गठन, विज्ञान
एक एक्सरे विवर्तन क्या है?
यह लेख एक्सरे विवर्तन के रूप में ऐसी बात का वर्णन है। यह इस घटना और उसके आवेदन के भौतिक आधार बताते हैं।
नई सामग्री के प्रौद्योगिकी विकास
अभिनव, नैनो - आधुनिक दुनिया की एक प्रवृत्ति। क्रांतिकारी नया सामग्री के बारे में रिपोर्ट का पूरा समाचार। लेकिन कुछ लोगों को क्या एक विशाल अनुसंधान उपकरण वैज्ञानिकों कम से कम मौजूदा प्रौद्योगिकियों में एक छोटा सा सुधार बनाने की जरूरत का एहसास। मौलिक घटना है कि यह में लोगों की मदद से एक, - एक्सरे विवर्तन।
विद्युत चुम्बकीय विकिरण
शुरू करने के लिए, यह है कि इस तरह विद्युत चुम्बकीय विकिरण स्पष्ट किया जाना चाहिए। किसी भी आगे बढ़ आरोप लगाया शरीर एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में ही चारों ओर बनाता है। इन क्षेत्रों चारों ओर व्याप्त है, यहां तक गहरे अंतरिक्ष के निर्वात उन लोगों से मुक्त नहीं है। इस तरह के एक क्षेत्र में, समय-समय पर गड़बड़ी है कि अंतरिक्ष में प्रचार करने में सक्षम हैं, तो वे विद्युत चुम्बकीय विकिरण कहा जाता है। इस तरह के तरंगदैर्ध्य, आवृत्ति और अपनी ऊर्जा के रूप में अवधारणाओं का वर्णन करने के लिए प्रयुक्त। क्या ऊर्जा सहज, स्पष्ट, और तरंग दैर्ध्य - दूरी समान चरणों के बीच है (जैसे, दो आसन्न चोटियों के बीच)। उच्च तरंग दैर्ध्य (और इसलिए आवृत्ति), कम ऊर्जा। याद है, इन अवधारणाओं क्या एक्सरे विवर्तन संक्षिप्त और स्पष्ट रूप से वर्णन करने के लिए की जरूरत है।
विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम
विद्युत चुम्बकीय किरणों के सभी किस्म के एक विशेष पैमाने पर फिट बैठता है। तरंगदैर्ध्य के आधार पर, (सबसे लंबे समय तक से कम से कम करने के लिए) भेद:
- रेडियो तरंगों
- टेराहर्ट्ज़ लहर;
- अवरक्त तरंगों;
- दिखाई तरंगदैर्ध्य;
- पराबैंगनी तरंगदैर्ध्य;
- एक्स-रे तरंगदैर्ध्य;
- गामा विकिरण।
इस प्रकार, हम विकिरण में रुचि रखते हैं एक बहुत छोटी तरंग दैर्ध्य और उच्चतम ऊर्जा है (इसलिए यह कभी कभी मुश्किल कहा जाता है)। इसलिए, हम क्या एक्सरे विवर्तन का वर्णन करने के लिए आते हैं।
एक्स-रे की उत्पत्ति
अधिक विकिरण ऊर्जा, यह कठिन यह कृत्रिम रूप से प्राप्त करने के लिए है। आग प्रसार, व्यक्ति, अवरक्त विकिरण का एक बहुत प्राप्त करता है क्योंकि यह गर्मी हस्तांतरित कर देता है। लेकिन स्थानिक संरचना पर एक एक्सरे विवर्तन नहीं था, यह कड़ी मेहनत का एक बहुत आवश्यक है। तो, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के इस प्रकार, जारी किया गया है, तो एक परमाणु के खोल, जो मूल के करीब है से एक इलेक्ट्रॉन बाहर दस्तक। इलेक्ट्रॉन, ऊपर स्थित हैं छेद, उनके संक्रमण को भरने और एक्स-रे फोटॉनों प्रदान करने के लिए करना चाहते हैं। इसके अलावा एक वजन (जैसे, इलेक्ट्रॉन) इन उच्च ऊर्जा किरणों द्वारा उत्पादित होने का आरोप लगाया कणों की भारी ब्रेकिंग के तहत। इस प्रकार, क्रिस्टल जालक पर एक्सरे विवर्तन ऊर्जा का एक बड़ा पर्याप्त राशि के व्यय के साथ है।
एक औद्योगिक पैमाने में, यह विकिरण इस प्रकार हैं:
- कैथोड उच्च ऊर्जा के साथ इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है।
- इलेक्ट्रॉनिक एनोड सामग्री का सामना करना पड़ता।
- इलेक्ट्रॉन नाटकीय रूप से धीमा कर देती है (यह उत्सर्जन करता है एक्स-रे)।
- एक अन्य मामले में, इलेक्ट्रॉन एनोड सामग्री है, जो भी एक्स-रे को उत्पन्न करता है के परमाणु के एक कम कक्षा के साथ कण की गति को धीमा दस्तक देता है।
यह भी समझना होगा कि, एक्स-रे में किसी भी अन्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरह अपनी ही सीमा है आवश्यक है। यह हो जाता है इस विकिरण व्यापक रूप से काफी प्रयोग किया जाता है। हर कोई जानता है कि एक टूटी हुई हड्डी या फेफड़ों में गठन एक्स-रे की मदद से तलाश में है।
क्रिस्टल संरचना
अब हम क्या एक्सरे विवर्तन का एक तरीका है के करीब आ गए हैं। ऐसा करने के लिए ठोस की संरचना की व्याख्या। विज्ञान में, एक ठोस शरीर एक क्रिस्टलीय राज्य में एक पदार्थ कहा जाता है। लकड़ी, मिट्टी या कांच ठोस, पर वे कमी मुख्य बात: एक आवधिक संरचना। लेकिन क्रिस्टल इस अद्भुत संपत्ति है। इस घटना के बहुत नाम अपने सार होता है। सबसे पहले आपको यह समझना होगा कि क्रिस्टल परमाणुओं में मजबूती से तय कर रहे हैं की जरूरत है। उन दोनों के बीच संपर्क लोच की एक निश्चित डिग्री है, लेकिन वे भी मजबूत कर रहे हैं, ताकि परमाणुओं जाली के भीतर स्थानांतरित कर सकते हैं। इस तरह के प्रकरणों संभव है, लेकिन एक बहुत मजबूत बाहरी प्रभाव के साथ। उदाहरण के लिए, यदि धातु क्रिस्टल मोड़, विभिन्न प्रकार के बिंदु दोष में बनते हैं: कुछ स्थानों में परमाणु अपनी सीट छोड़ देता है, स्थिति के गठन अन्य में, - यह गलत स्थिति में ले जाया जाता है एक दोष परिचय गठन। में गुना क्रिस्टल इसकी पतली क्रिस्टल संरचना खो देता है, यह ढीला बहुत दोषपूर्ण है,। इसलिए, क्लिप, जो एक बार ऋजु, यह बेहतर है का उपयोग नहीं करने, के रूप में धातु उनके गुणों को खो दिया।
परमाणुओं सख्ती से तय कर रहे हैं, वे तरल पदार्थ के रूप में यादृच्छिक पर एक दूसरे के सापेक्ष तैनात नहीं किया जा सकता। इतनी के रूप में उनकी बातचीत की ऊर्जा को कम करने के वे स्वयं को संगठित करना होगा। इस प्रकार, परमाणुओं एक जाली में व्यवस्थित होते हैं। क्रिस्टल की एक इकाई सेल - सरणियों के प्रत्येक स्थान, में एक विशेष तरीके से व्यवस्था की परमाणुओं की एक न्यूनतम सेट प्रस्तुत करते हैं। यदि यह के सभी प्रसारण, जो है, किनारे एक दूसरे के साथ किसी भी दिशा में ले जाकर गठबंधन करने के लिए, हम पूरे क्रिस्टल मिलता है। एक मॉडल - हालांकि, यह याद है कि यह है लायक है। कोई भी वास्तविक क्रिस्टल दोष है, और पूरी तरह से सही अनुवाद प्राप्त करने के लिए लगभग असंभव है। आधुनिक सिलिकॉन स्मृति तत्व आदर्श क्रिस्टल के करीब हैं। हालांकि, उनके उत्पादन ऊर्जा और अन्य संसाधनों का भारी मात्रा की आवश्यकता है। प्रयोगशाला में वैज्ञानिकों ने विभिन्न प्रकार के लिए प्रतिबद्ध संरचनाओं रहे हैं, लेकिन एक नियम के रूप में, उन्हें बनाने के मूल्य बहुत अधिक है। लेकिन मान लें कि सभी क्रिस्टल आदर्श होते हैं: किसी भी दिशा में एक ही परमाणुओं एक दूसरे से एक ही दूरी पर स्थित होगा। इस तरह की एक संरचना एक जाली कहा जाता है।
क्रिस्टल की संरचना की जांच
यह इस तथ्य के कारण क्रिस्टल पर एक्सरे विवर्तन हो सकता है। क्रिस्टल की आवधिक संरचना उन में पैदा विमान में से कुछ में जो अन्य दिशाओं की तुलना में अधिक परमाणुओं। परमाणुओं के आपसी व्यवस्था - कभी कभी ये जाली विमान समरूपता, कभी कभी दिया जाता है। प्रत्येक विमान अपने पद सौंपा गया है। विमानों के बीच की दूरी बहुत छोटा है: के कई angstroms के आदेश (याद angstroms - 10 -10 मीटर या 0.1 नैनोमीटर है)।
हालांकि, किसी भी वास्तविक क्रिस्टल में एक ही दिशा में विमानों, यहां तक कि एक बहुत छोटे से बहुत कुछ। एक विधि के रूप एक्सरे विवर्तन इस तथ्य का उपयोग करता है: सभी लहरों कि एक ही दिशा में विमानों की दिशा बदल गया है, अभिव्यक्त किया जाता है, दे रही है आउटपुट संकेत काफी स्पष्ट है। तो वैज्ञानिकों पता लगा सकते हैं क्या क्षेत्रों क्रिस्टल के भीतर इन विमानों स्थित हैं, और क्रिस्टल संरचना की आंतरिक संरचना पर न्याय कर रहे हैं। हालांकि, केवल डेटा पर्याप्त नहीं है। झुकाव का कोण के अलावा, विमानों के बीच की दूरी को पता है की जरूरत है। इसके बिना, आप संरचना के विभिन्न मॉडल के हजारों प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन सटीक जवाब पता नहीं है। पर वैज्ञानिकों समतल दूरी के बारे में सीखें कि कैसे नीचे चर्चा की जाएगी।
विवर्तन घटना
हम पहले से ही क्रिस्टल के स्थानिक जाली पर क्या एक्सरे विवर्तन के भौतिक आधार दे दिया है। हालांकि हम अभी तक विवर्तन की घटना का सार समझाया नहीं किया है। इस प्रकार, विवर्तन - लहरों बाधाओं (विद्युत सहित) की एक झुकने। इस घटना रेखीय प्रकाशिकी के कानूनों का उल्लंघन हो रहा है, लेकिन यह नहीं है। यह बारीकी से हस्तक्षेप और इस तरह फोटॉनों के रूप में लहर गुण, साथ जुड़ा हुआ है। प्रकाश पथ कोने के आसपास "देख" सकता फोटॉनों की विवर्तन की वजह से, एक बाधा के लायक है। कितनी दूर प्रकाश प्रचार सीधे की दिशा से विचलित करने के लिए अवरोधों के आकार पर निर्भर करता है। छोटे बाधा, छोटे विद्युत चुम्बकीय तरंग की लंबाई होना चाहिए। विमानों के बीच की दूरी बहुत छोटा है, ऑप्टिकल फोटॉनों बस नहीं हैं उन दोनों के बीच "के माध्यम से प्राप्त" है, और केवल सतह से परिलक्षित: क्यों इस तरह के कम तरंग दैर्ध्य का उपयोग करके एकल क्रिस्टल पर एक्सरे विवर्तन यही कारण है।
इस तरह की एक धारणा सही है, लेकिन यह आधुनिक विज्ञान के क्षेत्र में बहुत संकीर्ण माना जाता है। इसकी परिभाषा है, साथ ही सामान्य ज्ञान वर्तमान तरीकों अभिव्यक्तियों विवर्तन लहरों का विस्तार करने के लिए।
- स्थानिक लहर संरचना में परिवर्तन। उदाहरण के लिए, बीम प्रसार या कुछ पसंदीदा दिशा में लहरों की लहर संख्या का विचलन की लहर विस्तार के कोण। यह बाधाओं की लहरों के झुकने संबंधित घटनाओं के इस वर्ग के लिए है।
- स्पेक्ट्रम में विस्तार तरंगों।
- तरंगों के ध्रुवीकरण बदल रहा है।
- रूपांतरण लहर चरण संरचना।
विवर्तन की घटना, एक साथ हस्तक्षेप तथ्य यह है कि इसके पीछे एक संकीर्ण अंतराल पर प्रकाश किरण की दिशा हम नहीं एक देखते हैं, लेकिन कई प्रकाश highs के लिए जिम्मेदार है। आदेश की खाई के बीच का सबसे बाहर आगे, अधिक है। इसके अलावा, पारंपरिक सिलाई सुई (स्वाभाविक रूप से पतली) की सही सूत्रीकरण प्रयोग छाया कई बैंड, जिसमें सुई वास्तव में अधिकतम प्रकाश, नहीं कम से कम मनाया में बांटा गया है जब।
फॉर्मूला ब्रैग
हम पहले से ही उल्लेख किया है कि अंतिम सिग्नल सभी एक्स-रे फोटॉनों कि क्रिस्टल के भीतर एक ही ढलान के साथ विमानों से परिलक्षित होते हैं से जोड़ा जाता है। लेकिन ठीक गणना की संरचना एक और महत्वपूर्ण अनुपात अनुमति देता है। बिना यह बेकार एक्सरे विवर्तन होगा। 2dsinƟ = nλ: ब्रैग सूत्र इस तरह दिखता है। इधर, घ - झुकाव का एक ही कोण के साथ समतल दूरी, θ - पर्ची कोण (ब्रैग कोण), या हवाई जहाज के लिए घटना के कोण, एन - विवर्तन शिखर के आदेश, λ - तरंगदैर्ध्य। चूंकि यह जाना जाता है वास्तव में कैसे एक्सरे स्पेक्ट्रम डाटा अधिग्रहण और कोण जिस पर प्रकाश होता है के लिए इस्तेमाल किया, यह फार्मूला आप घ के मूल्य की गणना करने की अनुमति देता है। थोड़ा ऊपर हमने कहा है कि इस जानकारी के बिना सही ढंग से प्राप्त इस मामले की संरचना असंभव है।
एक्सरे विवर्तन का आधुनिक उपयोग
सवाल उठता है: क्या में मामलों इस विश्लेषण की जरूरत है, वैज्ञानिकों वास्तव में पूरी दुनिया संरचना का पता लगाया नहीं किया गया है, और शायद नए पदार्थों के उत्पादन में मुख्य रूप से लोगों को शामिल नहीं करते हैं, परिणाम की वे किस तरह? चार प्रतिक्रियाओं।
- हाँ, हम जानते हैं कि हमारे ग्रह काफी अच्छा है। लेकिन हर साल नए खनिज। कभी कभी वे भी सुझाव है कि संरचना एक्स-रे के बिना काम नहीं करेगा।
- कई वैज्ञानिकों का मौजूदा सामग्री के गुणों में सुधार करने की कोशिश कर रहे हैं। इन पदार्थों को उपचार के विभिन्न प्रकार (दबाव, तापमान, लेसरों और की तरह। डी) के अधीन हैं। उनकी संरचना में कभी कभी जोड़ सकते हैं या इसे से तत्वों को दूर करने के। यह समझना कि क्या एक ही समय में आंतरिक पुनर्गठन जगह ले ली, क्रिस्टल पर होगा एक्सरे विवर्तन।
- कुछ अनुप्रयोगों के लिए (उदाहरण के लिए, लेजर सक्रिय मीडिया, मेमोरी कार्ड, अवलोकन प्रणाली के ऑप्टिकल तत्वों के लिए) क्रिस्टल सही ढंग से पालन करना चाहिए। इसलिए, उनकी संरचना इस पद्धति का उपयोग परीक्षण किया जाता है।
- एक्सरे विवर्तन - यह पता लगाने के लिए multicomponent प्रणालियों में संश्लेषण चरणों में कितने और क्या हुआ एकमात्र रास्ता है। इस तरह के सिस्टम के उदाहरण एक आधुनिक चीनी मिट्टी प्रौद्योगिकी के तत्वों के रूप में काम कर सकते हैं। अवांछनीय चरणों की उपस्थिति गंभीर परिणाम आवश्यक हो सकता है।
अंतरिक्ष गतिविधियों
बहुत से लोग कहा है: "क्यों हम एक विशाल वेधशाला पृथ्वी की परिक्रमा की क्या ज़रूरत है, हम क्यों रोवर की क्या ज़रूरत है, अगर मानवता अभी भी गरीबी और युद्ध की समस्याओं का समाधान नहीं किया?"
हर कोई "के लिए" और "के खिलाफ" अपने तर्क मिल सकता है, लेकिन यह स्पष्ट है कि मानव जाति एक सपना होना चाहिए।
इसलिए, सितारों को देखने, अब हम निश्चित है कि हम अधिक से अधिक हर दिन उनके बारे में पता है के साथ कह सकते हैं।
प्रक्रियाओं अंतरिक्ष में घटित होने वाली एक्स-रे, हमारे ग्रह की सतह तक नहीं पहुंच पाते, वे वातावरण द्वारा अवशोषित कर रहे हैं। लेकिन विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के इस हिस्से उच्च ऊर्जा घटना पर डेटा का एक बहुत है। इसलिए, उपकरण, एक्स-रे का अध्ययन, पृथ्वी की कक्षा से परे रखा जाना चाहिए। मौजूदा स्टेशन वर्तमान में निम्नलिखित मदों का अध्ययन:
- सुपरनोवा विस्फोटों के अवशेष;
- आकाशगंगाओं के केंद्र;
- न्यूट्रॉन तारे;
- ब्लैक होल;
- बड़े पैमाने पर वस्तुओं (आकाशगंगाओं, आकाशगंगाओं के समूह) की टक्कर।
हैरानी की बात है, परियोजनाओं की एक किस्म के लिए इन स्टेशनों के लिए पहुँच छात्रों और यहां तक कि स्कूली बच्चों के लिए उपलब्ध है। वे एक्स-रे बीम के गहरे अंतरिक्ष से आने वाले अध्ययन: विवर्तन, हस्तक्षेप, स्पेक्ट्रम उनकी रुचि का विषय बन जाते हैं। और अंतरिक्ष आधारित वेधशालाओं में से कुछ बहुत ही कम उन खोजों बनाते हैं। सावधानीपूर्वक पाठक, ज़ाहिर है, लोगों का तर्क हो सकता है कि वे कुछ सिर्फ उच्च प्रस्तावों में समय छवियों पर विचार करने और सूक्ष्म विवरण सूचना के लिए है है। और निश्चित रूप से, खोज के महत्व, एक नियम के रूप में, केवल गंभीर खगोल विज्ञानी को समझते हैं। लेकिन ऐसे मामलों युवा लोगों प्रेरणादायक सुनिश्चित करना है कि अंतरिक्ष की खोज के लिए अपना जीवन समर्पित। और इस लक्ष्य का पालन करने के लायक है।
तो, प्राप्त करने के लिए Vilgelma कोनरादा रोनटगेन तारकीय ज्ञान और अन्य ग्रहों को जीत के लिए अवसरों के लिए उपयोग की खोज की।
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