การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์และนิวตรอน
เนื่องจากความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์และนิวตรอนมีขนาดใกล้เคียงกับระยะห่างระหว่างอะตอม รังสีเหล่านี้จึงเกิดการกระเจิงแบบมีสหสัมพันธ์จากระนาบผลึก และรูปแบบการเลี้ยวเบนที่เกิดขึ้นจะเผยให้เห็นตำแหน่งของอะตอมในโครงสร้างผลึก
Definition
การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์และนิวตรอนเป็นเทคนิคที่ใช้ในการกำหนดโครงสร้างผลึกโดยการวัดทิศทางและความเข้มของรังสีที่กระเจิงอย่างมีสหสัมพันธ์จากโครงสร้างอะตอมที่เป็นคาบ การแทรกสอดแบบเสริมกันจะเกิดขึ้นเมื่อเงื่อนไขของแบรกก์ หรือเทียบเท่าคือเงื่อนไขของลาวเอ เชื่อมโยงเวกเตอร์การกระเจิงเข้ากับเวกเตอร์โครงข่ายผกผัน
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์และนิวตรอนโดยผลึก: กฎการสะท้อนของแบรกก์และเงื่อนไขของลาวเอที่เทียบเท่ากัน, โครงสร้างและแฟกเตอร์รูปร่างอะตอมที่กำหนดความเข้มของยอด, การสร้างทรงกลมของอีวาลด์, และข้อมูลเสริมจากการกระเจิงของรังสีเอกซ์ (ไวต่อความหนาแน่นของอิเล็กตรอน) และการกระเจิงของนิวตรอน (ไวต่อนิวเคลียสและโมเมนต์แม่เหล็ก) โดยเชื่อมโยงเรขาคณิตของโครงข่ายผกผันของหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดโครงสร้างด้วยการทดลอง ในขณะที่รายละเอียดของเครื่องมือจะถูกกล่าวถึงในสาขาประยุกต์
Core questions
- เหตุใดความยาวคลื่นที่ใช้ในการตรวจสอบจึงต้องใกล้เคียงกับระยะห่างระหว่างอะตอมเพื่อให้เกิดการเลี้ยวเบน?
- กฎการสะท้อนของแบรกก์และเงื่อนไขของลาวเอเป็นคำกล่าวที่เทียบเท่ากันทางฟิสิกส์ได้อย่างไร?
- อะไรเป็นตัวกำหนดความเข้มของยอดการเลี้ยวเบน และแฟกเตอร์โครงสร้างคืออะไร?
- การกระเจิงของรังสีเอกซ์และนิวตรอนให้ข้อมูลเสริมเกี่ยวกับอิเล็กตรอน นิวเคลียส และสปินได้อย่างไร?
Key concepts
- กฎของแบรกก์และเงื่อนไขของลาวเอ
- แฟกเตอร์โครงสร้างและแฟกเตอร์รูปร่างอะตอม
- การสร้างทรงกลมของอีวาลด์
- การกระเจิงของรังสีเอกซ์จากความหนาแน่นของอิเล็กตรอน
- การกระเจิงของนิวตรอนจากนิวเคลียสและอันดับแม่เหล็ก
Key theories
- กฎการเลี้ยวเบนของแบรกก์
- ดับเบิลยู. แอล. แบรกก์จำลองการเลี้ยวเบนเป็นการสะท้อนจากระนาบโครงข่ายขนาน โดยมีการแทรกสอดแบบเสริมกันเมื่อความแตกต่างของเส้นทางเท่ากับจำนวนเต็มของความยาวคลื่น ซึ่งให้เงื่อนไขง่ายๆ ที่เป็นพื้นฐานของการกำหนดโครงสร้างผลึก
Clinical relevance
การเลี้ยวเบนเป็นวิธีการหลักในการกำหนดโครงสร้างอะตอมของวัสดุและชีวโมเลกุล; การศึกษาผลึกด้วยรังสีเอกซ์ได้กำหนดโครงสร้างของ DNA, โปรตีน และสารประกอบจำนวนมาก ในขณะที่การเลี้ยวเบนของนิวตรอนสามารถระบุตำแหน่งของอะตอมเบาได้อย่างเป็นเอกลักษณ์และสามารถไขโครงสร้างแม่เหล็กได้
History
การสังเกตการณ์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์จากผลึกของฟอน ลาวเอในปี 1912 ได้พิสูจน์ทั้งลักษณะความเป็นคลื่นของรังสีเอกซ์และลักษณะโครงข่ายของผลึก; การกำหนดกฎการสะท้อนของแบรกก์ในปี 1913 ทำให้วิธีการนี้สามารถวัดปริมาณได้ และการเลี้ยวเบนของนิวตรอนก็เกิดขึ้นเมื่อมีแหล่งกำเนิดเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในช่วงทศวรรษ 1940
Key figures
- Max von Laue
- William Lawrence Bragg
- William Henry Bragg
Related topics
Seminal works
- bragg1913
- ashcroft1976
Frequently asked questions
- เหตุใดจึงใช้รังสีเอกซ์ ไม่ใช่แสงที่มองเห็นได้ ในการถ่ายภาพผลึก?
- การเลี้ยวเบนต้องใช้ความยาวคลื่นที่เทียบเท่ากับระยะห่างที่ต้องการแยกแยะ; ระยะห่างระหว่างอะตอมประมาณหนึ่งอังสตรอม ซึ่งตรงกับรังสีเอกซ์และนิวตรอนความร้อน แต่เล็กกว่าความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นได้หลายพันเท่า
- เมื่อใดที่ควรใช้การเลี้ยวเบนของนิวตรอนแทนรังสีเอกซ์?
- นิวตรอนกระเจิงจากนิวเคลียสมากกว่าอิเล็กตรอน ดังนั้นจึงสามารถตรวจจับอะตอมเบาอย่างไฮโดรเจนได้ดี และไวต่อโมเมนต์แม่เหล็ก ทำให้เหมาะสำหรับการระบุตำแหน่งธาตุเบาและการสร้างแผนที่โครงสร้างแม่เหล็กที่รังสีเอกซ์ส่วนใหญ่ไม่สามารถทำได้