Transkrypt

1 Mikroskop optyczny Zestawy soczewek, pozwalające uzyskiwać znaczne powiększenia, znane były holenderskim szlifierzom soczewek w końcu XVI wieku. W tym środowisku powstał około 1590 roku pierwszy mikroskop. W marcu 1625 po raz pierwszy użyto słowa "mikroskop" - pojawiło się ono w liście jednego z badaczy do włoskiego księcia Federiga Cesiego.

2 Mikroskop optyczny Właściwy rozwój mikroskopu nastąpił jednak dopiero w drugiej połowie XVII wieku. Wczesne mikroskopy dawały niewielkie powiększenia (do 60 razy) z uwagi na wady ówczesnych soczewek. Takim mikroskopem, powiększającym zaledwie 40-krotnie, angielski uczony Robert Hooke odkrył około 1665 roku komórkową budowę organizmów żywych. Przyrodnik holenderski i kupiec bławatny Antony van Leeuwenhoek skonstruował udoskonalony mikroskop stosując nadzwyczaj dokładnie oszlifowane soczewki o bardzo krótkiej ogniskowej. Taki mikroskop dawał już powiększenie 270-krotne, chociaż jego wysokość wynosiła tylko 5 cm i zawierał tylko jedną soczewkę. We wrześniu 1674 roku doniósł Towarzystwu Królewskiemu w Londynie, że za pomocą zbudowanego własnoręcznie mikroskopu udało mu się dostrzec "bardzo małe żyjątka". Człowiek po raz pierwszy zobaczył bakterie.

3 Mikroskop optyczny W drugiej połowie XVIII wieku mikroskop wyposażono w obiektywy achromatyczne skonstruowane przez Anglika, Johna Dollonda i Niemca, Josepha von Fraunhofera. W 1827 roku Włoch Giovanni B. Amici wynalazł obiektyw immersyjny. W 1872 roku niemiecki fizyk Ernst Abbe wyposażył mikroskop w przyrząd oświetlający. Na początku XX wieku, mikroskop optyczny pozwalał już uzyskiwać powiększenia ok krotne. W 1931 roku zespół fizyków niemieckich pod kierunkiem fizyka Ernsta Ruska (który otrzymał za to Nagrodę Nobla), skonstruował mikroskop elektronowy, którego wersję użyteczną zbudowała w 1938 roku firma Siemens. Pozwala on uzyskiwać powiększenia rzędu 250 tys. razy.

4 Mikroskop optyczny

5 Dalekie światy W przestrzeniach kosmicznych gęstości materii zawierają się miedzy a kg/m 3, temperatury miedzy 2,7 a 10 9 a nawet K, indukcja magnetyczna sięga T (w magnetarach), a pola grawitacyjne mają wartość m/s 2. Na Ziemi najlepsza próżnia wyraża się wartością kg/m 3, a pole magnetyczne sięga zaledwie 6 ( a chwilowe kilka tysięcy ) T. Astronomowie są więc fizykami, którzy badają materię w tych warunkach sprawdzają działanie praw fizyki odkrytych w ziemskich laboratoriach w warunkach kosmicznych.

6 Dalekie światy Obserwatorium VLT na górze Paranal w Chile

7 Dalekie światy Schemat systemu optyki aktywnej teleskopu VLT

8 Dalekie światy Zasada działania systemu optyki adaptacyjnej.

9 Dalekie światy Radioastronomiczne obserwatorium VLA w stanie Nowy Meksyk (USA)

10 Dalekie światy - galeria Szerokokątne zdjęcie, ukazujące centralną część Drogi Mlecznej. Czerwone obszary to najczęściej mgławice emisyjne, złożone z gazowego wodoru ogrzewanego przez pobliskie, młode gwiazdy.

11 Dalekie światy - galeria Galaktyka spiralna NGC Tak prawdopodobnie wygląda nasza Galaktyka widziana z zewnątrz.

12 Dalekie światy - galeria Centralna część mgławicy M16, sfotografowana przez teleskop kosmiczny Hubble'a

13 Dalekie światy - galeria Zdjęcia wielkiej Mgławicy Oriona, wykonane w podczerwieni przez japoński teleskop Subaru (kolory są fałszywe").

14 Dalekie światy - galeria Pozostałosc po wybuchu supernowej 1987A w Wielkim Obłoku Magellana.

15 Dalekie światy - galeria Mgławica Krab, czyli pozostałość po wybuchu supernowej z 1054 roku.

16 Nośniki Informacji Wilhelm Conrad Roentgen

17 Promienie X Wilhelm Conrad Roentgen żył w latach Badał, między innymi, zjawisko promieniowania katodowego (zjawisko to występowało w czasie przepływu prądu elektrycznego przez rurkę z rozrzedzonym gazem - rurka zaczynała świecić naprzeciw ujemnej elektrody, za co odpowiedzialne miały być niewidzialne promienie wypływające z katody). Naukowiec obserwował oddziaływani ich z metalami. Zauważył, że znajdujące się obok zestawu doświadczalnego fluorescencyjne kryształy zaczynały świecić nawet wówczas, gdy doświadczeni przeprowadzał w całkowitej ciemności. Zjawisko to starał się wytłumaczyć istnieniem nieznanego i tajemniczego nowego rodzaju promieniowania - promieniowania X. Roentgen odkrył, że owo promieniowanie w różnym stopniu jest pochłaniane przez różne materiały. Pozwoliło mu to na wykonanie pierwszego zdjęcia szkieletu dłoni żyjącego człowieka.

18 Promienie X Roentgen stwierdził, iż odpowiedzialny za tą fluorescencję musi być czynnik, który może przenikać z wnętrza rury próżniowej poprzez ciemną tekturę (nie przenikliwą dla promieniowania widzialnego czy nadfioletowego) na zewnątrz układu. W kolejnych doświadczeniach naukowiec pokazał, że czynnik ten (nazwał go promieniami X) może w różnym stopniu przenikać przez różne ciała (stopień przezroczystości danego ciała Roentgen oznaczał poprzez stosunek jasności fluoryzującego ekranu umieszczonego za danym ciałem, do jasności ekranu nieosłoniętego). I tak na przykład papier i folia cynkowa mają dużą przezroczystość. Drewno trochę mniejszą. Jeszcze mniejszą ma aluminium. Przezroczyste są cienkie płytki miedzi, srebra, złota, czy platyny (grube płytki już nie). Znacznie mniej przezroczyste okazują się związki zawierające domieszki ołowiu (na przykład szkło ołowiowe). Natomiast warstwy ołowiu są praktycznie nieprzezroczyste. Naukowiec spostrzegł, że także ciało ludzkie jest przezroczyste dla promieni X - Roentgen włożył rękę między rurę próżniową, a ekran i zaobserwował na nim ciemne cienie kości na tle lekko zacienionego zarysu swojej ręki.

19 Promienie X

20 Promienie X Promieniowanie X są to fale elektromagnetyczne o długości od około 0,0001 nanometrów do około 100 nanometrów. Powstaje ono w wyniku hamowania cząstek naładowanych przez materię (na przykład wiązki elektronów - promieni katodowych) lub w czasie przechodzenia elektronów w atomie z poziomów o wyższej energii na poziomy o energii niższej. Promieniowanie X cechuje duża przenikliwość (szczególnie promieniowania o mniejszej długości). Fale te tak jak pozostałe rodzaje promieniowania ulegają absorpcji, rozpraszaniu, dyfrakcji, interferencji, polaryzacji, załamaniu, odbiciu. Powodują zaczernienie emulsji fotograficznej, wywołują jonizację gazu, fluorescencję niektórych substancji, reakcje fotochemiczne i zmiany w komórkach organizmów żywych. Promieniowanie X jest niewidzialne dla oka. Jest wykorzystywane w lecznictwie, badaniu składu chemicznego różnych substancji, badaniu struktury kryształów.

21 Promienie X

22 Promienie X

23 Promienie X

24 Promienie X Tak było

25 Lampy rentgenowskie zasada działania

26 Natężenie promieni X a parametry lampy Wpływ napięcia anoda-katoda Wpływ natężenia prądu płynącego przez lampę

27 Widmo promieniowania X 1) widmo ciągłe z granicą krótkofalową λ = min hc ev o λ min = 1.239/V [cm -8 ] 2) widmo charakterystyczne z pikami

28 Medical X-Ray Tube Spectra for Mammography and Radiology

29 Przyczyny powstania widma ciągłego Ruch niejednostajny elektronu promieniowanie hamowania

30 Struktura poziomów molibdenu Przyczyny powstania widma liniowego 1) wybicie elektronu z wnętrza atomu 2) powrót elektronów na niższe stany energetyczne emisja kwantu Molibden bombardowany elektronami o E = 35 kev

31 Oddziaływanie promieni z materią I ( ) = 0 I x I e µ x Obniżenie natężenia promieniowania µ - liniowy współczynnik absorpcji lub masowy współczynnik absorpcji µ/p µ/p = (µ 1 /p 1 ) w 1 + (µ 2 /p 2 ) w 2 + x t = e - (µ/p)px p gęstość w i = ułamek masowy dla każdego elementu

32 Procesy odpowiedzialne za osłabienie natężenia 1) Rozpraszanie Raylaigh a (mało znaczące) 2) Jonizacja (efekt fotolektryczny) 3) Efekt Comptona 4) Tworzenie par

33 Rozpraszanie Rayleigh a µ/p α 1/ε 2 ε energia kwantu koherentne, reemisja przez elektrony w atomie fotonu o tej samej λ lecz w innym kierunku; λ λ 0lectures/L01xray.ppt

34 Zjawisko fotoelektryczne (jonizacja) µ 1 p ε 3 ln µ/p Krawędź K ε

35 Efekt Compton a Arhtur Holly Compton 10 IX III 1962 Zdobył nagrodę Nobla w 1927 r z W.C. T. Wilsonem za odkrycie i wyjaśnienie zmiany długości fali promieni X podczas ich zderzenia z elektronami.

36 Efekt Comptona Powstaje drugie maksimum λ, przesunięte w kierunku dłuższych fal tym bardziej, im większy jest kąt rozproszenia. Maksimum maleje dla większych jąder

37 Efekt tworzenia par elektronpozyton The rest mass energy of the electron is MeV, so for photon energy above 1.022MeV, pair production is possible. For photon energies far above this threshold, pair production becomes the dominant mode for the interaction of x-rays and gammarays with matter.

38 Układy pomiarowe Obrazy dyfrakcyjne w metodzie obracanego kryształu

39 Układy pomiarowe Metoda kołysanego kryształu

40 Układy pomiarowe Goniometr czterokołowy - geometria Eulera

41 Układy pomiarowe Geometria Eulera Geometria kappa

42 Układy pomiarowe Dyfraktometr 4-kołowy

43 Układy pomiarowe Dyfraktometr wyposażony w detektor CCD

44 Układy pomiarowe (poli.)

45 Układy pomiarowe

46 Układy pomiarowe Dyfraktometr 2-ko2 kołowy owy do badań materiałów w polikrystalicznych

47 Linki Centre Interdepartemental de Microscopie Electronique O periodyczności kryształów