एक्स-रे और न्यूट्रॉन विवर्तन

चूंकि उनकी तरंग दैर्ध्य अंतरपरमाण्विक दूरियों से मेल खाती है, एक्स-रे और न्यूट्रॉन क्रिस्टल तलों से सुसंगत रूप से बिखरते हैं, और परिणामी विवर्तन पैटर्न जाली में परमाणु स्थितियों को प्रकट करते हैं।

Definition

एक्स-रे और न्यूट्रॉन विवर्तन ऐसी तकनीकें हैं जो आवधिक परमाणु सरणी से सुसंगत रूप से बिखरे हुए विकिरण की दिशाओं और तीव्रताओं को मापकर क्रिस्टल संरचना का निर्धारण करती हैं; रचनात्मक हस्तक्षेप तब होता है जब ब्रैग या, समतुल्य रूप से, लाउ स्थिति प्रकीर्णन वेक्टर को एक व्युत्क्रम जाली वेक्टर से संबंधित करती है।

Scope

यह विषय क्रिस्टल द्वारा एक्स-रे और न्यूट्रॉन के विवर्तन को शामिल करता है: ब्रैग परावर्तन नियम और समतुल्य लाउ स्थिति, संरचना और परमाणु रूप कारक जो शिखर की तीव्रता निर्धारित करते हैं, इवाल्ड-स्फीयर निर्माण, और एक्स-रे प्रकीर्णन (इलेक्ट्रॉन घनत्व के प्रति संवेदनशील) और न्यूट्रॉन प्रकीर्णन (नाभिक और चुंबकीय क्षणों के प्रति संवेदनशील) से पूरक जानकारी। यह संरचना के प्रायोगिक निर्धारण के लिए सहोदर विषयों की व्युत्क्रम-जाली ज्यामिति को जोड़ता है, जबकि विस्तृत उपकरण को अनुप्रयुक्त क्षेत्रों के लिए छोड़ देता है।

Core questions

• विवर्तन होने के लिए जांच तरंग दैर्ध्य अंतरपरमाण्विक दूरी के तुलनीय क्यों होनी चाहिए?
• ब्रैग परावर्तन नियम और लाउ स्थिति एक ही भौतिकी के समतुल्य कथन कैसे हैं?
• विवर्तन शिखर की तीव्रता क्या निर्धारित करती है, और संरचना कारक क्या है?
• एक्स-रे और न्यूट्रॉन प्रकीर्णन इलेक्ट्रॉनों, नाभिकों और स्पिनों के बारे में पूरक जानकारी कैसे प्रदान करते हैं?

Key concepts

• ब्रैग नियम और लाउ स्थिति
• संरचना कारक और परमाणु रूप कारक
• इवाल्ड स्फीयर निर्माण
• इलेक्ट्रॉन घनत्व से एक्स-रे प्रकीर्णन
• नाभिक और चुंबकीय क्रम से न्यूट्रॉन प्रकीर्णन

Key theories

ब्रैग का विवर्तन नियम

डब्ल्यू. एल. ब्रैग ने विवर्तन को समानांतर जाली तलों से परावर्तन के रूप में प्रतिरूपित किया, जिसमें रचनात्मक हस्तक्षेप तब होता है जब पथ अंतर तरंग दैर्ध्य की एक पूर्णांक संख्या के बराबर होता है, जो क्रिस्टल संरचना निर्धारण को रेखांकित करने वाली सरल स्थिति देता है।

Clinical relevance

विवर्तन सामग्री और बायोमोलेक्यूल्स की परमाणु संरचना निर्धारित करने की प्राथमिक विधि है; एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी ने डीएनए, प्रोटीन और अनगिनत यौगिकों की संरचनाओं को स्थापित किया, जबकि न्यूट्रॉन विवर्तन विशिष्ट रूप से हल्के परमाणुओं का पता लगाता है और चुंबकीय संरचनाओं को हल करता है।

History

वॉन लाउ के 1912 के क्रिस्टल से एक्स-रे विवर्तन के अवलोकन ने एक्स-रे की तरंग प्रकृति और क्रिस्टल की जाली प्रकृति दोनों को साबित किया; ब्रैग्स के 1913 में परावर्तन नियम के सूत्रीकरण ने विधि को मात्रात्मक बनाया, और न्यूट्रॉन विवर्तन तब आया जब 1940 के दशक में रिएक्टर स्रोत उपलब्ध हो गए।

Key figures

• Max von Laue
• William Lawrence Bragg
• William Henry Bragg

Seminal works

• bragg1913
• ashcroft1976

Frequently asked questions

क्रिस्टल की इमेजिंग के लिए दृश्य प्रकाश के बजाय एक्स-रे का उपयोग क्यों किया जाता है?

विवर्तन के लिए हल की जा रही दूरी के तुलनीय तरंग दैर्ध्य की आवश्यकता होती है; अंतरपरमाण्विक दूरियां लगभग एक एंगस्ट्रॉम होती हैं, जो एक्स-रे और थर्मल न्यूट्रॉन से मेल खाती हैं लेकिन दृश्य-प्रकाश तरंग दैर्ध्य की तुलना में हजारों गुना छोटी होती हैं।

न्यूट्रॉन विवर्तन को एक्स-रे पर कब प्राथमिकता दी जाती है?

न्यूट्रॉन इलेक्ट्रॉनों के बजाय नाभिकों से बिखरते हैं, इसलिए वे हाइड्रोजन जैसे हल्के परमाणुओं का अच्छी तरह से पता लगाते हैं और चुंबकीय क्षणों के प्रति संवेदनशील होते हैं, जिससे वे हल्के तत्वों का पता लगाने और चुंबकीय संरचनाओं का मानचित्रण करने के लिए आदर्श बन जाते हैं जिन्हें एक्स-रे बड़े पैमाने पर छोड़ देते हैं।