موضوع مقاله: پراش پرتو ایکس | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پراش پرتو ایکس | مقدمه: اشعه (پرتو) ایکس پرتو ایکس نوعی تابش الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه و پر‌انرژی است که به دلیل توانایی نفوذ به مواد، در پزشکی و مطالعه ساختار مواد به‌کار می‌رود. | ## بخش 1: پراش پرتو ایکس | این پرتوها هم خواص موجی دارند و هم خواص ذره‌ای، که به آن‌ها امکان می‌دهد تصاویر دقیق و اطلاعات ساختاری از مواد ارائه دهند. پدیده پراش پراش هنگامی رخ می‌دهد که یک موج با موانع منظمی روبرو شود که فاصله بین آن‌ها قابل مقایسه با طول موج باشد. اگر اختلاف طول مسیر موج‌ها برابر با یک ضریب صحیح از طول موج باشد، موج‌ها هم‌فاز شده و یکدیگر را تقویت می‌کنند. پراش پرتو ایکس به تغییر جهت پرتوهای ایکس به دلیل تعامل با الکترون‌های اطراف اتم‌ها پراش پرتو ایکس گفته می‌شود و به ما امکان می‌دهد تا ساختارهای اتمی و مولکولی را در جامدات بررسی کنیم. به‌طور تاریخی، بخش عمده‌ای از درک ما درباره آرایش اتم‌ها و مولکول‌ها در جامدات از پژوهش‌های پراش پرتو ایکس به دست آمده است. نقشه‌ای که از جهت‌های پرتوهای ایکس در فاصله دور به دست می‌آید، الگوی پراش نام دارد. همان‌طور که در شکل مشاهده می‌شود، امواج دارای طول موج یکسان (𝜆) هم‌فاز هستند و یکدیگر را تقویت می‌کنند. امواج سازنده و مخرب کاربرد پراش پرتو ایکس یکی از کاربردهای اصلی دستگاه‌های پراش پرتو ایکس، تعیین ساختار بلور است. اندازه و هندسه سلول واحد از موقعیت زاویه‌ای قله‌های پراش مشخص می‌شود، در حالی که آرایش اتم‌ها درون سلول واحد به شدت نسبی این قله‌ها وابسته است. پرتوهای ایکس، همراه با پرتوهای الکترونی و نوترونی، در تحقیقات دیگر مواد نیز استفاده می‌شوند. به‌عنوان مثال، جهت‌گیری بلورهای منفرد را می‌توان با استفاده از تصاویر پراش پرتو ایکس یا تصاویر لاوه بررسی کرد. از دیگر کاربردهای پرتوهای ایکس می‌توان به شناسایی کیفی و کمی مواد شیمیایی، تعیین تنش‌های باقی‌مانده، و اندازه‌گیری ابعاد بلورها اشاره کرد. این ابزارها در بسیاری از حوزه‌های علمی و صنعتی برای مطالعه دقیق ساختار مواد به‌کار می‌روند. تاریخچه هنگامی که ویلهلم رونتگن در سال ۱۸۹۵ پرتوهای ایکس را کشف کرد، فیزیکدانان گمان می‌کردند که پرتوهای ایکس امواجی از تابش الکترومغناطیسی هستند. | ## بخش 2: پراش پرتو ایکس | نظریه ماکسول در مورد تابش الکترومغناطیسی پذیرفته شده بود و آزمایش‌های چارلز گلاور بارکلا نشان داد که پرتوهای ایکس ویژگی‌هایی مشابه امواج الکترومغناطیسی دارند. آزمایش‌های شکاف تک‌گانه در آزمایشگاه آرنولد سومرفلد نشان دادند که پرتوهای ایکس دارای طول موجی در حدود یک آنگستروم هستند. آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ مفهوم فوتون را معرفی کرد، اما این مفهوم تا سال ۱۹۲۲ که آرتور کامپتون آن را با پراکندگی پرتوهای ایکس از الکترون‌ها تأیید کرد، به طور گسترده پذیرفته نشد. در نهایت، مشاهده پراش پرتو ایکس توسط ماکس فون لاوه در سال ۱۹۱۲ تأیید کرد که پرتوهای ایکس نوعی تابش الکترومغناطیسی هستند. در سال ۱۹۱۲، ماکس فون لاوه پیشنهاد کرد که از بلورها به عنوان شبکه پراش برای پرتوهای ایکس استفاده شود، چون طول موج این پرتوها با فاصله بین اتم‌ها در بلورها مطابقت دارد. او به همراه تیمش پرتوهای ایکس را از بلور سولفات مس عبور داد و الگوی پراش را ثبت کرد که این ایده را تأیید کرد. امواج نشر شده ماکس فون لاوه پس از مشاهده نتایج اولیه، قانونی را کشف کرد که زاویه‌های پراکندگی پرتوهای ایکس را به ساختار بلور مرتبط می‌کرد و برای این کشف در سال ۱۹۱۴ جایزه نوبل فیزیک گرفت. در سال‌های ۱۹۱۲ تا ۱۹۱۳، ویلیام لارنس براگ قانون براگ را توسعه داد که پراکندگی را به صفحات منظم درون بلور مرتبط می‌کند. براگ پدر و پسر در سال ۱۹۱۵ به‌خاطر کارشان در بلورشناسی جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند. مقدمه ای بر تئوری پراش اشعه ایکس بلورها آرایش منظمی از اتم‌ها هستند و پرتوهای ایکس به‌وسیله الکترون‌های اتم‌ها پراکنده می‌شوند. در بلور، این موج‌ها در بیشتر جهات همدیگر را خنثی می‌کنند، اما در چند جهت خاص با هم ترکیب شده و تقویت می‌شوند. مدل براگ توضیح می‌دهد که پراش پرتو ایکس زمانی رخ می‌دهد که پرتوها از صفحات موازی در بلور بازتاب یابند و اختلاف مسیر آن‌ها برابر با مضربی صحیح از طول موج باشد. 2d sin 𝜃 = 𝑛 𝜆 شناسایی ساختار بلور ها وقتی یک پرتو به مجموعه‌ای از ذرات متقارن با فاصله d برخورد می‌کند، هر ذره بخشی از انرژی پرتو را به صورت موج کروی بازتاب می‌دهد. این امواج فقط در جهتی هم‌فاز و تقویت می‌شوند که اختلاف مسیرشان 2dsinθ برابر با یک مضرب صحیح از طول موج λ باشد. | ## بخش 3: پراش پرتو ایکس | به زبان ساده، وقتی پرتوهای ایکس از یک بلور پراکنده می‌شوند، الگوهایی ایجاد می‌شوند که هر کدام مربوط به مجموعه‌ای از صفحات در بلور هستند. اگر بتوانیم این الگوها را با استفاده از زاویه پراکندگی (2θ) و طول موج پرتو ایکس به صفحات خاصی در بلور ربط بدهیم، بازتاب شاخص‌گذاری می‌شود. این شاخص‌گذاری کمک می‌کند اندازه و شکل سلول واحد بلور (مثل طول، زاویه‌ها و نوع آرایش اتم‌ها) اندازه‌گیری شوند. روش‌های پراش یکی از روش‌های رایج در پراش، استفاده از نمونه‌های پودری یا چندبلوری است که از ذرات ریز و به‌صورت تصادفی جهت‌دار تشکیل شده‌اند. هر ذره پودری (یا دانه) یک بلور است و وجود تعداد زیادی از این ذرات با جهت‌گیری‌های تصادفی تضمین می‌کند که برخی از آن‌ها به‌درستی در جهت مناسب برای پراش قرار گیرند، به‌طوری که تمام صفحات بلوری ممکن در دسترس باشند. دستگاه دیفرکتومتر دیفرکتومتر دستگاهی است که برای تعیین زوایای پراش در نمونه‌های پودری استفاده می‌شود. این دستگاه شامل موارد زیر است: نمونه (S): به‌صورت صفحه‌ای تخت که امکان چرخش حول محور O (عمود بر صفحه) دارد. کنتور روی یک حامل متحرک نصب شده که حول محور O می‌چرخد و زاویه 2θ را اندازه‌گیری می‌کند. حرکت چرخشی نمونه و کنتور به‌گونه‌ای هماهنگ است که زاویه‌های تابش و بازتاب با هم برابر بمانند. برای داشتن پرتوی دقیق و متمرکز، از کلاسیماسیون و فیلترهای خاص برای ایجاد پرتوی تقریباً تک‌رنگ استفاده می‌شود. ثبت الگوهای پراش هنگامی که کنتور با سرعت زاویه‌ای ثابت حرکت می‌کند، یک دستگاه ثبت‌کننده شدت پرتوهای پراش‌یافته را به‌عنوان تابعی از زاویه 2θ رسم می‌کند. در الگوی پراش، قله‌های با شدت بالا زمانی دیده می‌شوند که شرایط براگ برای برخی صفحات بلوری فراهم شود. | ## جمع‌بندی | روش‌های دیگر در برخی تکنیک‌های دیگر، به‌جای کنتور، از فیلم عکاسی برای ثبت شدت و موقعیت پرتوهای پراش‌یافته استفاده می‌شود.