X- ışınları kırınımı ile kristal yapıların tayini

Konusu 'Fizik' forumundadır ve RüzGaR tarafından 14 Ocak 2008 başlatılmıştır.

  1. RüzGaR Super Moderator


    X- ışınları kırınımı ilekristal yapıların tayini

    Işığın kuantalanmış olduğu ve ışık kuantumuna bir parçacık gibi bakılabileceği düşüncesi çok yavaş kabul edildi. Örneğin, kimyacı G.N. Lewis’in ortaya attığı “foton” sözcüğü ancak 1926 da bir terim olarak kabul edildi. Bu konuda en kuvvetli kanıt 1923 de yapılan Compton deneyi oldu. A.H. Compton ışığın enerji yanı sıra momentum da taşıyabildiğini ve, diğer parçacıklar gibi, enerji ve momentum korunum yasalarına uyduğunu gösterdi. Compton deneyinde X-ışınları kullanılmıştı; bu nedenle, Compton olayına geçmeden önce burada X-ışınlarını kısaca inceleyelim.

    X-ışınları dalgaboyları 0,1 – 0,001 nm aralığında,yani görünür ışıktan 1000 kat daha kısa dalgaboylu, elektromagnetik dalgalardır. Dalgaboyu kısa olduğundan foton enerjileri görünür ışığa göre daha büyük (binlerce elektron-volt mertebesinde) olur. İlk kez 1985de Roentgen, yüksek enerjili elektronları metal bir hedefe çarpıştırarak elde ettiği bu ışınların doğasını anlayamadığı için bunlara “X-ışınları” adını vermişti.

    [​IMG]

    Şekilde modern bir tip X-ışını aygıtının şeması görülmektedir. Havası boşaltılmış cam bir tüpte iki elektrot bulunur. Soldaki katot ısıtıldığında elektronlar salınır. Katot ile anot arasında uygulanan birkaç bin voltluk bir potansiyel farkı elektronların ivmelenmesine, dolayısıyla birkaç keV enerji kazanmalarına yol açar; bu enerji 0.1c kadar bir hıza karşılık gelir. Elektronlar anoda çarpıp aniden durduğunda X-ışınları üretilir. X-ışınlarının elektron yoluna 90° açıyla salındığı gözlenmiştir; bu nedenle katodun eğimli oluşu X-ışınlarının istenilen bir yönde çıkabilmesini sağlamak içindir.turkeyarena.com
    X-ışınlarının hafif yoğunlukta katılara kolayca nüfuz edebildiği anlaşılınca, bulunduktan hemen birkaç ay sonra tıp alanında kullanılmaya başlandılar; ama yapılarının anlaşılması daha uzun sürdü. İvmelenen bir elektrik yükünün elektromagnetik dalga yayınladığı daha önce biliniyordu. (Örneğin, bir radyo anteninde yüklerin salınım hareketi sonucu radyo dalgaları dediğimiz uzun dalga boylu ışınım elde edilir.) O halde X-ışınlarının da, elektronların anotta uğradığı büyük frenleme sonucu üretilen elektromagnetik dalgalar olacağı akla uygun geliyordu. (Bu yolla üretilen ışınıma Bremsstrahlung denir; bu Almanca sözcüğün anlamı “frenleme radyasyonu” dur.) Burada sorun, dalgaboyları çok küçük olması beklenen X-ışınlarının dalga olduğunu kanıtlayabilmekti.

    Bir şeyin dalga olduğunu göstermek ve dalgaboyunu ölçmek için herhalde en kestirme yol, onu bir kırınım ağından geçirip oluşan saçakları gözlemektir. İyi bir kırınım ağında çizgiler arası uzaklık 1000 nm civarında olmalıdır; ancak, X-ışınlarında kullanılacak kırınım ağında bu uzaklık 0.1 nm olmalıdır ki bu, deneysel olarak kolay yapılacak bir iş değildir. 1912 de von Laue şöyle bir düşünce geliştirdi: bir kristlade atomlar düzenli konumlarda sıralandığında ve sıralar arası uzaklık 0.1 nm mertebesinde olduğuna göre, böyle bir kristal X-ışınları için üç boyutlu bir kırınımağı olarak kullanılabilirdi. Bu düşüncenin doğru olduğu kısa sürede anlaşıldı; Laue ve asistanları X-ışınlarının dalga olduğunu ve dalgaboylarının 0.1nm civarında olduğunu kanıtladılar.
    [​IMG][​IMG]


    Bir kristaldeki atomların dizilişi birbirine paralel ve özdeş düzlemler oluşturur. Şekilde böyle iki düzlem grubu gösterilmiştir.

    X-ışınları kırınımında kristallerin kullanımı İngiliz Fizikçileri W.L. Bragg ve babası W.H. Bragg tarafından geliştirildi; bu nedenle Bragg kırınımı adı verilir. (Veya, Bragg yansıması, Bragg saçılması olarak da bilinir.) Bu teknik, tarihsel olarak X-ışınlarının tanılanmasında önemli olduğu kadar, günümüzde de kristal yapıların incelenmesinde önemli bir yer tutar. Bragg kırınımını anlamak için bir kristali, düzenli aralıklarla sırlanmış özdeş ve birbirine paralel düzlemler olarak düşünebiliriz. (Şekillere bakınız.)

    Düzlemlere belirli bir θ açısıyla yaklaşan bir elektromagnetik dalga göz önüne alalım. Dalga kristale çarptığında her atomdan ışımanın bir bölümü saçılacak, saçılan dalgaların aynı fazda olduğu doğrultularda kırınım maksimumları gözlenecektir. İlk düzlemden yansıyan dalgaları göz önüne alalım: saçılan dalgaların aynı fazda olduğu doğrultu bildiğimiz yansıma kuralıyla verilir:
    θ = θ
    Sonra, aralarında d uzaklığı olan ardışık iki düzlemdeki atomlardan saçılan dalgaları göz önüne alalım. İki dalga arasındaki yol farkı 2dsinθ olur. Ardışık ikidüzlemden kırınan dalgaların aynıfazda olabilmesi için yol farkı λ dalgaboyunun tam katları olmalıdır:
    2dsinθ = n λ
    Burada n = 1,2,3,… tamsayısı kırınım maksimumunun derecesi olur. Çoğu deneylerde n > 1 olan maksimumlar çok zayıftır ve sadece n = 1 önemli olur. Yukarıda yazdığımız bağıntıya Bragg yasası denir.
     



Sayfayı Paylaş