9.6. Promieniowanie rentgenowskie. Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego (prawo Bragga).

Transkrypt

1 9. Optyka 9.6. Promieniowanie rentgenowskie. yfrakja promieniowania rentgenowskiego (prawo Bragga). Shemat budowy lampy rentgenowskiej. Przyspieszone do dużej prędkośi elektrony uderzają w antykatodę zmniejszają swoją energię. Energia elektronów zamienia się w energię promieniowania rentgenowskiego wskutek hamowania elektronów w polu atomów antykatody (daje to tzw. promieniowanie hamowania), lub zużywana jest na jonizaję atomów antykatody. mv Ue oraz Ue hν h λ stąd λ min λ gr h Ue Widmo iągłe promieniowania rentgenowskiego (promieniowanie hamowania). Przy większyh napięiah przyspieszająyh natężenie jest większe, ale zawsze istnieje minimalna długość promieniowania λbgrb (tzw. krótkofalowa grania promieniowania rentgenowskiego) ogranizająa widmo. Podzas jonizaji atomów antykatody, atomy wzbudzone przez wiązkę elektronów przehodzą do stanów o mniejszej energii wysyłają fale elektromagnetyzne o określonyh (zależnyh o materiału antykatody) długośiah fali. Jest to tzw. promieniowanie harakterystyzne, które nakłada się na widmo iągłe. Przykładowe widmo rentgenowskiego promieniowania harakterystyznego. Od lewej serie linii K oraz L. ν A Z 1 λ Prawo Moseley a: ( )

2 Gdzie: A stała; Z lizba porządkowa w układzie okresowym Z Pierwiastki iężkie Z > M L K emitują linie K, L, M Pierwiastki lekkie 8 < Z < 3 emitują tylko linię K ν /λ widmo iągłe zastosowanie w medyynie, widmo harakterystyzne badania struktury atomowej. UPrawo Bragga. Promienie ugięte przehodzą przez polikrystalizną próbkę wzdłuż tworząyh stożków konentryznyh, dają na kliszy układ współśrodkowyh pierśieni. Tworząe nahylone są pod kątem θ do kierunku wiązki pierwotnej. Atomy tworzą 3-wymiarową siatkę dyfrakyjną. yfraktogram Lauego (191) Obraz dyfrakji promieniowania rentgenowskiego na monokrysztale berylu. Tzw. obraz Lauego powstaje wskutek ugięia promieni tak, że odległość płaszzyzn atomowyh i kąt padania θ spełniają prawo Bragga. Badają rozmieszzenie i natężenie punktów możemy odtworzyć strukturę kryształu.

3 ab0b Prawo dyfrakji Bragga: d sinθ mλ gdzie m 1,, Aby otrzymać wzmonienie w kierunku określonym przez kąt θ, promienie odbite od rodziny płaszzyzn muszą się wzmaniać. Oznaza to, że różnia dróg wiązek odbityh musi być równa ałkowitej wielokrotnośi λ Δ mλ 5,67 Å 9.7. Prędkość światła (metody pomiaru, teoria eteru). UPomiary astronomizne 1676 Römer z obserwaji zaćmień księżya Io 4.XII Jowisza o pół roku występuje różnia zasu wyjśia Io z ienia Jowisza. 4.VI Wynika ona z ruhu obrotowego Ziemi wokół Słońa. Obserwaje wykazały, że światło potrzebuje ok. 16,5 minuty na przebyie

4 średniy ziemskiej orbity okołosłoneznej. Oblizona stąd prędkość światła wyniosła km/s Bradley z pomiarów aberaji światła gwiazd stałyh. (analogia do parasola, który biegną w deszzu musimy trzymać pod kątem zależnym od szybkośi z jaka biegniemy). Ziemia obraa się w przybliżeniu po kole α 40 9 vz tgα km/s α UPomiary laboratoryjne 1849 Fizeau koło zębate. Jeżeli zęstotliwość obrotów jest niewielka, to światło zdąży wróić przez to samo wyięie przez które wyszło. Istnieje taka minimalna zęstotliwość obrotów, przy której światło nie jest już widozne, bo trafia w ząbek tarzy. Czas przelotu światła od tarzy do zwieriadła i z powrotem jest równy zasowi w jakim tarza się obrói od przerwy miedzy zębami do najbliższego ząbka. Znają: odległość l (8,6 km) N - ilość zębów

5 ωbmb - VBZB prędkość kątową m-tego zaiemnienia, można zapisać: l ω m 1 m π N Stąd km/s 186 Fouault i 1878 Mihelson wirująe zwieriadła Mihelson - podobna idea, ale bardzo duża odległość między wirująym i nieruhomym zwieriadłem umieszzonymi na sąsiednih wzgórzah w odległośi 35 km. Fouault: km/s (± 500) Mihelson km/s (± 50) 197 Evenson wykorzystanie mikrofal. Znają długość fali i zęstość rezonansową ωrλ wyznazył prędkość ,456 km/s (± 1,1 m/s!!) π UTeoria eteru.u Eter sprężysty ośrodek rozhodzenia się fal świetlnyh. Bezwzględny układ odniesienia. Teoria Maxwella eter fale i pola elektromagnetyzne. Ośrodek wypełniająy Wszehświat. Czy eter jest unoszony przez iała w ruhu? Jaki jest wpływ ruhu Ziemi względem eteru na prędkość światła? eter V B A (A) dla obserwatora na Ziemi + vbzb VBZB 30 km/s (B) - vbzb eter V

6 względem BRB Stąd prędkość światła BRB poruszająego się odbiornika: ± v Gdzie v prędkość odbiornika. Jest to wynik zgodny z transformają Galileusza. Z Z x x' vt'; y y'; z z'; t t' V Y Y X X Uoświadzenie Mihelsona-Morley a 1887 Zwieriadło vbeter t + v + v v t v 1 1 UInterferometr Zwieriadło t' ' t' ' vbeter vt' ' t' 4 vt' + v t' + 4 t ' 1 v 1

7 i t t' 1 1 v v ( 1E ) n 1 ne v v t t' v 3 Światło wyhodzą ze źródła S trafia na półprzepuszzalne zwieriadło M, dzieli się na dwie wiązki podążająe do zwieriadeł ZB1B ZBB. Po odbiiu od nih i odbiiu lub przejśiu przez M trafiają do teleskopu obserwayjnego T. Różnia dróg nakładająyh się w teleskopie fal wynosi dbb db1b i wobe tego możliwe do zaobserwowania są prążki interferenyjne. Jeżeli na skutek ruhu Ziemi względem eteru (z prędkośią 30 km/s) powstanie różnia zasu t t to powinno to zmienić amplitudy obrazu interferenyjnego. UOszaowanie przewidywanego wyniku v 30km / s km / s 4 a wię t t' ( 10 ) 10 s la 3m (długość ramienia interferometru) otrzymujemy: [] s Δ ( t t' ) [ m] 16 t t' 10 λ jest to efekt dobrze mierzalny! Ale otrzymano negatywny wynik doświadzenia światło emitowane przez źródło interferometru, niezależnie od jego orientaji względem ruhu Ziemi, zawsze biegnie z prędkośią względem źródła i zwieriadeł. Wniosek końowy pojeie eteru okazało się niepotrzebne!