Základní charakteristiky rtg. záření

1. Základní charakteristiky rtg. záření Formulovány W.C. Röntgenem v roce 1896 • “Paprsky X” jsou elektromagnetické vlny • ve vakuu se šíří rychlostí světla • vektory elektrického pole E a magnetického pole H jsou vzájemně ortogonální a navíc ortogonální ke směru šíření záření; oba vektory jsou sinovou funkcí času • vlnové délky rtg. záření leží mezi UV zářením a g-zářením emitovaným radioaktivními substancemi (0.4-2.5Å) • index lomu je pro rtg. záření velmi blízký jedné, n»0.99995 • rtg. záření se nedá fokusovat, nelze použít přímé pozorování, ale pouze pozorování v “reciprokém prostoru”

2. Historie rentgenové difrakce • 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

3. Historie rentgenové difrakce • 1964: D. Crowfood-Hodkinová – struktura penicilinu, cholesterolu a vitamínu B12 • 1984: J. Hauptman – přímé metody řešení struktur

4. Interakce rtg. záření s hmotou • 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 • Foton ztratí při rozptylu část energie; vlnová délka neelasticky rozptýlených fotonů je větší než vlnová délka fotonů před interakcí - Comptonův rozptyl

5. Interakce rtg. záření s hmotou • Foton je absorbován atomem; energie původního fotonu zvýší teplotu vzorku • 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

6. Kinematická 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 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 Teorie difrakce

7. Absorpce záření v materiálu I0 m, l I

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

9. 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 Aproximace vhodná pro lehké atomy

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

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

12. Fázový úhel Pro malá G a w0 a = 0 Pro G>>mw2 a = p a p/2 Pro G~mw2 absorpční hrana Fázový úhel elektrického pole rozptýleného záření je posunut o p Volné elektrony a = -p THOMSON Vázané elektrony a = 0 RAYLEIGH

13. Anomální absorpce a disperze

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