एक्स-रे विवर्तन एक्स-रे का प्रकीर्णन है, जिसमें समान तरंग दैर्ध्य के साथ माध्यमिक विक्षेपित किरणें किरणों के प्रारंभिक किरण से दिखाई देती हैं, जो पदार्थ के इलेक्ट्रॉनों के साथ प्राथमिक एक्स-रे की बातचीत के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती हैं। द्वितीयक किरणों की दिशा और तीव्रता प्रकीर्णन करने वाली वस्तु की संरचना (संरचना) पर निर्भर करती है।

2.2.1 इलेक्ट्रॉनों द्वारा एक्स-रे का प्रकीर्णन

एक्स-रे, जो एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है, जो अध्ययन के तहत वस्तु पर निर्देशित होती है, नाभिक से कमजोर रूप से जुड़े एक इलेक्ट्रॉन को प्रभावित करती है और इसे दोलन गति में सेट करती है। जब कोई आवेशित कण दोलन करता है तो विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित होती हैं। उनकी आवृत्ति आवेश दोलनों की आवृत्ति के बराबर होती है, और परिणामस्वरूप, "प्राथमिक" एक्स-रे के बीम में क्षेत्र दोलनों की आवृत्ति के बराबर होती है। यह सुसंगत विकिरण है. यह संरचना के अध्ययन में एक प्रमुख भूमिका निभाता है, क्योंकि यह वह है जो हस्तक्षेप पैटर्न बनाने में शामिल है। इसलिए, जब एक्स-रे के संपर्क में आता है, तो एक दोलनशील इलेक्ट्रॉन विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित करता है, जिससे एक्स-रे "बिखर" जाते हैं। यह एक्स-रे विवर्तन है। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन एक्स-रे से प्राप्त ऊर्जा का हिस्सा अवशोषित करता है, और भाग को बिखरी हुई किरण के रूप में छोड़ता है। अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों द्वारा बिखरी हुई ये किरणें एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करती हैं, यानी वे परस्पर क्रिया करती हैं, जुड़ती हैं और न केवल एक-दूसरे को बढ़ा सकती हैं, बल्कि कमजोर भी कर सकती हैं, साथ ही बुझा भी सकती हैं (विलुप्त होने के नियम एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं) ). यह याद रखना चाहिए कि हस्तक्षेप पैटर्न और एक्स-रे बनाने वाली किरणें सुसंगत हैं, यानी। एक्स-रे प्रकीर्णन तरंग दैर्ध्य को बदले बिना होता है।

2.2.2 परमाणुओं द्वारा एक्स-रे का प्रकीर्णन

परमाणुओं द्वारा एक्स-रे का प्रकीर्णन एक मुक्त इलेक्ट्रॉन द्वारा प्रकीर्णन से भिन्न होता है, जिसमें परमाणु के बाहरी आवरण में Z-इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, जिनमें से प्रत्येक, एक मुक्त इलेक्ट्रॉन की तरह, द्वितीयक सुसंगत विकिरण उत्सर्जित करता है। परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों द्वारा बिखरे हुए विकिरण को इन तरंगों के सुपरपोजिशन के रूप में परिभाषित किया गया है, अर्थात। अंतर-परमाणु हस्तक्षेप होता है। एक परमाणु A a, जिसमें Z इलेक्ट्रॉन होते हैं, द्वारा प्रकीर्णित एक्स-रे का आयाम बराबर होता है

ए ए = ए ई एफ (5)

जहाँ F संरचना कारक है।

संरचनात्मक आयाम का वर्ग इंगित करता है कि एक परमाणु द्वारा बिखरे हुए विकिरण की तीव्रता एक इलेक्ट्रॉन द्वारा बिखरे हुए विकिरण की तीव्रता से कितनी गुना अधिक है:

परमाणु आयाम I a पदार्थ के परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के वितरण से निर्धारित होता है; परमाणु आयाम के मूल्य का विश्लेषण करके, परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के वितरण की गणना करना संभव है।

2.2.3 क्रिस्टल जाली द्वारा एक्स-रे का प्रकीर्णन

व्यावहारिक कार्य के लिए सबसे बड़ी रुचि। एक्स-रे के हस्तक्षेप के सिद्धांत की पुष्टि सबसे पहले लाउ ने की थी। इससे रेडियोग्राफ़ पर हस्तक्षेप मैक्सिमा के स्थानों की सैद्धांतिक रूप से गणना करना संभव हो गया।

हालाँकि, हस्तक्षेप प्रभाव का व्यापक व्यावहारिक अनुप्रयोग अंग्रेजी भौतिकविदों (पिता और पुत्र ब्रैग) और उसी समय रूसी क्रिस्टलोग्राफर जी.वी. के बाद ही संभव हो सका। वुल्फ ने एक्स-रे विवर्तन पैटर्न पर हस्तक्षेप मैक्सिमा के स्थान और स्थानिक जाली की संरचना के बीच एक सरल संबंध की खोज करके एक अत्यंत सरल सिद्धांत बनाया। साथ ही, उन्होंने क्रिस्टल को परमाणुओं की एक प्रणाली के रूप में नहीं, बल्कि परमाणु विमानों की एक प्रणाली के रूप में माना, यह सुझाव देते हुए कि एक्स-रे परमाणु विमानों से स्पेक्युलर प्रतिबिंब का अनुभव करते हैं।

चित्र 11 आपतित किरण S 0 और विमान (HKL) S HKL द्वारा विक्षेपित किरण को दर्शाता है।

परावर्तन के नियम के अनुसार, यह तल उस तल के लंबवत होना चाहिए जिसमें किरणें S0 और SHKL स्थित हैं, और उनके बीच के कोण को आधे में विभाजित करें, अर्थात। आपतित किरण की निरंतरता और विक्षेपित किरण के बीच का कोण 2q है।

स्थानिक जाली कई समतलों P 1, P 2, P 3... से निर्मित होती है।

आइए हम ऐसी समानांतर प्रणाली की अंतःक्रिया पर विचार करें; दो आसन्न तलों P और P 1 के उदाहरण का उपयोग करते हुए प्राथमिक किरण वाले तल (चित्र 12):

चावल। 12. वुल्फ-ब्रैग सूत्र की व्युत्पत्ति के लिए

समानांतर किरणें SO और S 1 O 1 बिंदु O और O 1 पर समतल P और P 1 से कोण q पर गिरती हैं। इसके अलावा, तरंग बिंदु O 1 पर तरंगों के पथ में अंतर के बराबर देरी से पहुंचती है, जो AO 1 = d synq के बराबर है। ये किरणें समतल P और P 1 से एक ही कोण पर विशिष्ट रूप से परावर्तित होंगी। प्र. परावर्तित तरंगों के पथ में अंतर O 1 B = d synq के बराबर है। संचयी पथ अंतर Dl=2d synq. दोनों तलों से परावर्तित किरणें, समतल तरंग के रूप में फैलती हुई, एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करती होंगी।

दोनों दोलनों का चरण अंतर बराबर है:

(7)

समीकरण (7) से यह पता चलता है कि जब किरणों का पथ अंतर तरंगों की पूर्णांक संख्या का गुणक होता है, Dl=nl=2d synq, चरण अंतर 2p का गुणज होगा, अर्थात दोलन एक ही चरण में होंगे, एक तरंग का "कूबड़" दूसरे के "कूबड़" से मेल खाता है, और दोलन एक दूसरे को सुदृढ़ करते हैं। इस मामले में, एक्स-रे विवर्तन पैटर्न पर एक हस्तक्षेप शिखर देखा जाएगा। तो, हम पाते हैं कि समानता 2d synq = nl (8) (जहाँ n एक पूर्णांक है जिसे परावर्तन का क्रम कहा जाता है और पड़ोसी विमानों द्वारा परावर्तित किरणों के पथ में अंतर से निर्धारित होता है)

अधिकतम हस्तक्षेप प्राप्त करने की एक शर्त है। समीकरण (8) को वुल्फ-ब्रैग सूत्र कहा जाता है। यह सूत्र एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का आधार है। यह याद रखना चाहिए कि प्रस्तुत शब्द "परमाणु विमान से प्रतिबिंब" सशर्त है।

वुल्फ-ब्रैग सूत्र से यह निष्कर्ष निकलता है कि यदि तरंग दैर्ध्य एल के साथ एक्स-रे की किरण विमान-समानांतर विमानों के एक परिवार पर गिरती है, जिसके बीच की दूरी डी के बराबर है, तो तब तक कोई प्रतिबिंब (हस्तक्षेप अधिकतम) नहीं होगा किरणों की दिशा और सतह के बीच का कोण इस समीकरण से मेल खाता है।

जिन संबंधों पर हमने विचार किया है वे एक्स-रे विकिरण के क्षीणन की प्रक्रिया के मात्रात्मक पक्ष को दर्शाते हैं। आइए हम प्रक्रिया के गुणात्मक पक्ष या उन भौतिक प्रक्रियाओं पर संक्षेप में ध्यान दें जो कमज़ोरी का कारण बनती हैं। यह, सबसे पहले, अवशोषण है, अर्थात्। एक्स-रे ऊर्जा का अन्य प्रकार की ऊर्जा में रूपांतरण और दूसरा, प्रकीर्णन, अर्थात्। तरंग दैर्ध्य (शास्त्रीय थॉम्पसन प्रकीर्णन) को बदले बिना और तरंग दैर्ध्य (क्वांटम प्रकीर्णन या कॉम्पटन प्रभाव) को बदलने के साथ विकिरण के प्रसार की दिशा बदलना।

1. फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण. एक्स-रे क्वांटा पदार्थ के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोश से इलेक्ट्रॉनों को फाड़ सकता है। इन्हें आमतौर पर फोटोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है। यदि आपतित क्वांटा की ऊर्जा कम है, तो वे परमाणु के बाहरी कोश से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल देते हैं। फोटोइलेक्ट्रॉनों को बड़ी गतिज ऊर्जा प्रदान की जाती है। बढ़ती ऊर्जा के साथ, एक्स-रे क्वांटा परमाणु के गहरे कोश में स्थित इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करना शुरू कर देता है, जिनकी नाभिक के साथ बंधन ऊर्जा बाहरी कोश में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक होती है। इस अंतःक्रिया के साथ, आपतित एक्स-रे क्वांटा की लगभग सारी ऊर्जा अवशोषित हो जाती है, और फोटोइलेक्ट्रॉनों को दी गई ऊर्जा का कुछ हिस्सा पहले मामले की तुलना में कम होता है। फोटोइलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के अलावा, इस मामले में उच्च स्तर से नाभिक के करीब स्थित स्तरों तक इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के कारण विशिष्ट विकिरण के क्वांटा उत्सर्जित होते हैं।

इस प्रकार, फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण के परिणामस्वरूप, किसी दिए गए पदार्थ का एक विशिष्ट स्पेक्ट्रम प्रकट होता है - द्वितीयक विशिष्ट विकिरण। यदि एक इलेक्ट्रॉन को के-शेल से बाहर निकाला जाता है, तो विकिरणित पदार्थ की संपूर्ण रेखा स्पेक्ट्रम विशेषता प्रकट होती है।

चावल। 2.5. अवशोषण गुणांक का वर्णक्रमीय वितरण।

आइए आपतित एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य l के आधार पर फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण के कारण द्रव्यमान अवशोषण गुणांक t/r में परिवर्तन पर विचार करें (चित्र 2.5)। वक्र में टूटने को अवशोषण जंप कहा जाता है, और संबंधित तरंग दैर्ध्य को अवशोषण सीमा कहा जाता है। प्रत्येक छलांग परमाणु K, L, M, आदि के एक निश्चित ऊर्जा स्तर से मेल खाती है। एल जीआर पर, एक्स-रे फोटॉन की ऊर्जा इस स्तर से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए पर्याप्त हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य के एक्स-रे क्वांटा का अवशोषण तेजी से बढ़ जाता है। सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य छलांग के-स्तर से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने से मेल खाती है, एल-स्तर से दूसरा, आदि। एल और एम सीमाओं की जटिल संरचना इन कोशों में कई उपस्तरों की उपस्थिति के कारण है। एलजीआर से कुछ हद तक बड़े तरंग दैर्ध्य वाले एक्स-रे के लिए, क्वांटा की ऊर्जा संबंधित शेल से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए अपर्याप्त है; इस वर्णक्रमीय क्षेत्र में पदार्थ अपेक्षाकृत पारदर्शी है।

एल और पर अवशोषण गुणांक की निर्भरता जेडफोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

टी/आर = सीएल 3 जेड 3 (2.11)

जहाँ C आनुपातिकता गुणांक है, जेडविकिरणित तत्व की क्रम संख्या है, t/r द्रव्यमान अवशोषण गुणांक है, l आपतित एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य है।

यह निर्भरता चित्र 2.5 में अवशोषण छलांग के बीच वक्र के अनुभागों का वर्णन करती है।

2. शास्त्रीय (सुसंगत) बिखरावप्रकीर्णन के तरंग सिद्धांत की व्याख्या करता है। यह तब होता है जब एक एक्स-रे क्वांटम किसी परमाणु के इलेक्ट्रॉन के साथ संपर्क करता है, और क्वांटम की ऊर्जा किसी दिए गए स्तर से इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए अपर्याप्त होती है। इस मामले में, प्रकीर्णन के शास्त्रीय सिद्धांत के अनुसार, एक्स-रे परमाणुओं के बंधे इलेक्ट्रॉनों के मजबूर कंपन का कारण बनते हैं। दोलनशील इलेक्ट्रॉन, सभी दोलनशील विद्युत आवेशों की तरह, विद्युत चुम्बकीय तरंगों का एक स्रोत बन जाते हैं जो सभी दिशाओं में फैलते हैं।

इन गोलाकार तरंगों के हस्तक्षेप से विवर्तन पैटर्न की उपस्थिति होती है, जो स्वाभाविक रूप से क्रिस्टल की संरचना से संबंधित होती है। इस प्रकार, यह सुसंगत प्रकीर्णन है जो विवर्तन पैटर्न प्राप्त करना संभव बनाता है, जिसके आधार पर कोई प्रकीर्णन वस्तु की संरचना का न्याय कर सकता है। शास्त्रीय प्रकीर्णन तब होता है जब 0.3Å से अधिक तरंग दैर्ध्य वाला नरम एक्स-रे विकिरण एक माध्यम से गुजरता है। एक परमाणु द्वारा प्रकीर्णन शक्ति बराबर होती है:

, (2.12)

और एक ग्राम पदार्थ

जहां I 0 आपतित एक्स-रे किरण की तीव्रता है, N अवोगाद्रो की संख्या है, A परमाणु भार है, जेड- पदार्थ की क्रम संख्या.

यहां से हम शास्त्रीय प्रकीर्णन s वर्ग /r का द्रव्यमान गुणांक ज्ञात कर सकते हैं, क्योंकि यह P/I 0 या के बराबर है .

सभी मूल्यों को प्रतिस्थापित करने पर, हमें प्राप्त होता है .

चूंकि अधिकांश तत्व जेड/[email protected] (हाइड्रोजन को छोड़कर), तो

वे। शास्त्रीय प्रकीर्णन का द्रव्यमान गुणांक सभी पदार्थों के लिए लगभग समान है और यह आपतित एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर नहीं करता है।

3. क्वांटम (असंगत) बिखराव. जब कोई पदार्थ कठोर एक्स-रे विकिरण (0.3Å से कम तरंग दैर्ध्य) के साथ संपर्क करता है, तो बिखरे हुए विकिरण की तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन देखे जाने पर क्वांटम बिखराव एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाना शुरू कर देता है। इस घटना को तरंग सिद्धांत द्वारा नहीं समझाया जा सकता है, लेकिन इसे क्वांटम सिद्धांत द्वारा समझाया गया है। क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, इस तरह की बातचीत को मुक्त इलेक्ट्रॉनों (बाहरी गोले के इलेक्ट्रॉनों) के साथ एक्स-रे क्वांटा की लोचदार टक्कर का परिणाम माना जा सकता है। एक्स-रे क्वांटा अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा इन इलेक्ट्रॉनों को सौंप देते हैं और अन्य ऊर्जा स्तरों में उनके संक्रमण का कारण बनते हैं। जो इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्राप्त करते हैं उन्हें रिकॉइल इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। ऐसी टक्कर के परिणामस्वरूप ऊर्जा hn 0 के साथ एक्स-रे क्वांटा मूल दिशा से एक कोण y से विचलित हो जाता है, और इसकी ऊर्जा hn 1 घटना क्वांटम की ऊर्जा से कम होगी। प्रकीर्णित विकिरण की आवृत्ति में कमी संबंध द्वारा निर्धारित होती है:

एचएन 1 = एचएन 0 - ई विभाग, (2.15)

जहां ई रेक्ट रिकॉइल इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा है।

सिद्धांत और अनुभव से पता चलता है कि क्वांटम बिखरने के दौरान आवृत्ति या तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन तत्व की क्रमिक संख्या पर निर्भर नहीं करता है जेड, लेकिन प्रकीर्णन कोण पर निर्भर करता है। जिसमें

एल वाई - एल 0 = एल = ×(1 - कॉस वाई) @ 0.024 (1 - आरामदायक), (2.16)

जहां l 0 और l y प्रकीर्णन से पहले और बाद में एक्स-रे क्वांटम की तरंग दैर्ध्य हैं,

एम 0 - आराम पर एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान, सी- प्रकाश की गति।

सूत्रों से स्पष्ट है कि जैसे-जैसे प्रकीर्णन कोण बढ़ता है, l 0 (y = 0° पर) से बढ़कर 0.048 Å (y = 180° पर) हो जाता है। 1Å क्रम की तरंगदैर्ध्य वाली नरम किरणों के लिए, यह मान लगभग 4-5% का एक छोटा प्रतिशत है। लेकिन कठोर किरणों (l = 0.05–0.01 Å) के लिए, तरंग दैर्ध्य में 0.05 Å के परिवर्तन का अर्थ है l में दो या कई के कारक से परिवर्तन।

इस तथ्य के कारण कि क्वांटम प्रकीर्णन असंगत है (एल अलग है, परावर्तित क्वांटम के प्रसार का कोण अलग है, क्रिस्टल जाली के संबंध में बिखरी तरंगों के प्रसार में कोई सख्त पैटर्न नहीं है), व्यवस्था में क्रम परमाणु क्वांटम प्रकीर्णन की प्रकृति को प्रभावित नहीं करते हैं। ये बिखरी हुई एक्स-रे, एक्स-रे छवि में समग्र पृष्ठभूमि बनाने में शामिल होती हैं। प्रकीर्णन कोण पर पृष्ठभूमि की तीव्रता की निर्भरता सैद्धांतिक रूप से गणना की जा सकती है, जिसका एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण में कोई व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं है, क्योंकि पृष्ठभूमि उत्पन्न होने के कई कारण हैं, और इसके समग्र महत्व की गणना आसानी से नहीं की जा सकती है।

फोटोइलेक्ट्रॉन अवशोषण, सुसंगत और असंगत प्रकीर्णन की जिन प्रक्रियाओं पर हमने विचार किया है वे मुख्य रूप से एक्स-रे के क्षीणन को निर्धारित करती हैं। उनके अलावा, अन्य प्रक्रियाएं भी संभव हैं, उदाहरण के लिए, परमाणु नाभिक के साथ एक्स-रे की बातचीत के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े का निर्माण। उच्च गतिज ऊर्जा वाले प्राथमिक फोटोइलेक्ट्रॉनों के प्रभाव में, साथ ही प्राथमिक एक्स-रे प्रतिदीप्ति, माध्यमिक, तृतीयक, आदि हो सकते हैं। विशिष्ट विकिरण और संगत फोटोइलेक्ट्रॉन, लेकिन कम ऊर्जा के साथ। अंत में, कुछ फोटोइलेक्ट्रॉन (और आंशिक रूप से पीछे हटने वाले इलेक्ट्रॉन) पदार्थ की सतह पर संभावित अवरोध को पार कर सकते हैं और उससे आगे उड़ सकते हैं, यानी। एक बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव उत्पन्न हो सकता है।

हालाँकि, सभी विख्यात घटनाओं का एक्स-रे क्षीणन गुणांक के मूल्य पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। दसवीं से एंगस्ट्रॉम की इकाइयों तक तरंग दैर्ध्य वाले एक्स-रे के लिए, आमतौर पर संरचनात्मक विश्लेषण में उपयोग किया जाता है, इन सभी दुष्प्रभावों को नजरअंदाज किया जा सकता है और यह माना जा सकता है कि प्राथमिक एक्स-रे बीम का क्षीणन एक तरफ बिखरने के कारण होता है और दूसरी ओर अवशोषण प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप। तब क्षीणन गुणांक को दो गुणांकों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है:

एम/आर = एस/आर + टी/आर, (2.17)

जहां s/r द्रव्यमान प्रकीर्णन गुणांक है, जो सुसंगत और असंगत प्रकीर्णन के कारण ऊर्जा हानि को ध्यान में रखता है; टी/आर द्रव्यमान अवशोषण गुणांक है, जो मुख्य रूप से फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण और विशिष्ट किरणों के उत्तेजना के कारण होने वाली ऊर्जा हानि को ध्यान में रखता है।

एक्स-रे किरण के क्षीणन में अवशोषण और प्रकीर्णन का योगदान बराबर नहीं है। संरचनात्मक विश्लेषण में प्रयुक्त एक्स-रे के लिए, असंगत बिखराव को नजरअंदाज किया जा सकता है। यदि हम इस बात को ध्यान में रखें कि सुसंगत प्रकीर्णन का परिमाण भी छोटा है और सभी तत्वों के लिए लगभग स्थिर है, तो हम यह मान सकते हैं कि

एम/आर » टी/आर , (2.18)

वे। एक्स-रे किरण का क्षीणन मुख्य रूप से अवशोषण द्वारा निर्धारित होता है। इस संबंध में, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के दौरान द्रव्यमान अवशोषण गुणांक के लिए ऊपर चर्चा किए गए नियम द्रव्यमान क्षीणन गुणांक के लिए मान्य होंगे।

विकिरण चयन . तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण (क्षीणन) गुणांक की निर्भरता की प्रकृति कुछ हद तक संरचनात्मक अध्ययन में विकिरण की पसंद को निर्धारित करती है। क्रिस्टल में मजबूत अवशोषण एक्स-रे विवर्तन पैटर्न में विवर्तन धब्बों की तीव्रता को काफी कम कर देता है। इसके अलावा, मजबूत अवशोषण के दौरान होने वाली प्रतिदीप्ति फिल्म को रोशन करती है। इसलिए, अध्ययन के तहत पदार्थ की अवशोषण सीमा से थोड़ी कम तरंग दैर्ध्य पर काम करना लाभहीन है। इसे चित्र में दिए गए चित्र से आसानी से समझा जा सकता है। 2.6.

1. यदि एनोड, जिसमें अध्ययन के तहत पदार्थ के समान परमाणु शामिल हैं, विकिरण करता है, तो हम अवशोषण सीमा प्राप्त करते हैं, उदाहरण के लिए

चित्र.2.6. किसी पदार्थ से गुजरने पर एक्स-रे विकिरण की तीव्रता में परिवर्तन।

क्रिस्टल के अवशोषण का K-किनारा (चित्र 2.6, वक्र 1) स्पेक्ट्रम के शॉर्ट-वेव क्षेत्र में इसके विशिष्ट विकिरण के सापेक्ष थोड़ा स्थानांतरित हो जाएगा। यह बदलाव लाइन स्पेक्ट्रम की किनारे रेखाओं के सापेक्ष 0.01–0.02 Å के क्रम पर है। यह हमेशा एक ही तत्व के उत्सर्जन और अवशोषण की वर्णक्रमीय स्थिति में होता है। चूंकि अवशोषण छलांग उस ऊर्जा से मेल खाती है जिसे परमाणु के बाहर के स्तर से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए खर्च किया जाना चाहिए, सबसे कठिन के-श्रृंखला रेखा परमाणु के सबसे दूर के स्तर से के-स्तर में संक्रमण से मेल खाती है। यह स्पष्ट है कि परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा E हमेशा उस ऊर्जा से थोड़ी अधिक होती है जो तब निकलती है जब एक इलेक्ट्रॉन सबसे दूर के स्तर से समान K-स्तर पर जाता है। चित्र से. 2.6 (वक्र 1) यह इस प्रकार है कि यदि एनोड और अध्ययन के तहत क्रिस्टल एक ही पदार्थ हैं, तो सबसे तीव्र विशेषता विकिरण, विशेष रूप से के ए और के बी लाइनें, अवशोषण के सापेक्ष क्रिस्टल के कमजोर अवशोषण के क्षेत्र में स्थित हैं सीमा। इसलिए, क्रिस्टल द्वारा ऐसे विकिरण का अवशोषण कम होता है, और प्रतिदीप्ति कमजोर होती है।

2. यदि हम एक एनोड लेते हैं जिसका परमाणु क्रमांक है जेड 1 अध्ययन के तहत क्रिस्टल से बड़ा है, तो इस एनोड का विकिरण, मोसले के नियम के अनुसार, शॉर्ट-वेव क्षेत्र में थोड़ा स्थानांतरित हो जाएगा और अध्ययन के तहत उसी पदार्थ की अवशोषण सीमा के सापेक्ष स्थित होगा जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 2.6, वक्र 2. केबी लाइन यहां अवशोषित होती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिदीप्ति होती है जो शूटिंग में बाधा उत्पन्न कर सकती है।

3. यदि परमाणु संख्या में अंतर 2-3 इकाई है जेड, तो ऐसे एनोड का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम शॉर्ट-वेव क्षेत्र में और भी आगे स्थानांतरित हो जाएगा (चित्र 2.6, वक्र 3)। यह मामला और भी प्रतिकूल है, क्योंकि, सबसे पहले, एक्स-रे विकिरण बहुत क्षीण हो जाता है और, दूसरी बात, शूटिंग के दौरान मजबूत प्रतिदीप्ति फिल्म को रोशन करती है।

इसलिए, सबसे उपयुक्त एक एनोड है जिसका विशिष्ट विकिरण अध्ययन के तहत नमूने द्वारा कमजोर अवशोषण के क्षेत्र में स्थित है।

फिल्टर. हमने जिस चयनात्मक अवशोषण प्रभाव पर विचार किया, उसका व्यापक रूप से स्पेक्ट्रम के लघु-तरंग दैर्ध्य भाग को कमजोर करने के लिए उपयोग किया जाता है। ऐसा करने के लिए, किरणों के मार्ग में कई सौवें हिस्से की मोटाई वाली पन्नी रखी जाती है मिमी.पन्नी एक ऐसे पदार्थ से बनी होती है जिसका क्रमांक 1-2 इकाई से कम होता है जेडएनोड. इस मामले में, चित्र 2.6 (वक्र 2) के अनुसार, फ़ॉइल के अवशोषण बैंड का किनारा K a - और K b - उत्सर्जन रेखाओं और K b - रेखा, साथ ही निरंतर स्पेक्ट्रम के बीच स्थित है। बहुत कमजोर हो जाना. K a विकिरण की तुलना में K b का क्षीणन लगभग 600 है। इस प्रकार, हमने एक विकिरण से b विकिरण को फ़िल्टर किया है, जिसकी तीव्रता में लगभग कोई बदलाव नहीं होता है। फ़िल्टर ऐसी सामग्री से बना फ़ॉइल हो सकता है जिसका क्रमांक 1-2 इकाई कम हो जेडएनोड. उदाहरण के लिए, मोलिब्डेनम विकिरण पर काम करते समय ( जेड= 42), जिरकोनियम एक फिल्टर के रूप में काम कर सकता है ( जेड= 40) और नाइओबियम ( जेड=41). श्रृंखला में एमएन ( जेड= 25), Fe ( जेड= 26), सह ( जेड= 27) पूर्ववर्ती तत्वों में से प्रत्येक अगले तत्व के लिए फ़िल्टर के रूप में काम कर सकता है।

यह स्पष्ट है कि फ़िल्टर उस कक्ष के बाहर स्थित होना चाहिए जिसमें क्रिस्टल की तस्वीर खींची गई है ताकि फिल्म प्रतिदीप्ति किरणों के संपर्क में न आए।

पर उच्च वोल्टेज पर काम करें, सामान्य वोल्टेज पर रेडियोग्राफी की तरह, बिखरे हुए एक्स-रे विकिरण से निपटने के सभी ज्ञात तरीकों का उपयोग करना आवश्यक है।

मात्रा बिखरे हुए एक्स-रेघटते विकिरण क्षेत्र के साथ घटता है, जो कार्यशील एक्स-रे बीम के व्यास को सीमित करके प्राप्त किया जाता है। विकिरण क्षेत्र में कमी के साथ, बदले में, एक्स-रे छवि के रिज़ॉल्यूशन में सुधार होता है, यानी, आंख द्वारा पता लगाए गए विवरण का न्यूनतम आकार कम हो जाता है। कार्यशील एक्स-रे बीम के व्यास को सीमित करने के लिए, बदली जाने योग्य डायाफ्राम या ट्यूब का अभी भी पर्याप्त उपयोग नहीं किया जा रहा है।

राशि कम करने के लिए बिखरे हुए एक्स-रेजहां संभव हो संपीड़न का उपयोग किया जाना चाहिए। संपीड़न के दौरान, अध्ययन के तहत वस्तु की मोटाई कम हो जाती है और निश्चित रूप से, बिखरे हुए एक्स-रे विकिरण के गठन के केंद्र कम हो जाते हैं। संपीड़न के लिए, विशेष संपीड़न बेल्ट का उपयोग किया जाता है, जो एक्स-रे डायग्नोस्टिक उपकरण में शामिल होते हैं, लेकिन उनका उपयोग अक्सर पर्याप्त नहीं किया जाता है।

प्रकीर्णित विकिरण की मात्राएक्स-रे ट्यूब और फिल्म के बीच बढ़ती दूरी के साथ घटती जाती है। इस दूरी और संगत एपर्चर को बढ़ाने से, एक्स-रे की कम अपसारी कार्यशील किरण प्राप्त होती है। जैसे-जैसे एक्स-रे ट्यूब और फिल्म के बीच की दूरी बढ़ती है, विकिरण क्षेत्र को न्यूनतम संभव आकार तक कम करना आवश्यक होता है। इस मामले में, अध्ययन के तहत क्षेत्र को "कट ऑफ" नहीं किया जाना चाहिए।

इस संबंध में, हाल ही में डिजाइनएक्स-रे डायग्नोस्टिक उपकरणों में एक प्रकाश सेंट्रलाइज़र के साथ एक पिरामिड ट्यूब होती है। इसकी मदद से, न केवल एक्स-रे छवि की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए फोटो खींचे जाने वाले क्षेत्र को सीमित करना संभव है, बल्कि मानव शरीर के उन हिस्सों के अनावश्यक विकिरण को खत्म करना भी संभव है जो रेडियोग्राफी के अधीन नहीं हैं।

राशि कम करने के लिए बिखरे हुए एक्स-रेजांच की जा रही वस्तु का हिस्सा एक्स-रे फिल्म के जितना संभव हो उतना करीब होना चाहिए। यह प्रत्यक्ष आवर्धन रेडियोग्राफी पर लागू नहीं होता है। प्रत्यक्ष छवि आवर्धन के साथ रेडियोग्राफी में, बिखरा हुआ अवलोकन व्यावहारिक रूप से एक्स-रे फिल्म तक नहीं पहुंचता है।

सैंडबैग का उपयोग किया जाता है निर्धारणअध्ययन के तहत वस्तु कैसेट से दूर स्थित होनी चाहिए, क्योंकि बिखरे हुए एक्स-रे विकिरण के निर्माण के लिए रेत एक अच्छा माध्यम है।

रेडियोग्राफी के साथस्क्रीनिंग ग्रिड के उपयोग के बिना एक मेज पर निर्मित, सबसे बड़े संभावित आकार की सीसेयुक्त रबर की एक शीट को फिल्म के साथ कैसेट या लिफाफे के नीचे रखा जाना चाहिए।
अवशोषण के लिए बिखरे हुए एक्स-रेस्क्रीनिंग एक्स-रे झंझरी का उपयोग किया जाता है, जो मानव शरीर से बाहर निकलते ही इन किरणों को अवशोषित कर लेते हैं।

प्रौद्योगिकी में महारत हासिल करना एक्स-रे उत्पादनएक्स-रे ट्यूब पर बढ़े हुए वोल्टेज पर, यही वह पथ है जो हमें आदर्श एक्स-रे छवि के करीब लाता है, अर्थात, जिसमें हड्डी और नरम ऊतक दोनों विस्तार से स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं।

एक्स-रे विवर्तन तरल पदार्थ और गैसों के क्रिस्टल या अणुओं द्वारा एक्स-रे का प्रकीर्णन है, जिसमें समान तरंग दैर्ध्य के माध्यमिक विक्षेपित किरणें (विवर्तित किरणें) किरणों के प्रारंभिक किरण से उत्पन्न होती हैं, जो प्राथमिक एक्स-रे की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप होती हैं। पदार्थ के इलेक्ट्रॉनों के साथ. द्वितीयक किरणों की दिशा और तीव्रता बिखरने वाली वस्तु की संरचना पर निर्भर करती है। विवर्तित किरणें पदार्थ द्वारा बिखरे हुए कुल एक्स-रे विकिरण का हिस्सा बनती हैं। तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन के बिना प्रकीर्णन के साथ-साथ, तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन के साथ प्रकीर्णन भी देखा जाता है - तथाकथित कॉम्पटन प्रकीर्णन। एक्स-रे विवर्तन की घटना, जो उनकी तरंग प्रकृति को साबित करती है, पहली बार प्रयोगात्मक रूप से 1912 में जर्मन भौतिकविदों एम. लाउ, डब्ल्यू. फ्रेडरिक और पी. निपिंग द्वारा क्रिस्टल पर खोजी गई थी।

क्रिस्टल एक्स-रे के लिए एक प्राकृतिक त्रि-आयामी विवर्तन झंझरी है, क्योंकि क्रिस्टल में प्रकीर्णन केंद्रों (परमाणुओं) के बीच की दूरी एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य (~1Å=10-8 सेमी) के समान क्रम की होती है। क्रिस्टल द्वारा एक्स-रे के विवर्तन को क्रिस्टल जाली के परमाणु विमानों की प्रणालियों से एक्स-रे के चयनात्मक प्रतिबिंब के रूप में माना जा सकता है। विवर्तन मैक्सिमा की दिशा एक साथ लाउ समीकरण द्वारा निर्धारित तीन स्थितियों को संतुष्ट करती है।
विवर्तन पैटर्न एक स्थिर क्रिस्टल से निरंतर स्पेक्ट्रम (तथाकथित लाउग्राम) के साथ एक्स-रे विकिरण का उपयोग करके या मोनोक्रोमैटिक एक्स-रे विकिरण द्वारा प्रकाशित घूर्णन या दोलन क्रिस्टल से, या मोनोक्रोमैटिक विकिरण द्वारा प्रकाशित पॉलीक्रिस्टल से प्राप्त किया जाता है। विवर्तित किरण की तीव्रता संरचना कारक पर निर्भर करती है, जो क्रिस्टल के परमाणुओं के परमाणु कारकों, क्रिस्टल की इकाई कोशिका के अंदर उनके स्थान और परमाणुओं के थर्मल कंपन की प्रकृति से निर्धारित होती है। संरचना कारक इकाई कोशिका में परमाणुओं की व्यवस्था की समरूपता पर निर्भर करता है। विवर्तित किरण की तीव्रता वस्तु के आकार और आकृति तथा क्रिस्टल की पूर्णता पर निर्भर करती है।
पॉलीक्रिस्टलाइन पिंडों से एक्स-रे के विवर्तन के परिणामस्वरूप द्वितीयक किरणों के शंकु का निर्माण होता है। शंकु की धुरी प्राथमिक किरण है, और शंकु का उद्घाटन कोण 4J है (J परावर्तक तल और आपतित किरण के बीच का कोण है)। प्रत्येक शंकु क्रिस्टल तलों के एक विशिष्ट परिवार से मेल खाता है। सभी क्रिस्टल, जिनके तलों का परिवार आपतित किरण से J कोण पर स्थित है, शंकु के निर्माण में भाग लेते हैं। यदि क्रिस्टल छोटे हैं और प्रति इकाई आयतन में उनकी संख्या बहुत बड़ी है, तो किरणों का शंकु सतत होगा। बनावट के मामले में, यानी, क्रिस्टल के पसंदीदा अभिविन्यास की उपस्थिति, विवर्तन पैटर्न (एक्स-रे पैटर्न) में असमान रूप से काले रंग के छल्ले शामिल होंगे।

परमाणु की संरचना के बारे में उस समय व्यापक रूप से प्रचलित कई अटकलों के विपरीत, थॉमसन का मॉडल भौतिक तथ्यों पर आधारित था जो न केवल मॉडल को सही ठहराता था, बल्कि एक परमाणु में कणिकाओं की संख्या के कुछ संकेत भी देता था। ऐसा पहला तथ्य एक्स-रे का प्रकीर्णन है, या, जैसा कि थॉमसन ने कहा, द्वितीयक एक्स-रे की घटना है। थॉमसन एक्स-रे को विद्युत चुम्बकीय स्पंदन के रूप में देखते हैं। जब ऐसे स्पंदन इलेक्ट्रॉन युक्त परमाणुओं पर पड़ते हैं, तो इलेक्ट्रॉन त्वरित गति में आकर लार्मोर सूत्र के अनुसार उत्सर्जित होते हैं। एक इकाई आयतन में स्थित इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रति इकाई समय में उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा होगी

जहाँ N प्रति इकाई आयतन में इलेक्ट्रॉनों (कोशिकाओं) की संख्या है। दूसरी ओर, इलेक्ट्रॉन त्वरण

जहां ईपी प्राथमिक विकिरण की क्षेत्र शक्ति है। नतीजतन, बिखरे हुए विकिरण की तीव्रता

चूँकि पोयंटिंग प्रमेय के अनुसार आपतित विकिरण की तीव्रता बराबर है

फिर बिखरी हुई ऊर्जा का प्राथमिक से अनुपात

चार्ल्स ग्लोवर बार्कलाजिन्हें विशिष्ट एक्स-रे की खोज के लिए 1917 में नोबेल पुरस्कार मिला था, वह 1899-1902 में थे। कैम्ब्रिज में थॉमसन के साथ एक "शोध छात्र" (स्नातक छात्र) के रूप में, और यहीं उनकी एक्स-रे में रुचि हो गई। 1902 में, वह लिवरपूल में यूनिवर्सिटी कॉलेज में शिक्षक थे, और यहाँ 1904 में, माध्यमिक एक्स-रे विकिरण का अध्ययन करते समय, उन्होंने इसके ध्रुवीकरण की खोज की, जो थॉमसन की सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के काफी अनुरूप था। 1906 के अंतिम प्रयोग में, बार्कला ने प्राथमिक किरण को कार्बन परमाणुओं द्वारा बिखेर दिया। बिखरी हुई किरण प्राथमिक किरण के लंबवत गिरी और फिर से कार्बन द्वारा बिखर गई। यह तृतीयक किरण पूर्णतः ध्रुवीकृत थी।

प्रकाश परमाणुओं से एक्स-रे के प्रकीर्णन का अध्ययन करते समय, 1904 में बार्कला ने पाया कि द्वितीयक किरणों की प्रकृति प्राथमिक किरणों के समान ही थी। द्वितीयक विकिरण की तीव्रता और प्राथमिक विकिरण की तीव्रता के अनुपात के लिए, उन्होंने प्राथमिक विकिरण से स्वतंत्र और पदार्थ के घनत्व के आनुपातिक मान पाया:

थॉमसन के सूत्र से

लेकिन घनत्व = n A/L, जहां A परमाणु का परमाणु भार है, n परमाणुओं की संख्या है 1 सेमी 3, L अवोगाद्रो की संख्या है। इस तरह,

यदि हम किसी परमाणु में कणिकाओं की संख्या Z के बराबर रखें, तो N = nZ और

यदि हम इस अभिव्यक्ति के दाईं ओर ई, एम, एल के मानों को प्रतिस्थापित करते हैं, तो हमें के मिलेगा। 1906 में, जब संख्याएं ई और एम सटीक रूप से ज्ञात नहीं थीं, थॉमसन ने हवा के लिए बार्कल के माप से पाया कि जेड = ए, अर्थात किसी परमाणु में कणिकाओं की संख्या परमाणु भार के बराबर होती है। 1904 में बार्कल द्वारा प्रकाश परमाणुओं के लिए प्राप्त K का मान था के = 0.2. लेकिन 1911 में बार्कला ने e/m के लिए बुचेरर के अद्यतन डेटा का उपयोग करके e और L के मान प्राप्त किये रदरफोर्डऔर गीजर, प्राप्त के = 0.4, और इसलिए, जेड = 1/2. जैसा कि थोड़ी देर बाद पता चला, यह संबंध प्रकाश नाभिक (हाइड्रोजन के अपवाद के साथ) के क्षेत्र में अच्छा रहता है।

थॉमसन के सिद्धांत ने कई मुद्दों को स्पष्ट करने में मदद की, लेकिन और भी अधिक प्रश्न अनसुलझे छोड़ दिए। इस मॉडल को निर्णायक झटका 1911 में रदरफोर्ड के प्रयोगों से लगा, जिसकी चर्चा बाद में की जाएगी।

परमाणु का एक समान रिंग मॉडल 1903 में एक जापानी भौतिक विज्ञानी द्वारा प्रस्तावित किया गया था नागाओका.उन्होंने सुझाव दिया कि परमाणु के केंद्र में एक धनात्मक आवेश होता है, जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन के छल्ले घूमते हैं, जैसे शनि के छल्ले। वह अपनी कक्षाओं में मामूली विस्थापन के साथ इलेक्ट्रॉनों द्वारा किए गए दोलनों की अवधि की गणना करने में कामयाब रहे। इस तरह से प्राप्त आवृत्तियों ने कमोबेश कुछ तत्वों की वर्णक्रमीय रेखाओं का वर्णन किया है*।

* (यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि परमाणु का ग्रहीय मॉडल 1901 में प्रस्तावित किया गया था। जे. पेरिन.इस प्रयास का उल्लेख उन्होंने 11 दिसम्बर 1926 को दिये गये अपने नोबेल व्याख्यान में किया।)

25 सितंबर, 1905 को जर्मन प्रकृतिवादियों और डॉक्टरों की 77वीं कांग्रेस में वी. विएन ने इलेक्ट्रॉनों पर एक रिपोर्ट बनाई। इस रिपोर्ट में, वैसे, उन्होंने निम्नलिखित कहा: "वर्णक्रमीय रेखाओं की व्याख्या भी इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के लिए एक बड़ी कठिनाई पैदा करती है। चूँकि प्रत्येक तत्व वर्णक्रमीय रेखाओं के एक निश्चित समूह से मेल खाता है जो वह ल्यूमिनेसेंस की स्थिति में उत्सर्जित करता है, प्रत्येक परमाणु को एक अपरिवर्तनीय प्रणाली का प्रतिनिधित्व करना चाहिए। परमाणु को एक ग्रह प्रणाली के रूप में सोचना सबसे आसान होगा जिसमें एक सकारात्मक चार्ज केंद्र होता है जिसके चारों ओर ग्रहों की तरह नकारात्मक इलेक्ट्रॉन घूमते हैं। लेकिन इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा के कारण ऐसी प्रणाली अपरिवर्तित नहीं हो सकती है . इसलिए, हम एक ऐसी प्रणाली की ओर रुख करने के लिए मजबूर हैं जिसमें इलेक्ट्रॉन सापेक्ष आराम में हैं या उनकी गति नगण्य है - एक अवधारणा जिसमें बहुत सारी संदिग्ध चीजें शामिल हैं।

जैसे-जैसे विकिरण और परमाणुओं के नए रहस्यमय गुणों की खोज हुई, ये संदेह और भी बढ़ गए।