Метод Лауэ

Для жесткого (с малой длиной волны) рентгеновского излучения удобнее использовать метод Лауэ, где наблюдается дифракционная картина, образованная излучением, прошедшим через кристалл. При взаимодействии с рентгеновским излучением кристалл действует как трёхмерная дифракционная решётка, формирующая на фотопластинке за неподвижным кристаллом спектр рентгеновского излучения в виде отдельных точек, расположенных вокруг центрального пятна (рис. 2.3).

Открытое в 1912 фон Лауэ с сотрудниками явление дифракции рентгеновского излучения на кристаллах используется для рентгеноструктурного анализа веществ. Дифракционная картинка возникает в результате интерференции волн, рассеянных отдельными атомами кристалла. Основной вклад в рассеяние дают вынужденные колебания электронов внутренних оболочек атомов, возбуждаемые электрическим полем рентгеновского излучения. Рассеивающая способность атома определяется его электронной плотностью и растёт с увеличением порядкового номера (зарядового числа) элемента (если длина волны меньше размера препятствия, то она отражается, если бльше – огибает, если размеры сравнимы - взаимодействует).

Рис. 2.3 Метод Лауэ.

1 – первичное рентгеновское излучение, 2 - диафрагмы, 3 – кристалл, 4 – фотопластинка.

Каждому пятну на лауэграмме (кроме центрального) соответствует определённая длина волны. В случае кубической кристаллической решётки при дифракции на системе плоскопараллельных атомных плоскостей, определяемых миллеровскими индексами () длина волны максимума

, (2.7)

где - направляющие косинусы углов для падающего рентгеновского луча относительно выбранной системы атомных плоскостей (рис. 2.4).

Рис. 2.4 Дифракция на системе плоскопараллельных атомных плоскостей в случае кубической кристаллической решётки

Как и в случае метода Брэгга, из сплошного спектра падающего излучения кристалл сам выбирает длину волны , необходимую для выполнения условия (2.7).

Если в методе Лауэ использовать мягкое (длинноволновое) рентгеновское излучение, то решающую роль будет играть поглощение и на так называемых адсорбционых рентгенограммах регистрируется «теневое» изображение поглощающего объектива. На рентгеновских снимках кости человека почти всегда темнее, поскольку они поглощают рентгеновское излучение сильнее, чем прилегающие ткани, благодаря большому содержанию металлов.

В проекционном рентгеновском микроскопе используется теневая проекция объекта, полученная с помощью расходящегося пучка рентгеновских лучей. Он состоит из рентгеновского источника с микрофокусом , камеры для размещения исследуемого объекта и регистрирующего устройства. Увеличение определяется отношением расстояния от объекта до детектора к расстоянию от источника до объекта. Контраст в изображении возникает благодаря различию в поглощении рентгеновского излучения отдельными участками объекта и оpпределяет чувствительность теневого рентгеновского микроскопа. В качестве детекторов используются фотоплёнка и электронно-оптические преобразователи.

Получение совершенных кристаллов кремния и германия позволило создать рентгеновские интерферометры. В трехкристальном интерферометре один кристалл расщепляет падающее рентгеновское излучение на две когерентные волны. Второй кристалл отражает одну из этих волн в направлении области интерференции. Третий кристалл необходим для преобразования полученной интерференционной картины атомного масштаба (расстояние между интерференционными полосами ) в распределение интенсивности макроскопического масштаба, уменьшая угол между интерферирующими волнами.

Метод рентгеновской томографии даёт возможность реконструировать объёмное распределение физических характеристик изучаемого объекта. Объект рассматривается как совокупность большого числа параллельных сечений. Источник и детектор рентгеновского излучения последовательно переходит от одного поперечного сечения к другому, выполняя для каждого сечения серию измерений. При измерении источник и детектор находятся в противоположных точках периметра сечения, перемещаясь по всему периметру. Для каждого положения выполняются два измерения: в отсутствии объекта, при наличии объекта. По полученным парам значений интенсивности проводится компьютерная реконструкция трёхмерного распределения исследуемой физической характеристики объекта.