Рассеяние электромагнитных волн атомо

Атом давно перестал быть неделимым. После открытия естественной радиоактивности, катодных лучей и электронов были предложены первые модели строения атомов. Согласно модели первооткрывателя электрона Томсона (1904) атом представляет собой сферу положительного электричества одинаковой плотности пО всему объему диаметром порядка 0,1 нм. Электроны как бы плавают в этой сфере, нейтрализуя положительный заряд. Колебательное движение электронов возбуждает в пространстве электромагнитные волны. Экспериментальную проверку этих наглядных представлений предпринял английский физик Эрнест Резерфорд в-своих знаменитых опытах по рассеянию а-частиц (ядра атома гелия). Схема установки Резерфорда (1907) приведена на рис. 8. Радиоактивный препарат Р излучает а-частицы ( снаряды ) в виде узкого пучка, на пути движения которого ставится тонкая золотая фольга Ф. Регистрация а-частиц, прошедших через фольгу, производится микроскопом М на люминесцирующем экране Э по вспышке световых точек сцинтилляция). Если модель атома Томсона верна, а-частицы не могут пройти даже через очень тонкую фоль- [c.31]

Рассеяние электромагнитных волн атомом [c.75]

Рентгенография дает прямую информацию о расположении атомов в молекулах и кристаллах. Рентгеновские лучи, т. е. электромагнитные волны с длиной порядка 0,1 нм, рассеиваются иа электронных оболочках атомов. Интерференция волн, рассеянных веществом, приводит к возникновению дифракционной картины. При рассеянии иа кристалле можно рассматривать дифракцию как отражение рентгеновских лучей плоскостями кристаллической решетки (рис. 5.1). Дифракция наблюдается, если рассеянные волны находятся в фазе, т. е. разность хода равна целому числу п волн. Если расстояние между кристаллическими плоскостями равно (1, то условие дифракции (отражения) дается формулой Брэгга — Вульфа [c.130]

В случае реального кристалла также наблюдаются акустические и оптические ветви графика зависимости со( ). Причем для трехмерного кристалла наблюдаются три акустические ветви (соответствующие двум поперечным и одной продольной волнам) и разное число оптических ветвей. Схема расчета этих функций может быть близкой к рассмотренной для одномерного случая (в случае сложных кристаллов расчет o(i f) возможен только численными методами), однако ситуацию значительно усложняет неизвестность (или большая погрешность) набора силовых постоянных С. Экспериментальное определение (о д) возможно методами неупругого рассеяния на разные углы нейтронов или атомов веществом (см. подразд. 7.5), но разрешение этих методов недостаточно высокое. Методы рассеяния электромагнитных волн, обладая значительно большей разрешающей способностью, не позволяют наблюдать некоторые типы колебаний ( работают правила отбора). Кроме того, обычно применяемая для анализа колебательных состояний спектроскопия комбинационного рассеяния при использовании света видимой области позволяет наблюдать только ( )(д = 0) из-за малости импульса светового кванта. [c.95]

Однако на сегодня ее нет. Тем не менее (в который уже раз приходится повторять эти оптимистические слова ) положение не безвыходно изображения атомов и молекул в и КС-лучах получают давным-давно. Как это делается — будет рассказано в свое время, когда читатель окончательно убедится, что методы исследования сильны именно своим многообразием, бесконечным спектром открываемых ими возможностей. Да, кстати, и получит представление о реальном механизме далеко не простых, хотя и общеизвестных явлений, которые называются отражением и рассеянием электромагнитных волн. [c.78]

Под действием электромагнитного поля рентгеновских лучей электроны атомов, входящих в кристаллическую решетку вещества, начинают колебаться. Частота вынужденных колебаний электронов будет равна частоте электромагнитного поля первичного пучка рентгеновских лучей. Колеблющийся атом становится источником электромагнитных волн, распространяющихся от него во все стороны с частотой, равной частоте первичного луча. Расположение атомов в любой кристаллической решетке закономерно и расстояния между ними в данном направлении одинаковы, поэтому лучи, рассеянные отдельными атомами, будут интерферировать между собой. Интенсивность их в одних направлениях будет получаться значительно больше, чем в других. Следовательно, для рентгеновских лучей кристалл является трехмерной дифракционной решеткой, [c.111]

Описанные основы структурного анализа кристаллов, его математический аппарат и частные методические схемы исследований, вообще говоря, одинаково применимы как в рентгеноструктурном (РСА), так и в электронографическом (ЭСА) и нейтронографическом (НСА) структурном анализе. Все три метода основаны на одном общем эффекте — дифракции волн, пропускаемых через кристалл,— и различаются лишь сущностью тех элементарных актов рассеяния, из которых складывается дифракция. Рентгеновские лучи рассеиваются электронами атомов (ядра атомов в этом рассеянии практически не участвуют). Поток электронов рассеивается в электромагнитном поле атомов, т. е. на электростатическом потенциале, создаваемом ядрами и электронами атомов. Поток нейтронов рассеивается только ядрами атомов. [c.125]

Рентгенографические, электронографические и нейтронографические исследования атомной и молекулярной структур жидкостей и аморфных тел основываются на анализе углового распределения интенсивности рассеянного рентгеновского излучения, электронов и нейтронов. Рассеяние веществом этих трех видов излучений не одинаково, что объясняется различием их физической природы. Рентгеновское излучение рассеивается электронами атомов и молекул. Процесс рассеяния не характерен обычному отражению или преломлению. Рентгеновское излучение, взаимодействуя с электронами, приводит их в колебательное движение. Колеблясь с той же частотой, что и электрический вектор первичной электромагнитной волны, электроны порождают вторичное электромагнитное излучение, распространяющееся во всех направлениях. Интенсивность рассеянного излучения, фиксируемая в некоторой точке, пропорциональна электронной плотности атомов и молекул. [c.26]

Когда луч света проходит через жидкость или газ, небольшая его часть рассеивается. Идеальное кристаллическое твердое тело не рассеивает излучение, так как излучение, рассеянное единичным кристаллом, будет исчезать в результате интерференции с излучением, рассеянным другим единичным кристаллом. Механизм рассеяния света включает поляризацию молекул или атомов электрическим полем. При этом электрическое поле излучения индуцирует в атомах или молекулах быстро флуктуирующий диполь. Как говорится в разд. 20.13, флуктуация диполя ведет к испусканию электромагнитных волн в различных направлениях при той же частоте, что и у падающего света, — это рассеянное излучение. Такое рассеяние, называемое рэлеевским, можно рассматривать как упругое рассеяние фотона молекулой. [c.477]

Рентгеновское и нейтронное рассеяние. Методы рентгепострук-турного и нейтроноструктурного анализа представляют собой дифракционные методы. Рентгеновские лучи — это электромагнитные волны большой энергии. Длины волн пх лежат в интервале от 0,05 до 0,20 нм. Нейтроны — незаряженные микрочастицы, обладаюплие массой покоя. Для пучков нейтронов соответствующие им длины волн лежат в пределах 0,1 —1,0 нм. Рентгеновское излучение рассеивается электронами атомов и молекул. Интенсивность рассеянного излучения фиксируется каким-либо способом и характеризует электронную плотность. Рассеяние рентгеновских лучей на ядрах оказывается пренебрежимо малым. В свою очередь, нейтроны рассеиваются ядрами атомов. При этом упругое рассеяние медленных нейтронов позволяет изучать атомную структуру вещества, а неупругое используется для изучения динамики частиц. Механизмы рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов похожи. [c.101]

Электромагнитная волна индуцирует в атоме, молекуле или ионе периодический электрический диполь, так как электрический вектор падающего излучения стремится сдвинуть электроны от их положения равновесия относительно ядра. Энергия, связанная с электрической поляризацией, немедленно высвобождается, если частота падающего излучения не является характеристической частотой, которая поглощается частицей. Это вторичное излучение частицы интерферирует с падающим излучением подобная интерференция является основой таких явлений, как отражение, преломление и рассеяние света. [c.220]

Рассматривая в предыдущих разделах связь между расположением атомов в кристалле и интенсивностью дифракционных лучей, мы существенно упрощали задачу. Предполагалось, что электромагнитные волны первичного пучка, воздействующие на различные атомы кристалла, обладают одинаковой амплитудой независимо от глубины расположения этих атомов. Между тем это неверно все известные нам процессы взаимодействия рентгеновских лучей с веществом — поглощение, когерентное и некогерентное рассеяние — приводят к постепенной потере энергии первичного пучка лучей, т. е. к уменьшению амплитуды их волн. [c.61]

Ф. Лауэ, А. Вульф и У. Брегг показали, что близость длины волны рентгеновского излучения к межатомному расстоянию большинства кристаллов дает возможность измерить межплоскостные расстояния в кристаллах, если известны углы падения лучей, отвечающие усилению интенсивности отраженного луча. Опыт Брегга заключается в том, что на поверхность кристалла изучаемого вещества направляют монохроматическое рентгеновское излучение под определенным углом. Электромагнитные волны луча взаимодействуют с электронами, входящими в состав атомов кристалла. В результате происходит рассеяние и отражение рентгеновского [c.225]

Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные колебания, длина волны которых (10 —м) сравнима с линейными размерами атомов. Открытие рентгеновских лучей принадлежит В. Рентгену (1895), а их волновая природа была установлена спустя 17 лет М. Лауэ совместно с В. Фридрихом н П. Книппингом, которые обнаружили дифракцию (рассеяние) рентгеновских лучей на кристаллах. [c.113]

К группе когезионных свойств. Затем выявляется электрическая природа когезионных свойств и устанавливается функциональная зависимость последних от электрических свойств. Об электрических свойствах молекул судят иа основании различных видов взаимодействия между электричеством и веществом. Поведение веи ества в постоянном электрическом поле характеризуется диэлектрической постоянной. Взаимодействие вещества с переменным электромагнитным полем выражается лучепреломлением (рефракцией), рассеянием (дисперсией) и поглощением электромагнитных волн. Сочетание постоянного поля с переменным проявляется в эффекте Керра. Для теоретического истолкования этих явлений необходимо знание современных теорий строения атомов и молекул, вплоть до квантовой механики. По сравнению с этими явлениями, требующими наиболее полного рассмотрения, оказываются на втором плане те свойства веществ, которые требуют теоретического рассмотрения еще и в другом направлении. К этим свойствам относятся вращение плоскости поляризации, к количественному изучению которого только приступают, и поведение органических веществ в магнитном поле. Последнее, правда, в отдельных случаях позволяет прийти к ценным выводам о характере связи атомов и, в частности, позволяет решить вопрос, относится ли данное соединение к свободным радикалам или нет. Кроме того, лишь кратко могут быть рассмотрены и те свойства, для которых имеется еще мало опытного материала, как например для удельной теплоемкости органических соединений (стр. 24). [c.35]

Под действием рентгеновского луча электроны совершают вынужденные колебания и вследствие этого сами становятся источниками электромагнитных колебаний той же частоты. Принимают, что атом дает сферические волны. Интенсивность рассеяния атомом тем больше, чем больше в нем электронов, т. е. чем больше атомный номер элемента 2. Однако рассеивающая способность атома зависит также и от угла рассеяния. [c.31]

Рассеяние рентгеновских лучей. Вещество, которое подвергается действию рентгеновского излучения, испускает вторичное излучение, длина волны которого либо равна длине волны падающих лучей (когерентное рассеяние), либо незначительно отличается. При рассеянии без изменения длины волны переменное электромагнитное поле, создаваемое пучком рентгеновских лучей, вызывает колебательное движение электронов облучаемого вещества, и они становятся источниками когерентного излучения. Ввиду когерентности лучи, рассеиваемые различными атомами, могут интерферировать. Расстояния же между атомными плоскостями в кристаллах сравнимы с длинами волн рентгеновских лучей. Кристалл служит дифракционной решеткой для рентгеновских лучей. [c.8]

Теория связывает значения Р с рядом факторов во-первых, с рассеянием рентгеновских лучей электронными оболочками атомов — рассеяние прямо пропорционально зависит от числа электронов в атоме и от угла падения 0 во-вторых, с координатами атомов в элементарной ячейке в третьих, с индексами Л, к, I. Интенсивность рентгеновского рефлекса пропорциональна квадрату амплитуды отраженной волны. Вклад, вносимый каждым атомом в значение рассчитывается по специальным формулам, выведенным с помощью классической электромагнитной теории. [c.72]

В трактовке дифракции рентгеновских лучей кристаллами белка н его изоморфных производных предполагается, что принадлежащие атомам электроны являются свободными и в таком состоянии приводятся в вынужденные колебания с частотой со, равной частоте первичного рентгеновского излучения Амплитуда нормального, упругого рассеяния [/°(0)] зависит от брэгговского угла (0), определяющего направление в пространстве дифрагированного луча, но не зависит от длины волны (X). В общем случае это предположение некорректно, поскольку электроны в атомах не являются свободными, а взаимодействуют, особенно эффективно на внутренних К- и -орбиталях, с ядром и друг с другом. В классической теории рассеивающие атомные центры рассматриваются наборами дипольных осцилляторов, имеющих собственные частоты колебаний (0)5), которые равны частотам поглощаемого атомом электромагнитного излучения. Когда частота падающей волны значительно отличается от частот собственных колебаний электронов (о) > 0) или ш a)J), интенсивность дифрагированного луча практически полностью определяется нормальным рассеянием, и поэтому поглощением обычно пренебрегают, т.е. считают 0)5 = 0. Однако если частота рентгеновского излучения становится сопоставимой с частотами собственных колебаний электронов (со со ), возникает резонанс, изменяющий амплитуду и фазу рассеяния. Имеет место аномальное рассеяние. [c.157]

Пока речь шла о рентгеновских лучах, мы могли представлять молекулу как совокупность отдельных атомов, которые являются сферически-симметричными рассеивающими центрами. В случае света такое представление, строго говоря, неверно. Кроме того, мы в значительной степени игнорировали тот факт, что молекулы неизбежно отличаются от своего окружения (обладают определенным контрастом на фоне растворителя). Для рассеяния света зто обстоятельство становится важным. Однако наиболее существенные результаты представление рассеяния в виде преобразования Фурье и интерференционные эффекты, определяемые парами атомов, — полностью сохраняются, какое бы излучение ни использовалось. На самом деле совсем не обязательно, чтобы это было электромагнитное излучение. Частицы, подобные электронам и нейтронам, обладают свойствами поперечных волн, у которых длина волны зависит от энергии частицы. Таким образом, рассеяние и дифракцию электронов и нейтронов также можно описать ранее полученными уравнениями, внеся в них лишь небольшие изменения. В случае электронов и нейтронов атомные рассеивающие факторы должны быть заменены иными характеристиками взаимодействия излучения с веществом. [c.428]

Если рассмотреть рассеяние пучка рентгеновских лучей от системы ионов цезия, находящихся в одной плоскости, то в соответствии с общими положениями оптики можно убедиться, что совпадение по фазе во фронте рассеянной волны будет лишь в случае, если оно наблюдается в направлении под углом, равным углу падения исходного пучка на плоскость. Иными словами, интенсивное рассеяние от каждой плоскости по отдельности происходит лишь под углом, соответствующим отраженной электромагнитной волне. Действительно (рис. 69), нетрудно видеть, что две волны, находящиеся в фазе во фронте падающей волны и рассеянные соответственно атомами А и В, расположенными на расстоянии d друг от друга, пройдут разное расстояние до точки формирования фронта рассеянной волны, а именно osб для волны, рассеянной атомом А, и d ose для волны, рассеянной атомом В. При несовпадении угла падения 0 и угла рассеяния 0 волны будут смещены по фазе, и так как рассеянный пучок формируется из огромного числа рассеянных волн с самыми разнообразными сдвигами по фазе, то будут наблюдаться интерференция и гашение рассеянных волн во всех направлениях, не соответствующих углу отражения. [c.183]

Рассмотрим сферический объем радиуса Я, заполненный некоторым веществом так, что в нем содержится N атомов или молекул. Будем считать каждый атом за центр рассеяния падающих электромагнитных волн. Тогда суперпозиция всех рассеянных волн на удаленном экране, усредненная по всему объему рассеивающей частицы, определит характер распределения интенсивности на экране. Если мы ограничим свое поле зрения только малыми углами рассеяния, тогда окажется что вблизи от первичного неотклоненного пучка лучей интенсивность рассеянного излучения определится следующим выражением [c.43]

Законы излучения чёрного тела. Под излучением мы будем понимать в этой главе, с одной стороны, процесс испускания различными телами электромагнитных волн, с другой, — явление распространения этих волн в среде. Во втором случае мы будем применять наравне со словом излучение также слово радиация, особенно, когда применение термина излучение к обоим процессам могло бы повредить ясности изложетптя. Весь ко мплекс явлений, сопровождающих электромагнитное излучение, заставляет рассматривать это явление, с одной стороны, как распространение электромагнитных волн, с другой стороны, как распространение особых частиц — световых квантов или фотонов. В этих элементарных частицах как бы сосредоточена вся энергия излучения в строго определённых количествах, или квантах. Каждый фотон всегда несёт с собой энергию, равную /гм, где V — частота колебаний в соответствующей электромагнитной волне, а /г — постоянная Планка, имеющая размерность действия (т. е. произведеция энергии на время) и равная 6,54 10 + + 0,5% эрг сек ). При взаимодействии с атомами и молекулами или электронами фотоны либо целиком поглощаются с переходом энергий излучения в другие виды энергии (поглощение света твёрдыми телами, фотононизация газов в объёме, внещний фотоэффект и т. д.), либо отдают лишь часть своей энергии, продолжая двигаться всё с той же скоростью света (эффект Комптона, комбинационное рассеяние света). В этом случае изменяется лищь частота V соответствующих фотону электромагнитных волн. Импульс фотона равен . [c.313]

На самом же деле дифракция рентгеновских лучей происходит на атомах. Рентгеновские лучи, пепадая на атом, приводят в колебания электроны атома. А так как всякое колебательное движение заряженной частицы сопровождается излучением электромагнитных волн во всех направлениях, с частотой, равной частоте колебания этой частицы, то происходит как бы рассеяние падающего на электрон излучения во все стороны, и интенсивность этих вторичных рентгеновских лучей, рассеянных электронами в силу законов интерференции в разных направлениях, оказывается разной. Дифракция рентгеновских лучей в кристалле является результатом когерентного, без изменения длины волны, рассеяния лучей электронами атомов кристаллической решетки. [c.68]

Все эти процессы происходят мгновенно. Электронные оболочки атомов как бы пульсируют. Поскольку при таком взаимодействии ни электронного, ни фотонного (т. е. колебательного) возбуждения кристаллической решетки не наблюдается, то и длина волны падающего излучения, естественно, ие меняется. Просто рентгеновские лучи при прохол< деини через кристалл испытывают как бы упругое рассеяние подобно тому, как резиновый мяч отскакивает от каменной стены. Импульсы квантов рентгеновского луча изменяются ие по величине, а лишь по направлению. Возникают отраже1П ые или, как их часто называют, вторичные лучи. Благодаря тому, что длина волны вторичных лучей не изменяется, в результате отражения создаются условия для их интерференции, как и любых электромагнитных волн. Именно интерференцию этих вторичных лучей принято называть дифракцией рентгеновских лучей на кристаллической решетке, а по получаюидейся дифракционной картине судят о строении вещества. [c.119]

Этот метод используется и для описания процесса распространения электромагнитных волн, и в частности рентгеновских лучей. В предыдущих главах комплексные функции не вводились, для того чтобы не затушевывать формальными математическими соотношениями физическую сущность дифракции рентгеновских лучей. В настоящей главе вопросы атомного рассеяния, рассеяния конечной совокупностью атомов и дифракции рентгеновских лучей кристаллом будут рассмотрены с новой, в математическом отношении, точки зрения, что позво-I лит вывести некоторые формулы, которые были приняты ранее без I доказательства (в частности, формулы интерференционного фактора, i температурного фактора и фактора интегральности), и ввести понятие I структурной амплитуды — одно из центральных понятий теории I рентгеноструктурного анализа. [c.81]

Б результате взаимодействия с атомом электромагнитная волна может быть частично или полностью рассеяна электронами этого атома — без изменения частоты излучения. Для волн оптического диапазона А 5000 А суперпозипия упруго рассеянных волн приводит к оптическому преломлению. Однако, если длина волны удовлетворяет условию (2.2), то можно обнаружить один или несколько дифрагированных на трехмерной дифракпионной решетке кристалла пучков в определенных, отличаюшихся от первоначального, направлениях. [c.42]

Однако в 20-е годы нашего столетия было доказано, что одно и то же явление может проявляться в одних опытах как частица, а в других —как волна. Так, наблюдение траекторий заряженных частиц в камере Вильсона как будто бы не оставляло сомнений в их природе. Однако оказалось, что электроны, нейтроны и даже атомы в известных условиях дают явления дифракции при рассеянии их пучков кристаллическим телом. Точно так же электромагнитное излучение, в волновой природе которого не было сомнений, в ряде опытов проявляло себя как поток частиц. Эта двойственность волна-частица тесно связана с законами квантовой механики. Как указывалось в гл. VIII, квантовый осциллятор имеет диск- [c.298]

Помимо того, что поглощение может сопровождаться флуоресценцией (разд. 8.3), взаимодействие рентгеновского излучения с атомами также может привести и к рассеянию, которое может быть упругим (эффект Рэлея) или неупругим (эффект Комптона). При упругом рассеянии электроны атома, вовлеченного в процесс, ускоряются падающим рентгеновским излучением и сами становятся источником излучения, имеющего такие же точно энергию и длину волны, что и падающее рентгеновское излучение. Б отличие от этого, эффект Комптона отражает корпускулярную природу электромагнитного излучения, и его можно рассматривать как столкновение между протоном и электроном, которое приводит к потере энергии и увеличению длины волны рентгеновского излучения в соответствии с законами сохранения энергии и количества движения. С счастью, неупругое рассеяние играет незначительную роль для таких длин волн, как СиКа (1,5418 А) или МоКа (0,7107 А), которые широко используются в рентгеновских экспериментах. Этот эффект, тем не менее, приводит к относительно высокому фоновому сигналу рассеяния. В процессе упругого (когерентного) рассеяния ускоренные электроны приводят к возникновению рассеянного излучения, испускаемого во всех направлениях. [c.389]

Электромагнитные излучения с длиной волны короче приблизительно 100 А называются рентгеновскими, если они образуются вне ядер атомов, или -лучами, если источником их возникновения являются ядра. Существует три основных пути, по которым происходит потеря энергии электромагнитных излучений при прохождении через вещество образование электрон-по-зитронных пар, комптоновское рассеяние и фотоэлектрическое [c.14]