ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Рентгеновские лучи, электроны, нейтроны из "Репортаж из мира сплавов (Библ, Квант 71) " Эта величина ничтожно мала. А на примере рентгеновских лучей мы уже знаем, как трудно установить волновую природу коротких волн. Из этой оценки также становится ясно, что реально регистрировать волновые свойства материи можно лишь на частицах микроскопически малой массы. И первый кандидат 6 волны — электрон. [c.96] Экспериментом по обнаружению волновых свойств электрона суждено было вновь стать дифракции. И вновь на кристалле, на этот раз никеля. Произошло это выдающееся для физики событие в 1925 году в Нью-йоркской лаборатории фирмы Белл-Телефон . [c.96] Первооткрывателями волновых свойств вещества стали американские ученые Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер. [c.97] Таким образом, регулируя напряжение, можно легко управлять длиной волны электронов. [c.97] Устанавливая детектор рассеянных электронов в разных позициях (или используя фотопластинку), определяют направления, где будут наблюдаться дифракционные максимумы. [c.97] Для подведения итогов этого эксперимента процитируем фрагмент из опубликованной в 1927 году знаменитой статьи Дэвиссона и Джермера Самое поразительное свойство электронных пучков заключалось в существовании взаимно однозначного соответствия между наиболее сильными из них и пучками Лауэ, которые выходили бы из того же самого кристалла, если бы иа него падал пучок рентгеновских лучей... [c.97] Это приводит к мысли, что с падающим пучком электронов можно связать определенную длину волны, причем она оказывается в приемлемом согласии с известной в волновой механике величиной himv — постоянной Планка, деленной на импульс электрона . [c.98] Почти в то же время на другой стороне Атлантики, в Англии, аналогичные по смыслу эксперименты были поставлены Джорджем Томсоном и Александром Рейде. Результаты также подтверждали существование дифракции электронов. [c.98] С этого момента гипотеза о волновых свойствах вещества перестала быть гипотезой, и это событие было высоко оценено Комитетом по присуждению Нобелевских премий в 1929 году этой премии был удостоен Луи де Бройль, а в 1937 году Нобелевскую премию по физике разделили Дэвиссон и Томсон как руководители двух групп, зкспериментально впервые зафиксировавших волны материи. [c.98] Интересно отметить, что в 1906 году Нобелевской премией был награжден отец Томсона — Дж. Дж. Томсон, который первым показал, что электрон — реально существующая частица со своими зарядом и массой. В 1937 году Томсон-отец был еще жив и стал свидетелем триумфа своего сына. Правы были оба — и отец, и сын. [c.98] Электрон стал первой ласточкой. Затем волновые свойства были обнаружены у других частиц, из которых нас больше всего интересует нейтрон. Нейтронные волны удалось зарегистрировать в 1936 году. [c.98] Именно эти три вида излучения — рентгеновские лучи, электроны и нейтроны — сегодня используются для анализа структуры кристаллов. С одной стороны, все они ведут себя схоже — как электромагнитные волны определенной длины. Для всех них выполняется закон Вульфа —- Брэгга. Тем не менее число различий между ними очень велико. Даже их беглый анализ выходит далеко за рамки этой книги. Поэтому мы очень кратко остановимся лишь на нескольких пунктах. [c.98] Нейтроны являются продуктом ядерных реакций, и для их производства требуется уже реактор. Поэтому если рентгеновская аппаратура имеется практически в любой материаловедческой лаборатории, то нейтронный анализ менее доступен. [c.99] Электронный пучок получить намного легче, чем нейтронный. Для этого часто используется явление термоэлектронной эмиссии (хотя есть и другие способы), когда разогретая до высокой температуры вольфрамовая нить испускает электроны со своей поверхности. В отличие от нейтронов и рентгеновских лучей электроны имеют заряд и поэтому намного сильнее взаимодействуют с веществом. В частности, они обладают низкой проникающей способностью, и эксперименты приходится проводить в вакууме. Вакуумиро-вание всегда существенно осложняет работы и является (при прочих равных условиях) нежелательной операцией. Другой минус электронной техники — необходимость тщательной подготовки образцов. [c.99] До сих пор рентгеновские лучи выглядели идеальным героем нащего повествования. Но н на солнце бывают пятна Мы уже говорили, что рентгеновские лучи взаимодействуют в веществе практически только с электронами. Тяжелых ядер они почти не замечают . Поэтому изучать с помощью рентгеновской техники расположение атомов легких элементов (в которых мало электронов) крайне неудобно. С дру гой стороны, если разные атомы (пли ионы) имеют равное или близкое число электронов (как К+ и С1 в опытах Брэгга), рентгеновские лучи не различают их. В обоих случаях незаменимым источником информации становится нейтронография. Нейтроны чувствуют вещество в основном за счет взаимодействия с ядром. Ни от заряда, ни от массы оно практически lie зависит. [c.99] Свою козырную карту имеют и электроны. Электроны— заряженные частицы. О минусах , связанных с этим, мы уже говорили. Но имеются и важные плюсы электронами легко управлять с помощью электрических и магнитных полей. Используя это, оказалось возможным создать электронные микроскопы, где изображение формируется в электронных Еолнах. [c.99] Сама идея применения в микроскопии иных, не световых, лучей появилась сразу после открытия Аббе в 1873 году, когда стало ясно, что сравнительно большая длина волны видимого света ставит преграду на пути повышения разрешающей способности микроскопа. Единственным известным тогда видом излучения были так называемые катодные лучи. Но природа их была не изучена. Когда Дж. Дж. Томсон показал, что катодные лvчи представляют собой поток частиц — электронов, идея их использования в микроскопии умерла в зародыше. [c.100] Она вновь воскресла через два года после открытия де Бройля — в 1926 году немецкий теоретик Г. Буш доказал, что магнитное поле может действовать на электроны как линза на свет. Это открывало возможность фокусировки электронных пучков. Простая связь между прикладываемым разгоняющим напряжением и длиной волны электрона (см. с. 97) показывала, что можно получить волны на несколько порядков короче световых. Это обещало уникальную возможность увидеть невидимое. Имелась и трудность. Человеческий глаз не способен воспринимать изображение в электронных лучах. Но в то время уже существовал способ их визуализации с помощью экранов, покрытых люминофорами. Под действием попадающих на них электронов эти вещества начинают светиться. [c.100] Электронный микроскоп способен работать в двух режимах. Первый — режим получения изображения. Если же убрать все расположенные за образцом линзы, то фотопластинка запечатлеет обычную дифракционную картину. [c.101] Но в электронной микроскопии имеется еще одна уникальная и плодотворная возможность —мпкроди-фракция, т. е. дифракция от очень малого участка образца. В современных приборах размеры этого участка доходят до десятков нанометров. Работа в режиме мякродифракции обеспечивается специальными операциями с электронной оптикой, а результаты незаменимы при анализе некоторых тонких особенностей структуры. [c.101] Вернуться к основной статье