X-ışını ve Nötron Kırınımı
Dalga boyları atomlararası mesafelerle eşleştiği için, X-ışınları ve nötronlar kristal düzlemlerinden koherent bir şekilde saçılır ve ortaya çıkan kırınım desenleri kafesteki atomik konumları ortaya koymaktadır.
Tanım
X-ışını ve nötron kırınımı, periyodik atomik diziden koherent bir şekilde saçılan radyasyonun yönlerini ve yoğunluklarını ölçerek kristal yapısını belirleyen tekniklerdir; yapıcı girişim, Bragg veya eşdeğer olarak Laue koşulunun saçılma vektörünü bir ters kafes vektörüyle ilişkilendirmesi durumunda meydana gelmektedir.
Kapsam
Bu konu, X-ışınlarının ve nötronların kristaller tarafından kırınımını kapsamaktadır: Bragg yansıma yasası ve eşdeğer Laue koşulu, tepe yoğunluklarını belirleyen yapı ve atomik form faktörleri, Ewald küresi konstrüksiyonu ve X-ışını saçılımından (elektron yoğunluğuna duyarlı) ve nötron saçılımından (çekirdeklere ve manyetik momentlere duyarlı) elde edilen tamamlayıcı bilgiler. Bu konu, ilgili konuların ters-kafes geometrisini deneysel yapı tayini ile ilişkilendirmekte, detaylı enstrümantasyonu ise uygulamalı alanlara bırakmaktadır.
Temel sorular
- Kırınımın meydana gelmesi için prob dalga boyu neden atomlararası mesafeyle karşılaştırılabilir olmalıdır?
- Bragg yansıma yasası ve Laue koşulu, aynı fiziğin eşdeğer ifadeleri nasıl olmaktadır?
- Bir kırınım tepesinin yoğunluğunu ne belirlemektedir ve yapı faktörü nedir?
- X-ışını ve nötron saçılımı, elektronlar, çekirdekler ve spinler hakkında nasıl tamamlayıcı bilgiler sağlamaktadır?
Anahtar kavramlar
- Bragg yasası ve Laue koşulu
- Yapı faktörü ve atomik form faktörü
- Ewald küresi konstrüksiyonu
- Elektron yoğunluğundan X-ışını saçılımı
- Çekirdeklerden ve manyetik düzenden nötron saçılımı
Temel kuramlar
- Bragg kırınım yasası
- W. L. Bragg, kırınımı paralel kafes düzlemlerinden yansıma olarak modellemiş, yol farkının dalga boylarının tam katına eşit olması durumunda yapıcı girişim meydana geldiğini belirtmiş ve kristal yapısı tayininin temelini oluşturan basit koşulu ortaya koymuştur.
Klinik önem
Kırınım, malzemelerin ve biyomoleküllerin atomik yapısını belirlemek için birincil yöntemdir; X-ışını kristalografisi DNA, proteinler ve sayısız bileşiğin yapılarını ortaya koymuşken, nötron kırınımı hafif atomları benzersiz bir şekilde konumlandırmakta ve manyetik yapıları çözümlemektedir.
Tarihçe
Von Laue'nin 1912'de bir kristalden X-ışını kırınımını gözlemlemesi, hem X-ışınlarının dalga doğasını hem de kristallerin kafes doğasını kanıtlamıştır; Bragg'lerin 1913'te yansıma yasasını formüle etmesi yöntemi nicel hale getirmiş ve nötron kırınımı ise 1940'larda reaktör kaynakları kullanılabilir hale geldikten sonra gelişmiştir.
Öne çıkan isimler
- Max von Laue
- William Lawrence Bragg
- William Henry Bragg
İlgili konular
Temel eserler
- bragg1913
- ashcroft1976
Sıkça sorulan sorular
- Kristalleri görüntülemek için neden görünür ışık değil de X-ışınları kullanılmaktadır?
- Kırınım, çözümlenecek aralığa benzer bir dalga boyu gerektirmektedir; atomlararası mesafeler yaklaşık bir angstrom olup, bu X-ışınları ve termal nötronlarla eşleşirken, görünür ışık dalga boylarından binlerce kat daha küçüktür.
- Nötron kırınımı X-ışınlarına ne zaman tercih edilmektedir?
- Nötronlar elektronlardan ziyade çekirdeklerden saçılmaktadır, bu nedenle hidrojen gibi hafif atomları iyi tespit etmekte ve manyetik momentlere duyarlı olmaktadırlar; bu da onları hafif elementleri konumlandırmak ve X-ışınlarının büyük ölçüde gözden kaçırdığı manyetik yapıları haritalamak için ideal kılmaktadır.