Zkladn charakteristiky rtg zen Formulovny W C Rntgenem

Základní charakteristiky rtg. záření Formulovány W. C. Röntgenem v roce 1896 u “Paprsky X” jsou elektromagnetické vlny u ve vakuu se šíří rychlostí světla u vektory elektrického pole E a magnetického pole H jsou vzájemně ortogonální a navíc ortogonální ke směru šíření záření; oba vektory jsou sinovou funkcí času u vlnové délky rtg. záření leží mezi UV zářením a g-zářením emitovaným radioaktivními substancemi (0. 4 -2. 5Å) u index lomu je pro rtg. záření velmi blízký jedné, n» 0. 99995 u rtg. záření se nedá fokusovat, nelze použít přímé pozorování, ale pouze pozorování v “reciprokém prostoru” 1

Historie rentgenové difrakce u u u u 1895: W. C. Röntgen – objev paprsků X (Nobelova cena 1901) 1914: Max von Laue – objev difrakce rtg záření na krystalech 1915: W. H. Bragg, W. L. Bragg – analýza krystalové struktury látek pomocí záření X 1917: C. G. Barkla – objev charakteristického rtg. záření prvků 1924: K. M. G. Siegbahn – výzkumy ve spektroskopii záření X 1962: J. C. Kendrew, M. F. Perutz – struktura myoglobinu a hemoglobinu 1962: J. D. Watson, F. H. C. Crick, M. F. H. Wilkins – struktura DNA 2

Historie rentgenové difrakce u u 1964: D. Crowfood-Hodkinová – struktura cholesterolu a vitamínu B 12 1984: J. Hauptman – přímé metody řešení struktur penicilinu, 3

Interakce rtg. záření s hmotou u Foton je vychýlen ze své dráhy bez změny energie (rozptýlené či difraktované záření - scattered or diffracted radiation); vlnová délka elasticky rozptýlených fotonů je stejná s vlnovou délkou před interakcí - Thomsonův rozptyl u Foton ztratí při rozptylu část energie; vlnová délka neelasticky rozptýlených fotonů je větší než vlnová délka fotonů před interakcí - Comptonův rozptyl 4

Interakce rtg. záření s hmotou u Foton je absorbován atomem; energie původního fotonu zvýší teplotu vzorku u Při absorpci fotonu dochází rovněž k fotoelektrickému jevu (patrný nespojitostmi na křivce absorpce); dopadající foton vyrazí elektron z vnitřní hladiny atomu; vyražený elektron při návratu vyzáří foton s charakteristickou vlnovou délkou - rtg. fluorescence 5

Teorie difrakce Kinematická u u Difrakční a absorpční efekty jsou vyšetřovány odděleně Difrakční efekty jsou popisovány jako interference rozptýleného záření Zanedbává se interference vícenásobně rozptýleného záření Velmi dobrá aproximace pro nedokonalé (porušené) krystaly o malých rozměrech Dynamická u u Difrakční a absorpční efekty jsou vyšetřovány současně Difrakční efekty jsou popsány řešením Maxwellových rovnic v prostředí s periodicky se měnící komplexní permitivitou Uvažuje se interference vícenásobně rozptýleného záření Dobře popisuje difrakci na dokonalých krystalech 6

Absorpce záření v materiálu I 0 m, l I 7

Thomsonův rozptyl (na volných elektronech) Rovinná vlna Kulová vlna 8

Thomsonův rozptyl (na volných elektronech) Rovinná vlna: Pohybová rovnice: Řešení: Amplituda dipólu: Elektrické pole kmitajícího dipólu ve vzdálenosti R: j - úhel mezi r a R 9 Aproximace vhodná pro lehké atomy

Rozptyl na vázaných elektronech (s vlastní frekvencí a tlumením) 10

Rozptyl na volných elektronech (bez vlastní frekvence a tlumení) Thomsonův rozptyl s fázovým posuvem p 11

Fázový úhel Pro malá G a w 0 a=0 Pro G >> mw 2 a=p Pro G ~ mw 2 absorpční hrana a p/2 Fázový úhel elektrického pole rozptýleného záření je posunut o p Volné elektrony Vázané elektrony a = -p a=0 THOMSON RAYLEIGH 12

Anomální absorpce a disperze 13

Comptonův rozptyl Zachování energie Zachování momentu hybnosti Vlnová délka větší než dopadající záření 14