يمكن التعرف على التركيب البلوري لمادة ما ودراسة الترتيب الذري في الشبيكة البلورية أو حتى تصويره باستخدام أشعة ذات طول موجي يقع في حدود المسافة البينية للذرات والتي تصل لبضغة انجسترومات
وأنسب الموجات لهذا الاستخدام هي موجات الأشعة السينية والموجات المصاحبة للإلكترونات والنيترونات
حيود الأشعة السينية :
من التقنيات التحليلة التي تعطي معلومات حول البنية البلورية، والتركيب الكيميائي، والحواص الفيزيائية للمواد والطبقات الرقيقة. تعتمد هذه التقنيات على مراقبة تبعثر (scattering) شدة حزمة من الأشعة السينية الساقطة على العينة كتابع لزاوية السقوط والتبعثر، والاستقطاب، وطول الموجة أو القدرة.
ماهي الاشعة السينية ؟
الأشعة السينية هي أشعة كهرومغناطيسية ذات طاقات فوتونية في مجال 100 eV إلى 100 keV. وفي تطبيقات الحيود، تستخدم فقط الأشعة السينية ذات الأطوال الموجية القصيرة (الأشعة السينية القاسية) في مجال بضعة أنغسترومات إلى 0.1 أنغستروم (1 keV إلى 120 keV). ولأن طول موجة الأشعة السينية يقارن مع حجم الذرات، فإنها نظريا مناسبة لكي تسبر الترتيب البنيوي للذرات والجزئيات في طيف واسع من المواد. فالأشعة السينية القوية يمكنها اختراق المواد عميقا وتزويدنا بمعلومات عن بنية المادة .
الفكرة الاساسية :
تتفاعل الأشعة السينية بالدرجة الأولى مع الإلكترونات في الذرة. فعندما تصطدم الفوتونات في الأشعة السينية بالإلكترونات، تحيد بعض فوتونات الحزمة الساقطة عن اتجاهها الأصلي. إذا لم يتغير طول موجة الأشعة السينية الساقطة (أي أن فوتونات الأشعة السينية لم تفقد أي طاقة) تسمى العملية بالتبعثر المرن أو تبعثر طومسون حيث يتحول زخم الحركة فقط في عملية التبعثر. وهذه هي الأشعة السينية التي نقيسها في تجارب الحيود والتي تقدم لنا معلومات عن توزع الإلكترونات في المواد. ومن جهة أخرى، في عملية التبعثر غير المرن أو تبعثر كومبتون تنقل الأشعة السينية بعض طاقتها إلى الإلكترونات فيكون للأشعة السينية المحادة طول موجة مختلف عن طول موجة الأشعة السينية الساقطة
تتداخل الأمواج المحادة من الذرات المختلفة مع بعضها البعض ويتعدل توزع الشدة الناتجة بهذا التآثر. فإذا كانت الذرات مرتبة بانتظام كما في البلورات، فإن الأمواج المحادة ستتكون من تداخل بنفس تناسق توزع الذرات. إن قياس نموذج الحيود يتيح لنا استنتاج توزع الذرات في المادة. ليكن لدينا شعاع من الأشعة السينية يتفاعل مع الذرات المرتبة بانتظام كما يظهر في الشكل ثنائي الأبعاد في الاسفل. الذرات الممثلة بنقط خضراء تشكل عدة مستويات في البلورة يعرف شرط حدوث الحيود من أجل مجموعة من المستويات الشبكية المتباعدة بمسافة d
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
λ هي طول موجة الأشعة السينية، θ زاوية التبعثر، n عدد صحيح يمثل مرتبة ذروة الحيود. وقانون براغ هو من أهم القوانين المستخدمة في فهم معطيات حيود الأشعة السينية.
ملاحظة :
استخدمنا الذرات كنقاط تبعثر في هذا المثال، إلا أن قانون براغ يطبق على مراكز التبعثر المكونة من أي توزع منتظم للكثافة الإلكترونية. وبكلام آخر، يبقى القانون صحيحا إذا استبدلت الجزئيات أو مجموعة الجزئيات (مثل المكوثرات، والغروانيات، والبروتيناتوالفيروسات) بالذرات.
وأنسب الموجات لهذا الاستخدام هي موجات الأشعة السينية والموجات المصاحبة للإلكترونات والنيترونات
حيود الأشعة السينية :
من التقنيات التحليلة التي تعطي معلومات حول البنية البلورية، والتركيب الكيميائي، والحواص الفيزيائية للمواد والطبقات الرقيقة. تعتمد هذه التقنيات على مراقبة تبعثر (scattering) شدة حزمة من الأشعة السينية الساقطة على العينة كتابع لزاوية السقوط والتبعثر، والاستقطاب، وطول الموجة أو القدرة.
ماهي الاشعة السينية ؟
الأشعة السينية هي أشعة كهرومغناطيسية ذات طاقات فوتونية في مجال 100 eV إلى 100 keV. وفي تطبيقات الحيود، تستخدم فقط الأشعة السينية ذات الأطوال الموجية القصيرة (الأشعة السينية القاسية) في مجال بضعة أنغسترومات إلى 0.1 أنغستروم (1 keV إلى 120 keV). ولأن طول موجة الأشعة السينية يقارن مع حجم الذرات، فإنها نظريا مناسبة لكي تسبر الترتيب البنيوي للذرات والجزئيات في طيف واسع من المواد. فالأشعة السينية القوية يمكنها اختراق المواد عميقا وتزويدنا بمعلومات عن بنية المادة .
الفكرة الاساسية :
تتفاعل الأشعة السينية بالدرجة الأولى مع الإلكترونات في الذرة. فعندما تصطدم الفوتونات في الأشعة السينية بالإلكترونات، تحيد بعض فوتونات الحزمة الساقطة عن اتجاهها الأصلي. إذا لم يتغير طول موجة الأشعة السينية الساقطة (أي أن فوتونات الأشعة السينية لم تفقد أي طاقة) تسمى العملية بالتبعثر المرن أو تبعثر طومسون حيث يتحول زخم الحركة فقط في عملية التبعثر. وهذه هي الأشعة السينية التي نقيسها في تجارب الحيود والتي تقدم لنا معلومات عن توزع الإلكترونات في المواد. ومن جهة أخرى، في عملية التبعثر غير المرن أو تبعثر كومبتون تنقل الأشعة السينية بعض طاقتها إلى الإلكترونات فيكون للأشعة السينية المحادة طول موجة مختلف عن طول موجة الأشعة السينية الساقطة
تتداخل الأمواج المحادة من الذرات المختلفة مع بعضها البعض ويتعدل توزع الشدة الناتجة بهذا التآثر. فإذا كانت الذرات مرتبة بانتظام كما في البلورات، فإن الأمواج المحادة ستتكون من تداخل بنفس تناسق توزع الذرات. إن قياس نموذج الحيود يتيح لنا استنتاج توزع الذرات في المادة. ليكن لدينا شعاع من الأشعة السينية يتفاعل مع الذرات المرتبة بانتظام كما يظهر في الشكل ثنائي الأبعاد في الاسفل. الذرات الممثلة بنقط خضراء تشكل عدة مستويات في البلورة يعرف شرط حدوث الحيود من أجل مجموعة من المستويات الشبكية المتباعدة بمسافة d
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
λ هي طول موجة الأشعة السينية، θ زاوية التبعثر، n عدد صحيح يمثل مرتبة ذروة الحيود. وقانون براغ هو من أهم القوانين المستخدمة في فهم معطيات حيود الأشعة السينية.
ملاحظة :
استخدمنا الذرات كنقاط تبعثر في هذا المثال، إلا أن قانون براغ يطبق على مراكز التبعثر المكونة من أي توزع منتظم للكثافة الإلكترونية. وبكلام آخر، يبقى القانون صحيحا إذا استبدلت الجزئيات أو مجموعة الجزئيات (مثل المكوثرات، والغروانيات، والبروتيناتوالفيروسات) بالذرات.