, =1 dla serii K

Otrzymywanie

Otrzymywanie

charakterystycznego

charakterystycznego

promieniowania rentgenowskiego

promieniowania rentgenowskiego

promieniowanie rentgenowskie:

0.05 - 500 Å

metody rentgenograficzne:

0.2 -

2.5 Å

(badania strukturalne)

•

stosuje się liniowe lub punktowe ognisko anody

stosuje się liniowe lub punktowe ognisko anody

(zależne od ustawienia lampy);

(zależne od ustawienia lampy);

•

można zmieniać sposób oświetlenia próbki, stosując

można zmieniać sposób oświetlenia próbki, stosując

odpowiednie układy szczelin na drodze wiązki

odpowiednie układy szczelin na drodze wiązki

pierwotnej:

pierwotnej:

- zmiana szerokości szczeliny wraz ze zmianą kąta

- zmiana szerokości szczeliny wraz ze zmianą kąta

padania wiązki w celu zachowania stałego pola

padania wiązki w celu zachowania stałego pola

oświetlenia próbki,

oświetlenia próbki,

- stała szerokość szczeliny i jednoczesna zmiana pola

- stała szerokość szczeliny i jednoczesna zmiana pola

oświetlenia próbki wraz ze zmianą kąta padania

oświetlenia próbki wraz ze zmianą kąta padania

Monochromatyzacja promieniowania

Monochromatyzacja promieniowania

rentgenowskiego

rentgenowskiego

Zastosowanie filtrów

Monochromatory promieniowania X

Monochromatory promieniowania X

na przykładzie monochromatora

na przykładzie monochromatora

Johanssona

Johanssona

W monochromatorach (odpowiednio wypolerowanych
monokryształach)

wykorzystuje

się

odbicie

wiązki

promieniowania X na powierzchni kryształu, równoległej
do wybranej płaszczyzny d

hkl

. Warunkiem ogniskowania

jest konieczność umieszczenia na jednym okręgu
ogniskowania (okręgu Rolanda lub fokusacji) punktowego
żródła promieniowania, monokryształu i ogniska.

Monochromatory

(monokryształy lub
steksturyzowane polikryształy)

płaskie wygięte

Zjawiska zachodzące przy

Zjawiska zachodzące przy

przechodzeniu promieniowania

przechodzeniu promieniowania

rentgenowskiego przez materię

rentgenowskiego przez materię

rozpraszanie

rozpraszanie

niekoherentne

niekoherentne

promieniowanie

rentgenowskie

MATERIA

fluorescencja

fluorescencja

absorpcja

absorpcja

załamanie

załamanie

rozpraszanie koherentne

rozpraszanie koherentne

Rozpraszanie promieniowania

Rozpraszanie promieniowania

rentgenowskiego

rentgenowskiego

Rozpraszanie

Rozpraszanie

koherentne:

koherentne:

gdy elektrony zachowują
się jak oscylatory - (drgając
i

emitując

fotony

promieniowania

pod

wpływem

padających

promieni X), wysyłają falę
o tej samej długości i
częstości,

jak

promieniowanie padające,
tylko przesuniętą w fazie, -
mówimy o rozpraszaniu
spójnym

(sprężystym,

koherentnym),

które,

rozchodząc

się

we

wszystkich

kierunkach,

może ze sobą interferować.

Wykorzystanie:

dyfraktometria

rentgenowska

Rozpraszanie

Rozpraszanie

niekoherentne:

niekoherentne:

(comptonowskie)

(comptonowskie)

jeśli emitowane są fotony o
mniejszej energii niż w
wiązce

padającej,

to

efektem będzie otrzymanie
promieniowania o większej
długości fali, zjawisko to
nazywamy

rozpraszaniem

niespójnym,

takie

promieniowanie nie może
interferować, konsekwencją
tego typu rozpraszania jest
powstanie

ciągłego

tła

promieniowania.

Fluorescencja

Fluorescencja

Fluorescencja:

Fluorescencja:

absorpcja

odpowiednich

kwantów

promieniowania

rentgenowskiego

z

jednoczesnym

wzbudzeniem

elektronów na wewnętrznych powłokach atomów. Energia
padającego fotonu musi być na tyle duża, aby spowodować
usunięcie elektronu z wewnętrznej powłoki i nadanie mu
jednocześnie pewnej energii kinetycznej, powstająca w ten
sposób luka na wewnętrznej powłoce jest zapełniana
dzięki przejściom elektronów z kolejnych powłok,
dozwolonych przez reguły wyboru (sformułowane przez
mechanikę kwantową), efektem przejścia elektronu z
poziomu o wyższej energii na niższy poziom energetyczny
jest foton wtórnego promieniowania rentgenowskiego,
odpowiadający charakterystycznej dla danego pierwiastka
różnicy energii między tymi poziomami.

Wykorzystanie: analiza chemiczna

Absorpcja i załamanie

Absorpcja i załamanie

Absorpcja

Absorpcja

energia,

związana

z

kwantami
promieniowania,
pochłaniana jest przez
elektrony

powłok

wewnętrznych

w

atomach, zdolność do
absorpcji

promieni

X

rośnie z liczbą atomową
pierwiastka,

„cięższe”

atomy

absorbują

promieniowanie
rentgenowskie

w

większym stopniu, niż
atomy „lekkie”.

Wykorzystanie:
prześwietlenie,
tomografia
komputerowa

Załamanie

Załamanie

wiązka

promieni

rentgenowskich

ulega

załamaniu

przy

przechodzeniu z jednego
ośrodka do drugiego, dla
promieni rentgenowskich
współczynnik

refrakcji

jest bliski jedności, co
pozwala pominąć efekt
załamania

w

dalszych

rozważaniach.

Teoria Laue`go – ugięcie promieni X

Teoria Laue`go – ugięcie promieni X

na prostych sieciowych

na prostych sieciowych

AB = t

1

cos

CD = t

1

cos

0

gdzie:
t

1

– translacja na prostej

sieciowej;


0

– kąt między wiązką a

prostą sieciową;
α - kąt między wiązką ugiętą
a prostą sieciową

AB – CD = t

1

(cos - cos

0

)

AB – CD = t

1

(cos - cos

0

) =

n

H

H





= a

= a

0

0

(cos

(cos





- cos

- cos





0

0

)

)

K

K





= b

= b

0

0

(cos

(cos





- cos

- cos





0

0

)

)

L

L





= c

= c

0

0

(cos

(cos





- cos

- cos





0

0

)

)



o

,



o

,



o

– kąty miedzy wiązką

padającą a odpowiednimi prostymi
sieciowymi;
, ,  - kąty miedzy wiązką ugiętą a

odpowiednimi prostymi sieciowymi;
t

1

, t

2

, t

3

– długości wektorów

translacji na rozważanych trzech
prostych sieciowych;
H, K, L – liczby całkowite,

n =2 d

hkl

sin

Teoria Braggów-Wulfa – ugięcie

Teoria Braggów-Wulfa – ugięcie

promieni X na płaszczyznach

promieni X na płaszczyznach

sieciowych

sieciowych

S = AB + BC = n

AB = d

hkl

sin

BC = d

hkl

sin

gdzie:

d

hkl

– odległość

międzypłaszczyznowa;



- kąt odbłysku;

n

– liczba całkowita, rząd refleksu

ugięcia);



- długość fali;

S

– różnica dróg optycznych.