> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Рентгенографическое исследование материи
Рентгенографическое исследование материи
Рентгенографическое исследование материи. Явление отражения Р. л. кристаллами открывает перед физикой дво разные области исследования. Одна из пих заключается в исследовании Р. л., о чем мы говорили выше; другая —в исследовании структуры самих кристаллов. Зная длину волн Р. л., можно определить расстояние между различными системами зеркальных атомных плоскостей, на которые можно разложить данный кристалл, и таким образом установить форму и размеры элементарной ячейки кристалла. Д щ этогодостаточно измерить угол между первичными Р. л. и вторичными, селективно рассеянными и отраженными лучами. Измерение интенсивности последних дает возможность установить до некоторой степени и болео тонкую структуру кристалла, а именно, строение его элементарной ячейки, то есть число, относительное расположение и некоторые внутренние свойства образующих ое атомов. Со времени открытия Лауз в 1913 году эта область физики, т.-о. область рентгенографического исследования кристаллов, достигла громадного развития, причем удалось деталь-
v
Рисунок 5. Рентгенограмма кристаллов цииковоЛ :i обманки, при пропускании лучей, параллельных ребру куба, по методу Лауэ,
но определить внутреннюю структуру множества кристаллов различных веществ, от самых простых (металлов) и вплоть до черезвычайно сложных органических соединений. Одним из первых достижений в этой области явилось установление того факта, что в кристаллах простейших химических соединений, в роде, например, поваренной соли (NaCl), мы не имеем отдельных молекул, но что вось кристалл представляет собой как бы одиу гигаптскую молекулу, образованную правильно расположенными атомами. Так, например, в кристалле поварепиой соли каждый атом натрия окружен 6-ю атомами хлора, и наоборот. Эти атомы располагаются в шахматном порядке, отнюдь но образуя отдельных пар, вроде молекул NaCl, как это склонны были себе представлять раньше (смотрите XXV, 589/92). Далее, рентгенографический анализ солообразиых кристаллов этого типапоказал, что они образованы не нейтральными атомами, а противоположнозаряженными ионами, например положительными ионами Na и отрицательными ионами С1 в случав поваренной соли. Это обстоятельство предполагалось и рапьше; однако, впервые оно было доказано именно при помощи Р. л.
При рентгенографическом исследовании кристалла применяются различные методы. Один пэ них (мотод Лауэ) заключается в пропускании пучка неоднородных Р. л. (с сплошным спектром) через отдельный кристалл исследуемого вещества; при этом лучи каждой длины волны отражаются от определенной системы плоскостей, для которых выполняется условие уенлония лучей, отражаемых соседними плоскостями. В результате на фотографической пластинке вокруг центрального пятна, обусловленного первичным пучком Р. л., получается система симметрично расположенных пятнышек, характеризующих симметрию рассматриваемого кристалла (рисунок 5). Второй мотод (Браг-га) заключается в отражении монохроматических Р. л. определенной длины волны от одной какой-либо системы кристаллических плоскостей, обычно параллельных наружной поверхности кристалла (смотрите XXV, 619/20, прил. 10). Этот метод применим в том случае, когда исследуемое веп;оство встречается в виде монокристалла достаточно большого размера. Весьма удобен и распространен, особенно в металлографии, так называемым мотод порошков, предложенный Дебаем (Debye) и Шеррером (Scherrer). Он заключается в пропускании монохроматических Р. л. через конгломерат микроскопических кристалликов, ориентированных совершенно беспорядочно. При этом рассеянные Р- л. образуют ряд конусов, составляющих определенные углы с нервичпым пучком и запечатлевающихся на фотографической пластиике, перпендикулярной к последнему, в виде ряда концентрических кругов. По радиусам этих кругов, т.-о. величине углов рассеяния, можно непосредственно вычислить расстояние можду соответствующими зеркальными плоскостями, которые производят отражение. Вместо с тем по ширине этих крухюв можно судить о размере отдельных кристалликов: чем меньше последние, тем широ соответствующие круги, то есть тем менее резок максимум интенсивности в рассеянных пучках. Метод Дебая применим как к веществам, приведенным искусственным образом в
Размельченное порошкообразное со-сстояние, так и к громадному количеству веществ, которые в естественных условиях образуют конгломерат беспорядочно ороинтнрованных кристалликов. Сюда относятся, в частности, все металлы, которые лишь с большим трудовым могут быть получены ввид о более ояилиоменео значительных монокристаллов.
На ряду с нсслодованисм нормальной структуры как монокристаллов, так и мелких кристаллических аггрегатов, оказывается возможным при помощи рентгенографического анализа проследить то изменения, которые вызываются в этих воществах той или иной механической или тепловой обработкой. Так, наир., оказывается, что при прокатке (вальцовке) металлического листа или протягивании металлической проволоки образующие их микроскопические кристаллики ориентируются более или менее правильным образом по отношению к направлению применяемого мохапичоского усилия. Далее, оказывается возможным установить разрушения, которые происходят в монокристаллах при пластической деформации и которыеостаютсл совершенно нозамотпыми при внешнем обследовании кристалла. При помощи Р. л. можно установить и изменонио, про исходящее при пероходо металла из одной аллотропической модификации в другую. Так, наир., в металлургии давно различали три разных модификации железа (а, (1, у). Рентгенографический анализ показал, что порвал из этих модификаций соответствует структуре решетки куба с центрированными гранями, а вторая—решетке объёмно центрированного куба, в то время как переход из а в £ модификацию никаким структурным измененном не сопровождается. Сталь, как известно, продставляот собой твердый раствор углерода в железе. Особенности этого раствора в смысле искажения, производимого атомами углерода на решотку железа, оказывается возможным полностью проследить при помощи Р. л., объяснив таким образом физическую сущность процесса закалки стали (смотрите сталь, XLI, ч. 4, 31 ОД0, прил. 13 сл.). Наконец, помимо этих тонких особенностей структуры тел, выявляемых Р. л., последи ио оказывается возможным применять к исследованию более грубого строения их, в частности к выявлению различных дефектов, имеющихся в различных металлических отливках (рисунок С> Наличие в подобныхотливках местных пустот или осадочных раковин легко обнаруживается Р л. Принимая во внимание, что механическая прочность стальных изделий значительно понижается под влиянием подобного рода дефекта, легко понять то значение, которое приобретает рентгенографический анализ, как способ установления невидимого с внешней стороны брака на металлических заводах.
О применении Р. л. в медицине см. рентгенодиагностика и рентгенотерапия.
Рис.. Рентгенограмма, гкисазипакптя дефект кислородно-ацетиленовои сварки стальной пластинки.
Литература: W. & L. Bragg, .X-rays and Crystal Structure“, London, б-th. ed., 1925 (русск. пер. Вульфа с 1 изд. — В. и Л. Брэгг, .Р. л. и строение кристаллов“, 1916); W. Н. Bragg, .Ли Introduction to Crystal Analysis“, 1928, русск. пер. 1929; Квй, „Р. л.“, пер. Шпольского, 1928; //. Френкель, .Строение материи“, 2-я ч. (сочленение мат.), 1924; Glocker, .Materialprufung mit ROntgenstrahlen“, 1927; A. Dauvillier, .La technique des rayons X“, Paris, 1924; M. Siegbahn, .Spektroskople der R6ntgenstrahlen“, Berlin, 1924; C. Clark, .Applied X-Rays“, New-York,
1927. Я- Френкель.