Master program br. 23 Elektronika nanosistema

Šef laboratorije - doktor fizičko-matematičkih nauka, prof Shulakov Alexander Sergeevich .

Glavni pravci naučnog istraživanja

• Eksperimentalno proučavanje osnovnih zakona stvaranja ultramekog rendgenskog zračenja i njegove interakcije sa materijom.
• Razvoj rendgenskih spektralnih metoda za proučavanje atomske i elektronske strukture kratkog reda u poliatomskim sistemima (molekule, klasteri), u čvrstim tijelima na površini, na skrivenim međufaznim granicama iu masi.
• Razvoj teorije rendgenskih procesa.
• Proučavani i korišteni procesi: fotoapsorpcija, fotojonizacija i fotoemisija, vanjski fotoelektrični efekat, totalna vanjska refleksija, raspršenje, karakteristična emisija, invertirana fotoemisija, generiranje kočnog zraka, prag i rezonantna emisija i fotoemisija.

Radi lakše percepcije, priča o tome kako je nastala i čime laboratorija je zauzeta na nekoliko delova:

Osnovni koncepti

Razvoj metoda rendgenske spektroskopije u St. Petersburg univerzitet

OSNOVNI KONCEPTI

Šta je rendgensko zračenje (XR)?

Rentgensko zračenje (XR), koje je otkrio V.K. Roentgen 1895. godine i koje se u stranoj literaturi još naziva X-zračenjem, zauzima najširi raspon energija fotona od desetina eV do stotina hiljada eV - između ultraljubičastog i gama zračenja. Za dostignuća u oblasti fizike nagrađen je RI 8 (!) Nobelovih nagrada(posljednja nagrada je dodijeljena 1981.). Ove studije su u velikoj mjeri oblikovale moderne naučne i filozofske ideje o svijetu. Rentgensko zračenje nije proizvod prirodne radioaktivnosti neke supstance, već nastaje samo u procesima interakcije. Zato RI je univerzalno sredstvo za proučavanje svojstava materije.

Postoje dva glavna mehanizma za nastanak (generaciju) RI. Prvi je usporavanje nabijenih čestica u Kulonovom polju ekraniziranih jezgara atoma u mediju. Usporavajuće naelektrisane čestice, u skladu sa zakonima elektrodinamike, emituju elektromagnetne talase okomito na ubrzanje čestica. Ovo zračenje, nazvano kočionim zrakom, ima granicu visoke energije (tzv. kratkotalasnu granicu kočnog zračenja), koja se poklapa s energijom upadnih nabijenih čestica. Ako je energija čestica dovoljno visoka, tada je dio vrlo širokog spektra kočnog zraka u energetskom rasponu CMB fotona. Na slici 1 shematski je prikazan proces formiranja kočnog zraka prilikom raspršivanja elektrona na atomu. Smjer emisije i energija fotona određeni su slučajnom varijablom - udarnim parametrom.

Drugi mehanizam je spontani (spontani) radijacioni raspad pobuđenih stanja atoma medija koji imaju prazninu (rupu) u jednoj od unutrašnjih elektronskih ljuski. Jedan od takvih prelaza je prikazan na Sl. 2 za atom tipa B. Tipično, Kulonova potencijalna bušotina atomskog jezgra sadrži mnogo nivoa, pa je spektar rezultujućeg rendgenskog zračenja prema tome obložen. Takav RI se naziva karakterističnim.

RI apsorpcija ima fotojonizacija karakter. U apsorpciji rendgenskog zračenja mogu učestvovati bilo koji elektroni neke supstance, ali najvjerovatniji mehanizam apsorpcije je fotojonizacija unutrašnjih omotača atoma.

Na slici 2 prikazan je dijagram elektronskih prijelaza pri apsorpciji rendgenskog zračenja atomom tipa A. Vidi se da se rub apsorpcije formira kao rezultat prijelaza elektrona unutrašnje ljuske u najniže nepopunjeno elektronsko stanje. sistema (provodljive trake u čvrstim materijama). Radijacijska tranzicija prikazana na slici uključuje elektrone iz valentnog pojasa, tako da rezultat nije linija, već karakteristična rendgenska traka.

rendgenska spektroskopija

Godine 1914. otkriven je fenomen difrakcije rendgenskih zraka u kristalima i dobijena je formula koja opisuje uslove difrakcije (formula Wolf-Bragg):

2dsin α = n λ , (1)

Gdje d je međuplanarna udaljenost reflektirajućih atomskih ravnina kristala, α je ugao upada rendgenskih zraka na reflektirajuće ravnine, λ je valna dužina difrakcionog rendgenskog zraka, n je red difrakcijske refleksije. Upravo kristali su bili prvi raspršivanje elementi za razlaganje zraka u spektar, danas u širokoj upotrebi.

Vjerovatnoća prijelaza prikazana na slici 1, kao i svaka druga, izražena je kroz integrale koji se nazivaju matričnim elementima vjerovatnoće prijelaza. Ovi integrali imaju sledeću strukturu:

(Ψ i │ W │ Ψ f ) (2)

gdje je Ψ ja iΨ f - talasne funkcije početnog i konačnog stanja sistema (pre i posle tranzicije), W - operator interakcije elektromagnetnog talasa sa atomom. Kao što se vidi sa slike 1, u procesu apsorpcije konačno stanje sadrži prazninu na unutrašnjem nivou, a u emisionom procesu su oba stanja, početno i konačno, pobuđena (rupa). To znači da je integral (2) različit od nule samo u području gdje su amplitude stanja najlokaliziranijih u blizini jezgra s praznim mjestom na unutrašnjoj ljusci različite od nule. Ovo određuje prostorno lokalni karakter rendgenskih prijelaza i omogućava nam da ih smatramo apsorpcijom ili emisijom određenih atoma (vidi sliku 2).

Tipično, simetrija unutrašnjih nivoa atoma se klasifikuje u okviru modela sličnog vodoniku prema jednoelektronskim kvantnim brojevima. Slika 2 prikazuje skupove kvantnih brojeva koji karakterišu simetriju nivoa atoma A i B uključenih u prelaze. Energija ovih nivoa u potpunosti karakteriše svaki atom, poznata je i tabelarno prikazana, kao i energija fotona karakterističnih linija, traka i rubova apsorpcije. Zbog toga Rendgenska spektroskopija je najefikasnija metoda nedestruktivne analize atomskog hemijskog sastava objekata.

Osim radijalnih dijelova, valne funkcije iz (2) sadrže i kutne dijelove, izražene sfernim funkcijama. Element matrice (2) nije identično jednak nuli ako su zadovoljeni određeni odnosi između kvantnih brojeva koji karakteriziraju ugaone momente elektrona. Za ne previsoke energije fotona (do nekoliko KeV) prijelazi koji zadovoljavaju pravila odabira dipola imaju najveću vjerovatnoću: l i - l f = ± 1, j i - j f = 0, ± 1. Što je niža energija tranzicije, to su pravila izbora dipola strožije zadovoljena.

Sa slike 2 je jasno da spektralna zavisnost koeficijenta apsorpcije rendgenskog zračenja, kao i raspodela spektralnog intenziteta u emisionim pojasevima, treba da odražava energetsku zavisnost raspodjela gustine elektronskih stanja provodnog pojasa i gustina stanja valentnog pojasa, respektivno. Ove informacije su fundamentalne za fiziku kondenzirane materije. Činjenica da su procesi apsorpcije i emisije rendgenskog zračenja lokalne prirode i da poštuju pravila selekcije dipola, omogućavaju da se dobiju informacije o lokalnim i parcijalnim (razrješenim ugaonim momentom elektrona) gustoćama stanja pojasa vodljivosti i valentnog pojasa. Nijedna druga spektralna metoda nema takav jedinstveni informacijski sadržaj.

Određuje se spektralna rezolucija u rendgenskom područjuhardverska rezolucija i, osim toga, u slučaju karakterističnih prijelaza (tokom apsorpcije ili emisije), također prirodna širina unutrašnjih nivoa, učestvujući u tranzicijama.

Karakteristike meke rendgenske spektroskopije.

Iz formule (1) je jasno da talasna dužina zračenja dekomponovanog u spektar ne može preći vrednost 2d. Dakle, kada se koristi kristal analizator sa određenom prosječnom vrijednošću d = 0,3 nm, područje energije fotona ispod približno 2000 eV ostaje nedostupno za spektralnu analizu. Ovaj spektralni opseg, nazvan oblast mekih rendgenskih zraka, privukao je pažnju istraživača od prvih koraka rendgenske spektroskopije.

Prirodna želja za prodorom u teško dostupan spektralni opseg bila je pojačana i čisto fizičkim motivima za njegov razvoj. prvo, Upravo u području mekog rendgenskog zraka nalaze se karakteristični rendgenski spektri lakih elemenata od Li3 do P15 i stotine spektra težih elemenata, sve do aktinida. Drugo, na osnovu principa nesigurnosti, možemo zaključiti da će atomski unutrašnji nivoi sa malom energijom vezivanja imati manju prirodnu širinu od dubljih nivoa (zbog kraćeg životnog veka praznine). dakle, kretanje u meku rendgensku regiju osigurava povećanje fizičke rezolucije rendgenske spektroskopije. Treće, zbog postojanja jednostavnog odnosa između energije, ∆ E, i talasa, ∆ λ, intervala u spektru zračenja:

∆ E= (hc/λ 2) ∆ λ, (3)

na instrumentalnoj rezoluciji spektrometra fiksne talasne dužine∆ λ (određeno širinom proreza) povećanje talasne dužine analiziranog rendgenskog zračenja osigurava smanjenje ∆ E, tj. obezbeđuje povećanje hardverske energetske rezolucije spektra.

Tako je područje mekog rendgenskog zračenja predstavljeno kao spektroskopski raj, u kojem se istovremeno stvaraju uslovi za maksimalnu fizičku i instrumentalnu rezoluciju.

kako god Međutim, dobijanje visokokvalitetnih spektra u oblasti mekih rendgenskih zraka odloženo je više od 40 godina. Ove godine protekle su u potrazi za visokokvalitetnim disperznim elementima i efikasnim metodama za snimanje zračenja. Ispostavilo se da su prirodni i umjetni kristali s velikim d previše nesavršeni za kvalitetnu razgradnju rendgenskog zračenja, a tradicionalna fotografska metoda snimanja distribucije intenziteta raspršen RI - neefikasan.

Rezultat pretrage je korištenje difrakcijskih rešetki za razlaganje mekog rendgenskog zračenja u spektar, te njegovo registrovanje - detektori koji koriste fenomen vanjskog rendgenskog fotoefekta ili fotojonizacija procesi u gasovima.

Ultrasoft RI, prema prijedlogu A.P. Lukirskyja, naziva se zračenje s energijom fotona od desetina do stotina eV. Očekivano, prodor u opseg mekog i ultramekog rendgenskog zračenja bio je zaista odlučujući za formiranje modernih ideja o elektronskoj strukturi poliatomskih sistema. Višeelektronska specifičnost atomskih procesa koji uključuju plitke (subvalentne) unutrašnje nivoe, koja se jasno manifestuje u ovom spektralnom opsegu, pokazala se neočekivanom. Teorija mnogih elektrona se još uvijek temelji na eksperimentalnim rezultatima dobivenim u području ultramekog rendgenskog zračenja. Ovaj proces je započeo radom A.P. Lukirskyja i T.M. Zimkine, koji su otkrili gigantske rezonancije fotojonizacija apsorpcija rendgenskog zračenja višeelektronskim unutrašnjim omotačima inertnih gasova.

Međunarodna zajednica priznaje da su glavni doprinos razvoju metoda meke i ultrameke rendgenske spektroskopije dali naučnici St. Petersburg univerziteta i, prije svega, A.P. Lukirsky.

RAZVOJ METODA RTG SPEKTROSKOPIJE U ST. PETERSBURG UNIVERZITET

P.I.Lukirsky I M.A.Rumsh

Budući prvi šef katedre, budući akademik Pjotr ​​Ivanovič Lukirski diplomirao je na Univerzitetu u Sankt Peterburgu 1916. godine. Prvo samostalno eksperimentalno istraživanje - rad na tezi koji je izveo P. I. Lukirsky pod nadzorom A. F. Ioffea, bio je posvećen proučavanju elektrotehnike. provodljivost prirodne i rendgenski ozračene kamene soli. I dalje, rad na polju fizike rendgenskog zračenja, fizike interakcije rendgenskog zračenja sa materijom i rendgenske spektroskopije privlačio je pažnju Petra Ivanoviča tokom čitavog njegovog stvaralačkog života.

Godine 1925. za detekciju mekog rendgenskog zračenja korištena je metoda "Lukirsky capacitor", razvijena za proučavanje raspodjele energije fotoelektrona. Po prvi put je bilo moguće izmjeriti energiju karakterističnog zračenja ugljika, aluminija i cinka. Ideja o korištenju fotoelektronskih spektra unutrašnjih nivoa atoma ciljnog detektora za analizu energije rendgenskih zraka, implementirana u ovim radovima, u potpunosti je realizovana i predstavljena u inostranstvu kao „svježa“ tek 50 godina kasnije.

Prije 1929. objavljeni su radovi o disperziji rendgenskih zraka i Comptonovom efektu. P. I. Lukirsky je 1929. godine organizovao odjel u Institutu za rendgenske zrake (tako se tada zvao Fizičko-tehnički institut!), u kojem su vršena istraživanja o difrakciji rendgenskog zračenja, brzih i sporih elektrona, kao npr. kao i proučavanje vanjskog rendgenskog fotoelektričnog efekta. Ove studije su se izvodile i na Univerzitetu na Katedri za električnu energiju, koju je vodio 1934. godine. Dobili su instrukcije da vode mladom talentovanom naučniku Mihailu Aleksandroviču Rumšu.

Nakon rata, M.A.Rumsh se vratio na odjel 1945. Njegovim zalaganjem sastavljen je aparat za difrakciju elektrona i rendgenski monohromator. analizator kristala. 1952. godine na odsjeku je otvorena nova studentska specijalizacija - rendgenska fizika. Nastavni i diplomski rad na ovoj specijalizaciji izvođeni su na bazi rendgenske laboratorije koju je stvorio M.A. Rumsh. Upravo je ova laboratorija postala prototip moderne laboratorije ultrameke rendgenske spektroskopije. Svetla, izvanredna ličnost M.A. Rumsha, zarazna efikasnost i široka erudicija, njegova briljantna predavanja brzo su učinili fiziku rendgenskih zraka jednom od najpopularnijih specijalizacija na fakultetu.

Godine 1962. Mihail Aleksandrovič je odbranio doktorsku disertaciju na temu „Spoljni rendgenski fotoefekat” na osnovu skupa radova. Njegovi radovi u ovom pravcu priznati su kao klasici u cijelom svijetu. Očekivali su pojavu spektroskopije fotoelektričnog efekta i zacrtali puteve razvoja ove oblasti fizike za dugi niz godina. Na Zapadu su neka od njegovih istraživanja ponovljena tek 15-20 godina kasnije.

Fotoelektrični efekat u uslovima dinamičkog rasejanja rendgenskog zračenja

Krajem 50-ih, M.A. Rumsch je predložio mjerenje izlaznog učinka vanjskog rendgenskog fotoelektričnog efekta u uvjetima difrakcijske refleksije rendgenskog zračenja od kristala. Ugaone zavisnosti izlaznog fotoelektričnog efekta u uslovima difrakcije upadnog rendgenskog zračenja su fundamentalno različite od onih koje su daleko od Braggovih uglova i omogućavaju potpuniji opis procesa difrakcionog rasejanja. Najveća osjetljivost simbioze metoda na kršenje kristalnog poretka u rasporedu atoma uzorka učinila ga je vrlo djelotvornim alatom za proučavanje mikroelektronskih materijala.

Dugi niz godina rad na proučavanju rendgenskog fotoelektričnog efekta, kako u uslovima dinamičkog rasejanja, tako i izvan njih, vodio je student M.A. Rumsha, vanredni profesor Vladislav Nikolajevič Ščemeljev. Stvorio je teoriju fotoelektričnog efekta u difrakciji rendgenskog zračenja na kristalima s poremećajima i gotovo potpunu polufenomenološku teoriju uobičajenog vanjskog rendgenskog fotoefekta u rasponu energije fotona od stotina eV do stotina KeV. Talentovana, ali teška osoba, Vladislav Nikolajevič nikada se nije potrudio da odbrani doktorsku disertaciju, iako je dugo bio smatran „živim klasikom“ u svjetskoj naučnoj zajednici. V. N. Shchemelev je umro 1997. Nažalost, nakon njegovog odlaska, rad na polju dinamičkog raspršivanja rendgenskog zračenja u laboratoriji je zamro. Međutim, trudom njegovih učenika, oni su razvijeni u naučnim centrima kao što je Fizičko-tehnički institut. A.F. Ioffe i Institut za kristalografiju Ruske akademije nauka. Učenik V. N. Ščemeljeva je sadašnji direktor ovog instituta, dopisni član Ruske akademije nauka M. V. Kovalčuk.

A.P.Lukirsky- osnivač naučne škole ultrameke rendgenske spektroskopije

U oktobru 1954. godine, nakon uspješno završene postdiplomske škole, na odsjeku je počeo raditi mladi asistent Andrej Petrovič Lukirsky, sin prvog šefa katedre P.I. Lukirskog. Asistent je započeo svoj naučni rad u rendgenskoj laboratoriji katedre, koju je vodio M.A. Rumsh. Tema naučnog rada bila je razvoj tehnika i metoda za izvođenje spektralnih studija u oblasti mekog i ultra-mekog rendgenskog zračenja. Ovaj rad, koji je nastavio naučna interesovanja njegovog oca, uprkos složenosti i raznovrsnosti problema sa kojima se suočavao, završen je za samo nekoliko godina. Ključ uspjeha bile su najviše profesionalne i ljudske kvalitete Andreja Petroviča, atmosfera kreativne potrage, posvećenosti, jasnih odnosa s poštovanjem u timu koji su stvorili on i M.A. Rumsh, te njegova sposobnost da privuče talentovanu mladež u tim.

Osnova za rad bio je sistematski pristup rješavanju nastalih problema, optimizacija rada svih komponenti spektralnih uređaja na osnovu dobijenih eksperimentalnih podataka o svojstvima supstanci i materijala. Konzistentan razvoj projektnih rješenja obavljen je na osnovu radnog iskustva prototipnih jedinica. Za izvođenje eksperimenata stvoreni su detektori i primitivne univerzalne mjerne komore sa ravnim difrakcijskim rešetkama. Kao osnovni princip za konstruisanje spektralnih instrumenata izabrana je Rowlandova šema, koja koristi sferne rešetke i ogledala za fokusiranje zračenja i omogućava značajno povećanje luminoznosti instrumenata.

U preliminarnoj fazi izvedena je sljedeća serija eksperimenata.

1. Spektralne zavisnosti koeficijenata apsorpcije gasa za izbor najefikasnijeg punila za proporcionalne brojače gasnih pražnjenja ultra-mekih radioaktivnih izvora.
2. Spektralne zavisnosti koeficijenata apsorpcije polimernih materijala za optimalan izbor materijala za pult prozora.
3. Spektralne zavisnosti izlaznog fotoelektričnog efekta za izbor najefikasnijih fotokatoda sekundarnih elektronskih multiplikatora koji se koriste za snimanje rendgenskog zračenja.
4. Spektralne zavisnosti refleksije polimernih materijala i metala za izbor najefikasnijih premaza ogledala i difrakcionih rešetki.
5. Proučavan je rad difrakcijskih rešetki u ultramekom rendgenskom području u cilju odabira optimalnog oblika žljeba.

Treba napomenuti da iako su motivi istraživanja bili primijenjene prirode, njihovi rezultati su se pokazali neosporno vrijednima za fundamentalnu nauku. Zaista, skoro sva mjerenja su predstavljala prve sistematske studije u oblasti ultramekog rendgenskog zračenja. Oni su činili osnovu novih naučnih pravaca u rendgenskoj spektroskopiji, koji se uspešno razvijaju do danas. A mjerenja apsorpcije mekog rendgenskog zračenja u inertnim plinovima postala su predmet otkrića zvanično registrovanog 1984.

M. A. Rumsh, V. N. Shchemelev, E. P. Savinov, O. A. Ershov, I. A. Brytov, T. M. Zimkina, V. A. Fomichev, uzeo sam aktivno učešće u istraživanju i testiranju. I. Zhukova (Lyakhovskaya). Sve dizajnerske radove izveo je lično Andrej Petrovič.

Za života Andreja Petroviča proizvedena su dva spektrometra: RSL-400, na kojem je razrađen dizajn mnogih komponenti, i RSM-500. Spektrometar-monohromator RSM-500 bio je predviđen za rad u energetskom opsegu fotona od 25 do 3000 eV. Njegov dizajn i optičke karakteristike su se pokazale toliko uspješnim da je NPO Burevestnik proizvodio spektrometar u seriji 20 godina. Na osnovu crteža Andreja Petroviča, proizveden je spektrometar RSL-1500, koji ima jedinstvene karakteristike u spektralnom području od 8 do 400 eV. Slika 3 prikazuje dijagram ovog spektrometra, koji pokazuje lokaciju svih glavnih komponenti bilo kojeg mekog spektrometra X-zraka.

Rendgensko zračenje, razloženo u spektar sferičnom difrakcionom rešetkom, fokusirano je na Rowlandovu kružnicu. Položaj fokusa na ovom krugu određen je talasnom dužinom rendgenskog zračenja. Na ulazu se kratkotalasni (visokoenergetski) dio rendgenskog zračenja kojeg emituje uzorak (anoda) odsijeca reflektirajućim filterima i ogledalima, što značajno povećava omjer korisnog signala i pozadine. Platforma s izlaznim prorezom i zamjenjivim detektorima kreće se duž kruga fokusiranja.

Kinematički dijagram spektrometra-monohromatora RSM-500, prikazan na slici 4, rešen je na potpuno drugačiji način.

Ovdje se difrakciona rešetka i blok izlaznog proreza sa detektorima kreću pravolinijski. Ovaj dizajn omogućava jednostavnu zamjenu difrakcionih rešetki kako bi se osigurale maksimalne performanse spektrometra u širokom spektralnom području. Lukirskyjevi spektrometri postigli su stvarnu energetsku rezoluciju manju od 0,1 eV sa odličnim spektralnim kvalitetom. Ovaj rezultat je rekord do danas.

Andrej Petrovič je preminuo 1965. godine u 37. godini, pun novih ideja i planova. Gotovo sve studije sprovedene na spektrometrima Lukirsky bile su pionirske prirode i sada se ocjenjuju kao klasične. Većinu njih dovršili su njegovi učenici nakon smrti Andreja Petroviča.

Neprocjenjiv doprinos A.P. Lukirskog razvoju spektralnog rada koristeći sinhrotronsko zračenje (SR) zahtijeva poseban spomen. Ovi radovi počeli su da se razvijaju kasnih 60-ih i sada u velikoj meri određuju lice moderne nauke. Početkom 70-ih, desetine vodećih svjetskih spektroskopista posjetilo je laboratoriju ultrameke rendgenske spektroskopije. Ideje i dizajn Andreja Petroviča prihvaćeni su kao osnova za stvaranje mekih rendgenskih SR monohromatorskih spektrometara. Ovi uređaji sada rade u stotinama laboratorija širom svijeta.

Otkriće A.P. Lukirskog i T.M. Zimkine

Prilikom proučavanja apsorpcije mekog rendgenskog zračenja u Kr i Xe, otkriven je neobičan oblik spektra apsorpcije blizu 3d praga ionizacije Kr i 4d praga Xe. Uobičajeni skok apsorpcije na pragu je izostao, a umjesto toga se pojavila moćna široka apsorpciona traka, smještena mnogo eV iznad praga jonizacije navedenih unutrašnjih nivoa. Već prvo objavljivanje rezultata 1962. godine privuklo je veliku pažnju najšire naučne zajednice. Otkrivene apsorpcione trake, po analogiji s nuklearnom fizikom, počele su se nazivati ​​gigantske apsorpcione rezonancije. Slika 5 šematski prikazuje izgled uobičajenog (očekivanog) spektra apsorpcije „jednog elektrona“ i oblik džinovske rezonance.

Pokazalo se da se pojava džinovskih rezonancija ne može objasniti u okviru jednoelektronske teorije interakcije rendgenskog zračenja sa atomom. U Rusiji, Litvaniji, SAD, Velikoj Britaniji i Švedskoj formirane su grupe teoretičara koji su u intenzivnoj konkurenciji razvili teoriju džinovskih rezonancija. Njihovi napori, kao i novi eksperimentalni rezultati, pokazali su da je ovaj fenomen univerzalne prirode, određen specifičnom vrstom efektivnog potencijala elektrona koji učestvuju u procesu. Ovo je potencijal s dvije doline sa barijerom koja odvaja unutrašnji duboki potencijalni bunar od plićeg vanjskog.
Slika 6 šematski prikazuje izgled takvog potencijala. Duboka unutrašnja potencijalna bušotina sadrži vezana pobuđena (unutrašnja) stanja atoma. Pokazalo se da je energija nekih pobuđenih stanja veća od jonizacionog potencijala, u području kontinuiranih elektronskih stanja, ali potencijalna barijera ih drži u unutrašnjem području atoma neko vrijeme. Ova stanja se nazivaju autojonizacijska stanja. Njihovo raspadanje nastaje uz učešće unutrašnjih elektrona atoma, što povećava ukupni presjek apsorpcije i dovodi do pojave džinovske rezonancije.

U radu koji je vodio T.M. Zimkina, otkrivene su gigantske apsorpcione rezonancije u spektrima atoma rijetke zemlje i aktinida. Ove rezonancije su čisto atomske prirode čak iu čvrstom stanju. Međutim, tip potencijala sa dvije doline može se formirati i tokom interakcije elektrona apsorbirajućeg atoma sa okolnim atomima. U ovom slučaju nastaju rezonantni fenomeni poliatomske prirode.

Krajem 70-ih, njemački fizičari su, koristeći SR skladišni prsten DESY u Hamburgu, eksperimentalno dokazali višeelektronsku prirodu divovske apsorpcione rezonancije. Od tada se rezonantne pojave u fotoemisiji aktivno proučavaju do danas.

Ogromne apsorpcione rezonancije otkrivene 1962. godine i njihova daljnja detaljna eksperimentalna studija poslužile su kao poticaj za formiranje modernih multielektronskih koncepata atomskih procesa. Oni su odredili pravac razvoja fizike za 40 godina unapred.

Godine 1984., rezultate studija gigantskih apsorpcionih rezonancija registrovao je Građanski zakonik SSSR-a za pronalaske i otkrića kao otkriće.

Zvanično priznanje dostignuća škole A.P. Lukirskog

Radovi A.P. Lukirskog i njegovih učenika dobro su poznati međunarodnoj naučnoj zajednici, njihov prioritet i izuzetan doprinos razvoju fizike su opštepriznati. Ova neformalna reputacija škole je nesumnjivo njeno najvrednije dostignuće. Međutim, već su prvi naučni rezultati dobijeni zahvaljujući metodološkom razvoju A.P. Lukirskog visoko cijenjeni od strane kolega i znanstvene zajednice na službenom nivou.

Godine 1963., Svesavezna konferencija o rendgenskoj spektroskopiji usvojila je posebnu odluku u kojoj je rad grupe A.P. Lukirskyja predstavljen kao „snažan proboj u najvažnijoj oblasti istraživanja“ i polju ultrasoft X-a. spektroskopija zraka označena je kao najperspektivnija oblast istraživanja u budućnosti.

Godine 1964., slična rezolucija, na insistiranje jednog od najistaknutijih teoretičara svijeta, Huga Fana, usvojena je na Međunarodnoj konferenciji o sudarima atoma i čestica.

Godine 1964. A.P. Lukirsky Dodijeljena je prva nagrada Lenjingradskog državnog univerziteta za naučna istraživanja.

Godine 1967. M. A. Rumsh i L. A. Smirnov dobili su nagradu Vijeća ministara SSSR-a za istraživački rad koji je osigurao stvaranje prvih sovjetskih kvantnih metara.

Godine 1976. Nagrada Lenjinovog komsomola za razvoj rada u oblasti ultrameke rendgenske spektroskopije dodijeljena je V. A. Fomičevu.

Godine 1984., Građanski zakonik SSSR-a za pronalaske i otkrića registrovao je pod brojem 297 otkriće A.P. Lukirskog i T.M. Zimkine „Obrazac interakcije ultramekog rendgenskog zračenja sa višeelektronskim omotačima atoma“ prioriteta iz 1962. godine.

Godine 1989. T.M. Zimkina i V.A. Fomichev dobili su Državnu nagradu Ruske Federacije za razvoj rendgenskih spektralnih metoda za proučavanje hemijskih veza.

Uspješna javna odbrana disertacije nije samo priznanje visoke kvalifikacije kandidata, već i dokaz visokog naučnog nivoa naučne škole koja je obrazovala kandidata. Tokom godina postojanja laboratorije odbranjeno je 50 kandidatskih i 13 doktorskih disertacija.

DANAS I SUTRA LABORATORIJI

Danas u laboratoriji radi 5 doktora fizike i matematike nauke,profesora i 4 kandidata fizičko-matematičkih nauka.

Laboratoriju vodi prof. A.S.Shulakov.

Oblasti rada i procesi koji se proučavaju navedeni su na samom početku pregleda.U zaključku, zadržimo se na trenutnim obećavajućim strateškim i taktičkim zadacima.

Perspektive za razvoj bilo kog naučnog pravca određuju obim i kvalitet juče i danas dobijenih naučnih rezultata, sposobnost autora da imaju široku viziju mesta rezultata svojih nastojanja u savremenoj nauci, njihove potražnja, adekvatnu procjenu koridora mogućnosti i, naravno, ambicija. Sa ovakvim uslovima u LUMRS-u za sada ide dobro, pa ćemo detaljnije opisati neposredne perspektive razvoja.

Mogu se izdvojiti dva glavna međusobno prožimajuća područja aktivnosti laboratorije: razvoj novih metoda za proučavanje složenih višefaznih sistema čvrstog stanja i primjena rendgenskih spektralnih metoda u proučavanju elektronske i atomske strukture topičkih tijela. nanostrukturirano materijala. Prvi pravac treba da obuhvati, pre svega, razvoj teorijskih koncepata i modela za opisivanje procesa koji leže u osnovi spektralnih metoda.

Rendgenska spektroskopija visoke rezolucije jedinstveno je sredstvo za proučavanje promjena u elektronskoj i atomskoj strukturi slobodnih molekula kada se uvedu u nano i makro veličine sistemima Stoga će dalja proučavanja interakcije rendgenskog zračenja sa materijom prvenstveno biti povezana sa proučavanjem ovako složenih sistema. Kvaziatomski model izgleda obećavajući za proučavanje korelacije između elektronskog podsistema i konačnog kretanja ugrađenog molekula, njegovih vibracija i rotacija unutar kapsule. Posebna pažnja biće posvećena i procesima interakcije zračenja lasera sa slobodnim rendgenskim zracima i njihovoj upotrebi za proučavanje elektronske i atomske strukture molekula i klastera i dinamike njihovih rendgenskih ekscitacija.

Poslednjih godina, u okviru teorije rendgenskog zračenja, pojavile su se nove ideje za opisivanje procesa formiranja rendgenskih emisionih traka i apsorpcionih spektra jedinjenja i složenih materijala. Neophodno je razviti ove ideje, uključujući u teorijske sferne proračune Auger kanala za raspad stanja jezgra i druge višeelektronske dinamičke procese. Krajnji rezultat ovih napora može biti stvaranje novih metoda za direktno određivanje vrijednosti parcijalnih efektivnih atomskih naboja u spojevima i značajno povećanje točnosti i pouzdanosti interpretacije eksperimentalnih podataka.

Posljednjih godina eksperimenti su iskristalisali popularan pravac u razvoju metoda za nedestruktivnu analizu sloj-po-sloj površinskih slojeva nanometarske debljine (nanoslojeva). Metode emisione spektroskopije rendgenskih zraka i spektroskopije refleksije rendgenskih zraka (XRAS) pokazale su se vrlo efikasnim, omogućavajući sloj-po-slojnu faznu hemijsku analizu, što je vrlo rijetko. Prvo, probni proračuni demonstrirao informacijski sadržaj SORI izračunat iz spektralno-kutnih ovisnosti atomski profili. Istovremeno, otkriven je niz problema, od kojih je glavni nemogućnost u ovoj fazi istraživanja da se u koeficijentu refleksije razdvoje efekti male hrapavosti i fine strukture međupovršine. Očigledna je potreba za daljim razvojem eksperimentalnih i teorijskih pristupa metodi kako bi se u potpunosti razumjela uloga površinske hrapavosti i interdifuzije materijala u formiranju međufaznih granica u nanosistemima. Glavni objekti primjene dubinski rendgenskih spektralnih metoda u narednim godinama biće nanokohezivni sistemi različite namjene i različite složenosti.

Elementarnu bazu za sintezu mnogih obećavajućih nanoobjekata čine poliatomski sistemi zasnovani na spojevima lakih atoma bora, ugljika, dušika, kisika itd., kao i 3 d-prijelazni atomi, čiji se apsorpcijski spektri nalaze u ultramekom rendgenskom području spektra (nanoklasteri, nanocijevi i nanokompoziti na njihovoj osnovi, niskodimenzionalni sistemi na površini monokristala poluvodiča i metala, kompoziti na bazi slojevitih (grafit, h-BN, itd.) i koji sadrže fuleren materijali, molekularni nanomagneti na bazi kompleksa prelaznih i rijetkih zemnih metala, nanostrukture na bazi organometalnih kompleksa porfirina, ftalocijanina, salena itd., uređeni nizovi katalitički aktivnih nanoklastera, nanostrukture za molekularnu elektroniku i mnoge druge). U ovoj oblasti, mogućnosti apsorpcione spektroskopije X-zraka (atomska selektivnost, sposobnost izolovanja elektronskih stanja sa određenim ugaonim momentom u odnosu na atom koji apsorbuje, osetljivost na atomsku strukturu njegovog neposrednog okruženja i magnetni moment apsorbirajućeg atoma ) se najpotpunije manifestiraju. Zahvaljujući tome, rendgenska apsorpciona spektroskopija koja koristi SR ostat će popularna u brojnim slučajevima kao nezamjenjiva metoda za eksperimentalno proučavanje i dijagnostiku atomske, elektronske i magnetske strukture sistema nano-veličine i nanostrukturirano materijala.

LURMS tim danas

Pripada školi Rumsha-Lukirsky-Zimkina velika čast i sreća. Trenutno u laboratoriji rade uglavnom učenici Tatjane Mihajlovne i učenici njenih učenika.

Prvi od njih je, naravno, doktor fizike i matematike. nauka, profesor Vadim Aleksejevič Fomičev. Imao je sreću da započne studentsko istraživanje pod vodstvom A.P. Lukirskyja. Vadim je odbranio diplomu u decembru 1964. Bistra, talentovana i entuzijastična osoba, 1967. godine odbranio je doktorsku disertaciju na temu „Proučavanje energetske strukture binarnih jedinjenja lakih elemenata pomoću ultrameke rendgenske spektroskopije“. A 1975. - njegova doktorska disertacija „Ultramekana rendgenska spektroskopija i njena primjena u proučavanju energetske strukture čvrstih tijela. Pod njegovim vodstvom lansiran je spektrometar RSL-1500, najnoviji razvoj A.P. Lukirskog, a savladane su i unapređene sve metode ultrameke rendgenske spektroskopije. Godine 1976. Vadim Aleksejevič je dobio titulu laureata nagrade Lenjin Komsomol u oblasti nauke i tehnologije. Kao i Tatjana Mihajlovna, 1988. postao je laureat Ruske državne nagrade za

Dfmn, profesor V.A. Fomičev

razvoj tehnologije i metoda rendgenskih spektralnih istraživanja, odlikovan Ordenom znaka časti i medaljama.

Vadim Aleksejevič je mnogo godina posvetio administrativnom radu. Najprije kao zamjenik dekana Odsjeka za fiziku, a potom, u najtežim godinama, od 1978. do 1994. godine radio je kao direktor Istraživačkog instituta za fiziku. V.A. Foka (Zavod je tada bio samostalno pravno lice). Sada je zamjenik prorektora Državnog univerziteta u Sankt Peterburgu, ali ne prekida veze s laboratorijom. Na fotografiji je Vadim Aleksejevič uhvaćen na seminaru odjela.

Starešina naučno-pedagoške radionice LURMS-a je neumorni i veseli kandidat fizičko-matematičkih nauka, vanredni profesor i viši naučni saradnik Evgenij Pavlovič Savinov. Imao je sreću da da značajan doprinos razvoju projekta A.P. Lukirskog. Zajedno sa M.A. Rumshom, V.N. Shchemelevom, O.A. Eršovom i drugima, učestvovao je u mjerenjima kvantnog prinosa različitih materijala za odabir efikasnih mekih detektora X-zraka, kao i u eksperimentima za proučavanje refleksivnosti prevlaka za spektrometre optičkih elemenata.

Kfmn, docent, Viši istraživač E.P. Savinov

Proučavanje fenomena vanjskog rendgenskog fotoelektričnog efekta postalo je dugo godina glavno polje aktivnosti Evgenija Pavloviča. Njegova doktorska teza (1969) bila je posvećena proučavanju statistike rendgenskog fotoelektričnog efekta.

Prekidi u naučno-nastavnoj djelatnosti na Univerzitetu nastali su samo zbog potrebe da se na afričkom kontinentu posije racionalno, dobro i vječno. To ga, međutim, nije spriječilo da odgaja dva sina fizičara. Poslednjih godina Evgenij Pavlovič se uspešno bavio novim radom u oblasti ultrameke rendgenske spektroskopije.

Još jedan učenik Tatjane Mihajlovne, Fomičeve drugarice iz razreda, kandidata fizičkih i matematičkih nauka, vanrednog profesora Irine Ivanovne Ljahovske, takođe je počeo da radi kao student kod Andreja Petroviča. Područje njenog naučnog interesovanja bila je elektronska struktura kompleksa

jedinjenja prelaznih metala. Bila je uključena u mnoge pionirske studije u oblastima apsorpcione spektroskopije rendgenskih zraka, ultra-meke rendgenske emisione spektroskopije, meke emisije rendgenskih zraka i spektroskopije refleksije. Odlikovala se izuzetnom temeljitošću i promišljenošću svog istraživanja.

Posljednjih godina Irina Ivanovna je sve svoje najbolje kvalitete posvetila organizacionom i metodičkom radu na fizičkom fakultetu i odsjeku, donoseći velike i visoko cijenjene koristi. Tokom godina predanog rada za dobrobit katedre, pomladila se, stekla poštovanje kolega i ljubav studenata.

Aleksandar Stepanovič Vinogradov, doktor fizike i matematike. nauke, profesor, postao

Dfmn, profesor A.S. Vinogradov

vođa generacije koja nije vidjela A.P. Lukirskyja. Svoj naučni rad započeo je pod vodstvom T.M. Zimkine. Glavno područje njegovih naučnih interesovanja je proučavanje obrazaca formiranja spektra apsorpcije rendgenskih zraka i njihova upotreba za proučavanje karakteristika elektronske i atomske strukture poliatomskih objekata. Rezultati refleksije i istraživanja sažeti su u njegovoj doktorskoj disertaciji „Rezonancije oblika u finoj strukturi bliskog polja ultramekih rendgenskih apsorpcionih spektra molekula i čvrstih tela“ (1988).

Posljednjih godina predmeti istraživanja A.S. Vinogradova postali su različiti nanostrukturirano materijala i koordinacionih spojeva atoma prijelaznih elemenata (cijanidi, porfirini, ftalocijanini, saleni), a paleta istraživačkih tehnologija popunjena je metodama elektronske (fotoelektronske i Augerove) spektroskopije i fluorescencije. U istraživačkoj praksi koristi samo opremu centara za sinhrotronsko zračenje.

doktor fizike .- Matematičke nauke, profesor Aleksandar Sergejevič Šulakov pojavio se na LURMS-u 3 godine kasnije od A.S. Vinogradova. Njegov prvi mentor bio je V. A. Fomičev i

tema koja je odredila dalje strasti bila je ultrameka rendgenska emisiona spektroskopija čvrstih materija. Rendgenska spektroskopija pobuđena elektronskim snopovima je možda najkompleksnija i najhirovitija metoda u porodici metoda rendgenske spektroskopije. Stoga je postizanje uspjeha na ovom polju posebno časno.

Nakon odbrane doktorske disertacije, Aleksandar Sergejevič je promenio svoje tradicionalno polje istraživanja u potrazi za novim metodama za dobijanje informacija o elektronskoj strukturi čvrstih tela. Njegova doktorska disertacija “Ultrameka rendgenska emisiona spektroskopija sa promjenjivom energijom pobude” (1989) sažela je prve rezultate ove pretrage. Smjer se pokazao plodonosnim, a razvija se i danas. Od dostignuća, najveće zadovoljstvo autora je otkriće fenomena polarizacije atoma kočnog zračenja i rezonantne inverzne fotoemisije, kao i prva u svijetu registracija rendgenskih emisionih traka na površini monokristala rijetkih zemnih metala.

1992. godine A.S. Shulakov je izabran za šefa ETT odjela i imenovan za načelnika LUMRS-a.

Sljedeća generacija LURMS tima izvršila je svoje prvo i kandidatsko istraživanje uz učešće i vodstvo T.M. Zimkine. Ali većinu svog kreativnog života i doktorskog istraživanja proveli su bez Tatjane Mihajlovne. Ovo su A.A. Pavlychev i E.O. Filatova.

doktor fizike .- Matematičke nauke, profesor Andrej Aleksejevič Pavličev je jedini „čisti“ teoretičar odeljenja. Njegovi prvi mentori bili su T.M. Zimkina i A.S. Vinogradov. Andrey je od malih nogu pokazivao sklonost teoretskom radu bez prašine i dobio je priliku da savlada metode teorijske analize spektra fotojonizacija apsorpcija molekula X-zraka.

Andrey je u potpunosti iskoristio ovu priliku.

Prateći tradicionalni put, brzo je uočio da općeprihvaćeni koncepti slabo odražavaju glavnu specifičnost fotojonizacije unutrašnje ljuske atoma, koja se sastoji u formiranju prostorno visoko lokaliziranih pobuda koje su vrlo osjetljive na poredak kratkog dometa u čvrstom tijelu.

Kvaziatomski model koji je razvio A.A. Pavlychev temelji se na atomskom fotoelektričnom efektu, čija je spektralna i kutna ovisnost iskrivljena utjecajem vanjskog polja stvorenog od strane svih susjednih atoma. Glavne odredbe modela autor je iznio u svojoj doktorskoj disertaciji „Kvazijatomska teorija apsorpcionih spektra rendgenskih zraka i jonizacija unutrašnjih elektronskih omotača poliatomskih sistema“, uspješno odbranjenoj 1994. godine. Ovaj fleksibilni model često omogućava rješavanje složenih problema u analitičkom obliku koji su teško podložni tradicionalnim teorijskim metodama. Sada je model dobio široko međunarodno priznanje, ali rad na njegovom poboljšanju se nastavlja i ostaje tražen i plodonosan.

Glavna naučna specijalizacija doktora fizičko-matematičkih nauka, profesorke Elene Olegovne Filatove od studentskih godina je reflektometrija u oblasti mekog rendgenskog zračenja. Uz pomoć svojih prvih mentora, T.M. Zimkine i A.S. Vinogradova, uspjela je obnoviti ovaj naučni pravac, koji se uspješno razvijao u vrijeme A.P. Lukirskog.

Elena je uložila mnogo truda da dobije apsolutne vrijednosti optičkih konstanti. (Kao što znate, mjerenje apsolutnih vrijednosti nečega u fizici je ekvivalentno podvigu). Međutim, ovaj rad je sugerirao Eleni Olegovnoj da su mogućnosti reflektometrije daleko od toga da budu ograničene na ovu vrstu mjerenja. Postalo je očito da se može pretvoriti u spektroskopiju refleksije rendgenskih zraka i raspršenja, što omogućava dobivanje različitih informacija o elektronskoj i atomskoj strukturi stvarnih i nanostrukturirano materijala. Razvoj ovog novog pravca spektroskopije mekih rendgenskih zraka bio je posvećen doktorskom radu E. O. Filatove „Spektroskopija zrcalne refleksije i raspršivanja mekog rendgenskog zračenja na površinama čvrstih tijela“ (2000).

Rad grupe Elene Olegovne harmonično kombinuje mogućnosti laboratorijskog spektrometra RSM-500, modificiranog za obavljanje spektralno-kutnih ovisnosti refleksije, raspršenja i izlaza fotoelektričnog efekta, te korištenje opreme iz centara sinhrotronskog zračenja u inostranstvu.

Priznanje visokog nivoa rada Elene Olegovne bio je njen poziv u Naučnu komisiju najreprezentativnije zajedničke međunarodne konferencije o fizici ultraljubičastog zračenja - rendgenskim i intraatomskim procesima u materiji ( VUV-X).

Mlađa generacija zaposlenih nije poznavala T.M. Zimkina. Ovo su A.G.Ljalin i A.A.Sokolov.

Andrey Gennadievich Lyalin, kandidat fizičko-matematičkih nauka, viši istraživač na LUMRS-u, s mukom i upornošću završio je odličnu eksperimentalnu tezu

rade pod vodstvom A.S. Shulakova. Posvećen je proučavanju čudnog linijskog spektra zračenja koji se javlja u području od 8 – 15 eV kada se određeni broj rijetkih zemnih metala i alkalnih hidroksida ozrači elektronima.

Međutim, besprijekorno izvođenje jedinstvene eksperimentalne studije pokazalo je da Andrey, u smislu svog unutrašnjeg potencijala, više gravitira teorijskom radu. Stoga je već na postdiplomskim studijama zamoljen da stvori teoriju kočnog polarizacije atoma. Uz pomoć teoretičara iz grupe M. Ya. Amusya, Andrej se brzo navikao na novo polje i počeo da daje zanimljive rezultate, sažete u svojoj doktorskoj tezi „Teorija polarizacije atomske polarizacije retkih zemnih metala ” (1995).

Ovaj rad je pokrenuo njegovo interesovanje za opštu teoriju džinovskih rezonancija u viševolumnim sistemima. Veoma talentovan i efikasan, Andrej Genadijevič, predsednički stipendista tokom studentskih i diplomskih godina, počeo je lako da osvaja međunarodne grantove i uspeo je da radi u najboljim teorijskim grupama u Nemačkoj, Engleskoj i SAD. On je i dalje odgovoran u LUMRS-u za razvoj teorije elektronske strukture klastera i njihove interakcije sa česticama i zračenjem.

Andrej Aleksandrovič Sokolov, kandidat fizičko-matematičkih nauka, asistent na katedri ETT, radi u grupi E.O. Filatova. Kao i Andrej Ljalin, bio je predsednički stipendista, ali njegov element je eksperimentisanje.

Andrej je veoma živa, aktivna i organizovana osoba. Uspješno se nosi kako sa laboratorijskom opremom koja zahtijeva posebno pažljivo održavanje i modernizaciju, tako i sa različitim instalacijama centara za sinhrotronsko zračenje. Godine 2010. odbranio je diplomski rad „Proučavanje elektronske i atomske strukture međufaznih granica nanoslojeva sintetizovanih na silicijumu“. Ima vrlo visok potencijal u postavljanju i provođenju složenih eksperimentalnih studija.

Slika 7 pokazuje koje informacije se mogu dobiti o molekularnim gasovima, adsorbentima, površini čvrstih materija, premazima, skrivenim međufaznim granicama, svojstvima čvrstih materija u masi i svojstvima različitih tipova međuprostora korišćenjem metoda ultrameke rendgenske spektroskopije. Ova brojka jasno pokazuje svestranost i jedinstvenu informacijsku sadržinu ovih metoda, te velike izglede za njihov daljnji razvoj.

Trenutno laboratorija raspolaže sa tri spektrometra RSM-500, spektrometrima RSL-400 i RSL-1500, mernom komorom sa ravnom difrakcionom rešetkom, kristalnim monohromatorom za proučavanje fotoelektričnog efekta u uslovima dinamičkog rasejanja i drugom jedinstvenom opremom.

U proteklih 5 godina laboratorija je dobila 8 grantova RFBR-a.U protekle 3 godine objavljena su 4 članka laboratorijskog osoblja u najprestižnijem časopisu za fiziku Physical Review Letter.

Za budućnost laboratorije nesumnjivo je važno imati duboku istoriju i tradiciju, prisustvo uspostavljene i priznate naučne škole, kao i prisustvo originalnih ideja i planova među sadašnjim rukovodiocima rada. Međutim, realizacija budućnosti je u rukama mlađe generacije – zaposlenih, diplomiranih studenata i studenata.

grana spektroskopije koja proučava spektre emisije (emisije) i apsorpcije (apsorpcije) rendgenskog zračenja, odnosno elektromagnetnog. zračenje u opsegu talasnih dužina 10 -2 -10 2 nm. R.s. koristi se za proučavanje prirode hemikalija. veze i količine. analiza supstanci (rendgenska spektralna analiza). Uz pomoć R. s. možete proučavati sve elemente (počevši od Li) u jedinjenjima, koja se nalaze u bilo kom stanju agregacije.

Spektri rendgenskih zraka nastaju zbog unutrašnjih prelaza elektrona. ljuske atoma. Postoje kočnice i karakteristike. rendgensko zračenje. Prvi se događa kada nabijene čestice (elektroni) bombardiraju metu u rendgenskim cijevima su usporene i imaju kontinuirani spektar. Karakteristično zračenje emituju ciljni atomi kada se sudare sa elektronima (primarno zračenje) ili sa rendgenskim fotonima (sekundarno ili fluorescentno zračenje). Kao rezultat ovih sudara sa jednim od internih. ( K-, L- ili M-) ljuske atoma, elektron izleti i formira se prazno mjesto koje popunjava elektron iz druge (unutrašnje ili vanjske) ljuske. U ovom slučaju, atom emituje rendgenski kvant.

Usvojen u R. s. Oznake prelaza prikazane su na sl. 1. Svi energetski nivoi sa glavnim kvantnim brojevima n= 1, 2, 3, 4... su označeni u skladu sa tim. K, L, M, N...; Energetskim podnivoima sa istim h dodijeljeni su sekvencijalni numerički indeksi po rastu energije, na primjer. M 1, M 2, M 3, M 4, M 5 (sl. 1). Svi prelazi na K-, L- ili M-nivoi se nazivaju prelazima K-, L- ili M-serija ( K-, L- ili M-prijelazi) i označeni su grčkim slovima (a, b, g...) s brojčanim indeksima. Općenito prihvaćena dijeta. Ne postoje pravila za imenovanje prijelaza. Naib. intenzivni prelazi se javljaju između nivoa koji zadovoljavaju uslove: Dl = 1, Dj = 0 ili 1 (j = lb 1 / 2), Dn .0. Karakteristično rendgenski spektar ima linijski karakter; svaka linija odgovara određenom prijelazu.

Rice. 1. Najvažniji rendgenski prijelazi.

Pošto bombardovanje elektrona izaziva raspad materije, pri analizi i proučavanju hemije. veze, sekundarno zračenje se koristi, kao, na primjer, u rendgenskoj fluorescentnoj analizi (vidi dolje) i u Rentgenska fotoelektronska spektroskopija. Samo u rendgenskoj mikroanalizi (vidi. Metode elektronske sonde) koriste primarne rendgenske spektre, budući da se snop elektrona lako fokusira.

Dijagram uređaja za dobijanje rendgenskih spektra prikazan je na sl. 2. Izvor primarnog rendgenskog zračenja je rendgenska cijev. Za razlaganje rendgenskog zračenja u spektar po talasnoj dužini koristi se kristalni analizator ili difrakcija. rešetka. Rezultirajući rendgenski spektar se snima na rendgenskom fotografskom filmu pomoću jonizacije. kamere, specijalne brojači, poluprovodnički detektor itd.

Spektri apsorpcije rendgenskih zraka povezani su s prijelazom elektrona u unutrašnjost. ljuske u pobuđene ljuske (ili zone). Da bi se dobili ovi spektri, između rendgenske cijevi i kristala analizatora (slika 2) ili između kristala analizatora i uređaja za snimanje postavlja se tanak sloj apsorbirajuće tvari. Spektar apsorpcije ima oštru granicu niske frekvencije, na kojoj dolazi do skoka apsorpcije. Poziva se dio spektra prije ovog skoka, kada se prijelaz dogodi u području prije praga apsorpcije (tj. u vezana stanja). strukture kratkog dometa apsorpcionog spektra i kvazilinijske je prirode sa dobro definisanim maksimumima i minimumima. Takvi spektri sadrže informacije o slobodnim pobuđenim stanjima hemikalije. veze (ili provodne trake u poluprovodnicima).

Rice. 2. Dijagram rendgenskog spektrometra: 1-rendgenska cijev; 1a-izvor elektrona (termoemisiona katoda); 1 b- cilj (anoda); 2-proučeni predmet; 3 - analizator kristala; 4-uređaj za snimanje; hv 1 - primarno rendgensko zračenje; hv 2 - sekundarno rendgensko zračenje; hv 3 - registrovano zračenje.

Dio spektra izvan praga apsorpcije, kada se prijelaz dogodi u stanju kontinuiranih energetskih vrijednosti, naziva se. fina struktura dugog dometa apsorpcionog spektra (EXAFS-extended apsorption fine structure). U ovom području, interakcija elektrona uklonjenih iz atoma koji se proučava sa susjednim atomima dovodi do malih fluktuacija u koeficijentu. apsorpcije, a minimumi i maksimumi se pojavljuju u rendgenskom spektru, udaljenosti između njih su povezane s geo. strukturu apsorbujuće supstance, prvenstveno sa međuatomskim rastojanjima. EXAFS metoda se široko koristi za proučavanje strukture amorfnih tijela, gdje se koriste konvencionalne metode difrakcije. metode nisu primjenjive.

Energija rendgenskih prijelaza između unutrašnjih elektronski nivoi atoma u vezi. zavise od efektivnog naboja q atoma koji se proučava. Pomak DE apsorpcione linije atoma datog elementa u vezi. u poređenju sa apsorpcionom linijom ovih atoma u slobodnom. stanje je povezano s vrijednošću q. Zavisnost u opštem slučaju je nelinearna. Na osnovu teorijskih zavisnosti DE od q za dekomp. joni i eksperimenti. vrijednosti DEv konn. može se odrediti q. Vrijednosti q istog elementa u različitim hemikalijama. conn. zavise i od oksidacionog stanja ovog elementa i od prirode susjednih atoma. Na primjer, naboj S(VI) je +2,49 u fluorosulfonatima, +2,34 u sulfatima, +2,11 u sulfonskim kiselinama; za S(IV): 1,9 u sulfitima, 1,92 u sulfonima; za S(II): od Ch1 do Ch0,6 u sulfidima i od Ch0,03 do O u polisulfidima K 2 S x(x= 3-6). Mjerenje DE pomaka Ka linije elemenata 3. perioda omogućava vam da odredite stepen oksidacije potonjeg u hemikaliji. konn., au nekim slučajevima i njihovu koordinaciju. broj. Na primjer, prijelaz iz oktaedra. na tetra-edrich. raspored 0 atoma u vezi. Mg i A1 dovode do primjetnog smanjenja DE vrijednosti.

Da bi se dobili spektri emisije rendgenskih zraka, tvar se ozračuje primarnim rendgenskim kvantima hv 1 da se otvori konkurs za interne ljuske, ovo prazno mjesto je popunjeno kao rezultat prijelaza elektrona iz druge unutrašnje ili vanjske ljuske, što je praćeno emisijom sekundarnog rendgenskog kvanta hv 2, koji je snimljen nakon refleksije od kristala analizatora ili difrakcije. rešetke (slika 2).

Prijelazi elektrona iz valentnih ljuski (ili traka) u slobodna mjesta iznutra. ljuska odgovara tzv. poslednje linije emisionog spektra. Ove linije odražavaju strukturu valentnih ljuski ili traka. Prema pravilima selekcije, prelazak na školjke Ki L 1 moguć iz valentnih ljuski, u čijem formiranju učestvuju p-stanja, prelazak na ljuske L 2 i L 3 -c valentne ljuske (ili trake) u čijem formiranju učestvuju s- i d-stanje atoma koji se proučava. Zbog toga Ka-linija elemenata 2. perioda u vezi. daje ideju o raspodjeli energije elektrona 2p orbitala elementa koji se proučava, Kb 2 - linija elemenata 3. perioda - o raspodjeli elektrona 3p orbitala, itd. Linija Kb 5 u koordinacijskim spojevima. elementi 4. perioda nose informacije o elektronskoj strukturi liganada koordinisanih sa atomom koji se proučava.

Proučavanje tranzicija raznih. serije u svim atomima koji formiraju spoj koji se proučava, omogućava nam da detaljno odredimo strukturu valentnih nivoa (ili traka). Posebno vrijedne informacije dobijaju se kada se uzme u obzir kutna ovisnost intenziteta linije u emisionim spektrima monokristala, budući da korištenje polariziranog rendgenskog zračenja u ovom slučaju uvelike olakšava interpretaciju spektra. Intenzitet linija rendgenskog emisionog spektra proporcionalan je populacijama nivoa sa kojih se prelazi, a samim tim i kvadratima koeficijenta. linearna kombinacija atomskih orbitala (vidi Molekularne orbitalne metode). Na tome se zasnivaju metode za određivanje ovih koeficijenata.

Analiza rendgenske fluorescencije (XRF) zasniva se na zavisnosti intenziteta linije spektra rendgenske emisije o koncentraciji odgovarajućeg elementa, koji se široko koristi za količine. analiza dif. materijala, posebno u crnoj i obojenoj metalurgiji, industriji cementa i geologiji. U ovom slučaju se koristi sekundarno zračenje, jer primarni metod pobuđivanja spektra, uz razgradnju supstance, dovodi do loše ponovljivosti rezultata. XRF se odlikuje brzinom i visokim stepenom automatizacije. Granice detekcije, u zavisnosti od elementa, sastava matrice i spektrometra koji se koristi, su unutar 10 -3 -10 -1%. Svi elementi se mogu odrediti, počevši od Mg u čvrstoj ili tečnoj fazi.

Intenzitet fluorescencije i element koji se proučava ne zavisi samo od njegove koncentracije u uzorku, ali i na koncentracije drugih elemenata , jer doprinose i apsorpciji i pobuđivanju fluorescencije elementa i (matrični efekat). Osim toga, na izmjerenu vrijednost i render creatures. uticaj površine uzorka, distribucije faza, veličine zrna itd. Da bi se ovi efekti uzeli u obzir, koristi se veliki broj tehnika. Najvažniji od njih su empirijski. eksterne i interne metode standard, korištenje pozadine raspršenog primarnog zračenja i metoda razrjeđivanja.

U ekst. standardna koncentracija nepoznatog elementa C i određuje se poređenjem intenziteta i sa sličnim vrijednostima I st standardnih uzoraka, za koje su poznate vrijednosti koncentracije C st elementa koji se utvrđuje. pri čemu: C i= C st i/I st. Metoda omogućava da se uzmu u obzir korekcije povezane s opremom, međutim, da bi se precizno uzeo u obzir utjecaj matrice, standardni uzorak mora biti po sastavu blizak onom koji se analizira.

U internoj metodi standarda, određena količina D se dodaje analiziranom uzorku C i element koji se određuje, što dovodi do povećanja intenziteta D i. U ovom slučaju: C i = i D C i/D i. Metoda je posebno efikasna pri analizi materijala složenog sastava, ali postavlja posebne zahtjeve za pripremu uzoraka sa aditivima.

Upotreba raspršenog primarnog zračenja zasniva se na činjenici da je u ovom slučaju omjer intenziteta fluorescencije i elementa koji se određuje do intenziteta pozadine uglavnom zavisi I f. od i malo zavisi od koncentracije drugih elemenata Sa j.

U metodi razblaživanja, uzorku koji se proučava dodaju se velike količine slabog apsorbera ili male količine jakog apsorbera. Ovi aditivi bi trebali smanjiti učinak matrice. Metoda razblaživanja je efikasna u analizi vodenih rastvora i uzoraka složenog sastava, kada je metoda interna. standard nije primjenjiv.

Postoje i modeli za podešavanje izmjerenog intenziteta i na osnovu intenziteta j ili koncentracije ostali elementi. Na primjer, vrijednost predstavljeno u obliku:

vrijednosti a, b i d su pronađeni metodom najmanjih kvadrata na osnovu izmjerenih vrijednosti i I j u nekoliko standardnih uzoraka sa poznatim koncentracijama elementa koji se određuje . Modeli ovog tipa se široko koriste u serijskim analizama na XRF instalacijama opremljenim računarom.

Lit.: Barinski R.L., Nefedov V.I., rendgensko spektralno određivanje naboja atoma u molekulima, M., 1966; Nemoshkalenko V.V., Aleshin V.G., Teorijske osnove rendgenske emisione spektroskopije, K., 1979; Rendgenski spektri molekula, Novosibirsk, 1977; Analiza rendgenske fluorescencije, priredio X. Erhardt, trans. iz njemačkog, M., 1985; Nefedov V.I., Vovna V.I., Elektronska struktura hemijskih jedinjenja, M., 1987.

"X-RAY SPEKTROSKOPIJA" u knjigama

Politika spektroskopije

Iz knjige Churchill autor Bedarida Francois

Spektroskopija političara Do sada je Winston bio uspješan. U međuvremenu, 20. vijek je tek došao na svoje i bilo je prerano za procjenu Winstonove uloge, njegove težine u političkom životu tog doba, kao i njegovih izgleda za budućnost. Ko je, u suštini, bio ovako bistar,

Spektroskopija

Iz knjige Istorija lasera autor Bertolotti Mario

Spektroskopija Ako sada pređemo na fundamentalnije primjene, treba spomenuti spektroskopiju. Kada su izumljeni laseri na boji i postalo je očigledno da njihove talasne dužine mogu da variraju u velikoj meri u nekom datom opsegu, odmah je bilo

Rendgen kamera

autor Tim autora

Rendgenska kamera Rendgen kamera je uređaj za proučavanje strukture atoma u rendgenskoj strukturnoj analizi. Metoda se zasniva na difrakciji rendgenskih zraka i njihovom prikazu na fotografskom filmu. Pojava ovog uređaja postala je moguća tek nakon toga

Rendgenska cijev

Iz knjige Velika enciklopedija tehnologije autor Tim autora

Rendgenska cijev Rendgenska cijev je električni vakuum uređaj koji služi kao izvor rendgenskog zračenja. Takvo zračenje se pojavljuje kada se elektroni koje emituje katoda uspore i udare u anodu; u ovom slučaju energija elektrona, njihova brzina

ULTRAVIOLETNA I RTG ASTRONOMIJA

Iz knjige Astronomija od autora Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (SP) autora TSB

Spektroskopija

Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (SP) autora TSB

Energija k-ivica apsorpcije za određeni broj hemijskih elemenata

Interakcija rendgenskih zraka

Interakcija zračenja u ultraljubičastom, infracrvenom i vidljivom spektru

Interakcija zračenja u vidljivom spektralnom opsegu sa materijom

Interakcija infracrvenog zračenja sa materijom

Interakcija radiofrekventnog zračenja

Poglavlje 2. Metoda masene spektroskopije za ispitivanje metala, legura i otpada

2.1. Fizička suština metode masene spektroskopije sa laserskom jonizacijom materije

Maseni spektrograf sa dvostrukim fokusiranjem i fotometrijska kriva ovog spektrograma (b) i područje masenog broja

2.2. Principi interakcije impulsnog laserskog zračenja sa ciljnom materijom

2.3. Vrste lasera i njihovi parametri

2.4. Metoda masene spektroskopije sa laserskom jonizacijom materije

2.5. Maseni spektrometri – alati za praćenje metala, legura i otpada

2.6. Vrste analizatora mase koji se koriste u masenom spektrometru

2.7. Osnove metoda za identifikaciju elementarnog sastava tvari pomoću laserskog ionizatora i dinamičkog analizatora mase za vrijeme leta

2.8. Emisioni spektroskopi za stručnu spektralnu analizu crnih i obojenih metala

2.8.1. Višekanalni emisioni spektrometar dsf-71 (ls-1000)

Komponente uređaja imaju sljedeće karakteristike:

Specifikacije

2.8.2. Višekanalni emisioni spektrometar serije MFS

specifikacije:

Jedinstveni sistem upravljanja i registracije:

Pitanja za samotestiranje za Poglavlje 2

Poglavlje 3. Fizičke osnove ispitivanja γ-fluorescencije metala, legura, otpada

3.1. X-zrake

3.2. Spektri X-zraka

rendgenska spektroskopija

Rendgenska oprema. Rendgen kamera i rendgenska cijev

Rendgenski goniometar

3.6. Rentgenski difraktometar

3.7. Vakuum za skeniranje rendgenske fluorescencije kristalne difrakcije “Spectroscan-V”

3.8. rendgenski fluorescentni kristalno-difrakcijski skenirajući spektrometar, prijenosni "Spectroscan"

3.9. Prijenosni spektrometar rendgenske fluorescencije kristalno difrakcijski skenirajući "Spectroscan-lf"

3.10. Osnove metoda za identifikaciju elementarnog sastava nepoznate supstance i određivanje koncentracije sastojaka metodom analize gama fluorescencije

3.11. Metodologija za rendgensku spektralnu analizu čelika bez standarda

3.11.1. Metodologija za analizu ugljeničnih čelika

3.11.2. Metodologija za određivanje sadržaja metala u vodama za piće, prirodnim i otpadnim vodama pri analizi na sorpcionim celuloznim detat filterima

3.11.3. Metodologija za određivanje sadržaja metala u praškastim uzorcima tla

Pitanja za samotestiranje za Poglavlje 3

Poglavlje 4. Instrumenti i metode za carinsku kontrolu sastava metala, legura, otpada primenom metoda vrtložne struje

4.1. Osnove teorije vrtložnih struja

4. 2. Distribucija vrtložnih struja

4.3. Karakteristike materije i polja

4.4. Fizički principi metode vrtložnih struja (vati)

4.5. Primjena i klasifikacija metoda vrtložnih struja

Senzori i karakteristični fizički procesi

4.7. Neki tipični dizajni senzora

Kontrola i utjecaj nečistoća na električnu provodljivost pojedinih metala

bakar (b)

Električna provodljivost i temperaturni koeficijent nekih

4.9. Metode i instrumenti za mjerenje električne provodljivosti nemagnetnih metala

4.10. Opće odredbe. Postupak mjerenja

4.11. Elementi metodologije istraživanja i izbor materijala za kontrolu

Pitanja za samotestiranje za Poglavlje 4

Poglavlje 5. Ultrazvučne metode za ispitivanje metala, legura, otpada i ruda

5.1. Klasifikacija metoda akustičke kontrole

5.2. Ultrazvučna oprema

Priprema za kontrolu

Kontrolni postupak

5.3. Ultrazvučna oprema u ispitivanju bez razaranja

5.4. Ultrazvučni pretvarači

5.5. Određivanje vrste metala, legure, otpada merenjem brzine prostiranja elastičnih talasa

Pitanja za samotestiranje za Poglavlje 5

Poglavlje 6. Klasifikacija radiometrijskih metoda za praćenje sastava ruda

6.1. Metode za određivanje elementarnog sastava minerala sekundarnom radijacijskom spektrometrijom

6.2. Metode zasnovane na interakciji gama ili rendgenskog zračenja sa elektronskim omotačima atoma ili jezgrima atoma elemenata

6.3. Metode zasnovane na spektrometriji gama zračenja koje nastaje raznim nuklearnim reakcijama neutrona sa materijom

Metode za određivanje prirodne radioaktivnosti stijena koje sadrže radioaktivne elemente

6.5. Luminescentne metode praćenja sastava ruda

6.6. Fotometrijske metode za praćenje sastava ruda

6.7. Radiotalasne metode za kontrolu rude

6.8. Tehnologija sortiranja rude

Pitanja za samotestiranje za Poglavlje 6

Zaključak

Bibliografija:

Predmetni indeks

Sadržaj

191186, Sankt Peterburg, ul. Milionnaja, 5

1. rendgenska spektroskopija

Rendgenska spektroskopija, dobijanje spektra emisije i apsorpcije rendgenskih zraka i njihova primjena u proučavanju elektronske energetske strukture atoma, molekula i čvrstih tijela. Rendgenska spektroskopija uključuje i rendgensku elektronsku spektroskopiju, tj. spektroskopija rendgenskih foto- i Auger elektrona, proučavanje zavisnosti intenziteta kočnog zračenja i karakterističnih spektra od napona na rendgenskoj cevi (metoda izohromata), spektroskopija ekscitacionih potencijala.

Spektri emisije rendgenskih zraka dobijaju se ili bombardiranjem supstance koja se proučava, koja služi kao meta u rendgenskoj cijevi, ubrzanim elektronima (primarni spektri), ili zračenjem tvari primarnim zracima (fluorescentni spektri). Emisioni spektri se snimaju rendgenskim spektrometrima. Proučavaju se ovisnošću intenziteta zračenja o energiji rendgenskog fotona. Oblik i položaj rendgenskih emisijskih spektra pružaju informacije o energetskoj distribuciji gustoće stanja valentnih elektrona i omogućavaju eksperimentalno otkrivanje simetrije njihovih valnih funkcija i njihove distribucije između snažno vezanih lokaliziranih elektrona atoma i putujućih elektrona. elektrona čvrstog tela.

Spektri apsorpcije rendgenskih zraka formiraju se prolaskom uskog dijela spektra kočnog zračenja kroz tanak sloj supstance koja se proučava. Proučavanjem zavisnosti koeficijenta apsorpcije rendgenskog zračenja od strane supstance od energije rendgenskih fotona dobija se informacija o energetskoj distribuciji gustine slobodnih elektronskih stanja. Spektralni položaji granice apsorpcionog spektra i maksimumi njegove fine strukture omogućavaju pronalaženje višestrukosti ionskih naboja u spojevima (u mnogim slučajevima se može odrediti pomacima glavnih linija emisionog spektra). Rendgenska spektroskopija takođe omogućava da se ustanovi simetrija neposrednog okruženja atoma i da se proučava priroda hemijske veze. Rendgenski spektri, koji nastaju bombardovanjem ciljnih atoma teškim jonima visoke energije, daju informacije o distribuciji emitujućih atoma prema mnoštvu unutrašnjih jonizacija. Rentgenska elektronska spektroskopija se koristi za određivanje energije unutrašnjih nivoa atoma, za hemijsku analizu i određivanje valentnih stanja atoma u hemijskim jedinjenjima.

1. Rendgenska oprema. Rendgen kamera i rendgenska cijev

Rendgenska kamera je uređaj za proučavanje ili praćenje atomske strukture uzorka snimanjem na fotografski film uzorka koji se pojavljuje tokom difrakcije rendgenskih zraka na uzorku koji se proučava. Rendgenska kamera se koristi u rendgenskoj strukturnoj analizi. Svrha rendgenske kamere je da osigura da su ispunjeni uslovi za difrakciju rendgenskih zraka i da se dobiju rendgenske slike.

Izvor zračenja za rendgensku kameru je rendgenska cijev. Rendgenske kamere mogu biti strukturno različite u zavisnosti od specijalizacije kamere (rendgenska kamera za proučavanje monokristala, polikristala; rendgenska kamera za dobijanje rendgenskih slika pod malim uglom, rendgenska kamera za rendgensku topografiju , itd.). Sve vrste rendgenskih kamera sadrže kolimator, jedinicu za instalaciju uzorka, kasetu sa fotografskim filmom, mehanizam za pomicanje uzorka (a ponekad i kasete). Kolimator formira radni snop primarnog zračenja i predstavlja sistem proreza (rupa), koji zajedno sa fokusom rendgenske cijevi određuju smjer i divergenciju snopa (tzv. geometrija metode) . Umjesto kolimatora, na ulazu kamere može se ugraditi monohromatorski kristal (ravni ili zakrivljeni). Monohromator bira rendgensko zračenje određenih talasnih dužina u primarnom snopu; sličan efekat se može postići ugradnjom selektivno apsorbujućih filtera u komoru.

Jedinica za instalaciju uzorka ga učvršćuje u držač i postavlja njegov početni položaj u odnosu na primarnu gredu. Služi i za centriranje uzorka (dovođenje do ose rotacije), au rendgenskoj komori za proučavanje monokristala služi i za naginjanje uzorka na goniometrijskoj glavi (slika 3.4.1). Ako uzorak ima oblik ploče, onda je pričvršćen na prilagođene vodilice. Ovo eliminira potrebu za dodatnim centriranjem uzorka. U rendgenskoj topografiji velikih monokristalnih pločica, držač uzorka se može prevesti (skenirati) sinhrono sa pomakom filma uz održavanje kutne pozicije uzorka.

Sl.3.4.1. Goniometrijska glava: O – uzorak, D – lučne vodilice za naginjanje uzorka u dva međusobno okomita smjera; MC – mehanizam za centriranje uzorka, koji služi za postavljanje središta lukova u kojima se uzorak nalazi na os rotacije kamere

Kaseta rendgenske kamere koristi se za davanje fotografskog filma potrebnog oblika i za zaštitu od svjetlosti. Najčešće su kasete ravne i cilindrične (obično koaksijalne s osi rotacije uzorka; za metode fokusiranja uzorak se postavlja na površinu cilindra). U drugim rendgenskim kamerama (npr. rendgenski goniometri, rendgenska topografska komora), kaseta se kreće ili rotira sinhrono sa kretanjem uzorka. Kod nekih rendgenskih kamera (integrišući), kaseta se takođe pomera za malu količinu sa svakim ciklusom x-zraka. Ovo dovodi do razmazivanja difrakcionog maksimuma na fotografskom filmu, usrednjavanja zabeleženog intenziteta zračenja i povećava tačnost njegovog merenja.

Kretanje uzorka i kasete koriste se u različite svrhe. Kada se polikristali rotiraju, povećava se broj kristalita koji padaju u reflektivni položaj - ispada da je linija difrakcije na uzorku difrakcije rendgenskih zraka ravnomjerno zacrnjena. Kretanje monokristala omogućava da se različite kristalografske ravni dovedu u reflektirajući položaj. U topografskim metodama, kretanje uzorka omogućava proširenje područja njegovog proučavanja. U rendgenskoj komori, gde se kaseta kreće sinhrono sa uzorkom, mehanizam za njeno kretanje je povezan sa mehanizmom za pomeranje uzorka.

Rendgenska kamera omogućava dobijanje strukture supstance kako u normalnim uslovima tako i pri visokim i niskim temperaturama, u dubokom vakuumu, atmosferi posebnog sastava, pod mehaničkim deformacijama i naprezanjima itd. Držač uzorka može imati uređaje za stvaranje potrebnih temperatura, vakuuma, pritiska, merne instrumente i zaštitu komponenti komore od neželjenih uticaja.

Rendgenske kamere za proučavanje polikristala i monokristala značajno se razlikuju. Za proučavanje polikristala možete koristiti paralelni primarni snop (Debye rendgenske kamere: slika 3.4.2, a) i divergentni (fokusirajuće rendgenske kamere: slike 3.4.2, b i c). Fokusirajuće rendgenske kamere imaju veliku brzinu mjerenja, ali rendgenske slike dobivene njima snimaju samo ograničen raspon uglova difrakcije. U ovim rendgenskim kamerama kao izvor primarnog zračenja može poslužiti izvor radioaktivnog izotopa.

Sl.3.4.2. Osnovni dijagrami rendgenskih kamera za proučavanje polikristala: a – Debajeva komora; b – fokusna komora sa zakrivljenim monohromatorskim kristalom za proučavanje uzoraka „kroz transmisiju“ (područje malih uglova difrakcije); c – kamera za fokusiranje za obrnutu fotografiju (veliki uglovi difrakcije) na ravnu kasetu. Strelice pokazuju smjer direktnih i difrakcijskih zraka. O – uzorak; F – fokus rendgenske cijevi; M – kristal monohromatora; K – kaseta sa fotografskim filmom F; L – zamka koja presreće neiskorišćeni snop rendgenskih zraka; FO – krug fokusiranja (krug duž kojeg se nalaze difrakcijski maksimumi); CL – kolimator; MC – mehanizam za centriranje uzorka

Rendgenske kamere za proučavanje mikrokristala su strukturno različite u zavisnosti od njihove namjene. Postoje kamere za orijentaciju kristala, odnosno određivanje pravca njegovih kristalografskih osa (slika 3.4.3, a). Rotaciono-oscilujuća rendgenska kamera za merenje parametara kristalne rešetke (merenjem ugla difrakcije pojedinačnih refleksija ili položaja glavnih linija) i za određivanje tipa jedinične ćelije (Sl. 3.4.3, b).

Sl.3.4.3. Osnovne šeme rendgenskih kamera za proučavanje monokristala: a – komora za proučavanje stacionarnih monokristala metodom Laue; b – rotirajuća komora.

Fotografski film pokazuje difrakcijske maksimume koji se nalaze duž linija sloja; kada se rotacija zamjenjuje vibracijom uzorka, broj refleksija na linijama sloja je ograničen rasponom vibracija. Rotacija uzorka se vrši pomoću zupčanika 1 i 2, njegove vibracije kroz kaloid 3 i polugu 4; c – Rendgen kamera za određivanje veličine i oblika jedinične ćelije. O – uzorak, GG – goniometrijska glava, γ – oreol i osa rotacije goniometrijske glave; GL – kolimator; K – kaseta sa fotografskim filmom F; CE – kaseta za snimanje epigrama (reverzno snimanje); MD – mehanizam rotacije ili vibracije uzorka; φ – oreol i osa vibracije uzorka; δ – vodilica luka za naginjanje ose goniometrijske glave

Rendgenska kamera za odvojenu registraciju difrakcijskih maksimuma (skeniranje linija slojeva) naziva se rendgenski goniometri sa foto registracijom; topografska rendgenska kamera za proučavanje poremećaja rešetke u gotovo savršenim kristalima. Monokristalne rendgenske kamere su često opremljene sistemom goniometara refleksije za mjerenje i početno postavljanje rezanih kristala.

Za proučavanje amorfnih i staklastih tijela, kao i rješenja, koriste se rendgenske kamere koje snimaju raspršenje pod malim uglovima difrakcije (reda nekoliko lučnih sekundi) u blizini primarnog snopa; Kolimatori ovakvih kamera moraju osigurati nedivergenciju primarnog snopa kako bi se zračenje raspršeno od strane objekta koji se proučava pod malim uglovima moglo izolovati. Da bi to učinili, koriste konvergenciju snopa, proširene idealne kristalografske ravni, stvaraju vakuum itd. Rendgenske kamere za proučavanje objekata mikronske veličine koriste se sa rendgenskim cijevima visokog fokusa; u ovom slučaju, udaljenost uzorak-film može biti značajno smanjena (mikrokamere).

Rendgen kamera se često naziva imenom autora metode radiografije koja se koristi u ovom uređaju.

Rentgenska cijev, električni vakuum uređaj koji služi kao izvor rendgenskog zračenja. Takvo zračenje nastaje kada se elektroni koje emituje katoda usporavaju i udare u anodu (anti-katoda); u ovom slučaju, energija elektrona ubrzana jakim električnim poljem u prostoru između anode i katode se djelimično pretvara u energiju X zraka. Zračenje rendgenske cijevi je superpozicija kočnog rendgenskog zračenja na karakteristično zračenje anodne tvari. Rentgenske cijevi razlikuju se: po načinu dobivanja protoka elektrona - sa termoionskom (zagrijanom) katodom, emisionom (vrhom) katodom, katodom bombardiranom pozitivnim jonima i sa radioaktivnim (β) izvorom elektrona; po načinu evakuacije - zapečaćeni, rastavljači, po vremenu zračenja - kontinuirani, impulsni; po tipu anodnog hlađenja - vodenim, uljnim, vazdušnim, radijacionim hlađenjem; po veličini fokusa (oblast zračenja na anodi) - makrofokalna, oštar fokus; prema obliku - prstenasti, okrugli, linijski oblik; prema metodi fokusiranja elektrona na anodu - sa elektrostatičkim, magnetskim, elektromagnetnim fokusiranjem.

Rendgenska cijev se koristi u rendgenskoj strukturnoj analizi, spektralnoj analizi, rendgenskoj spektroskopiji, rendgenskoj dijagnostici, rendgenskoj terapiji, rendgenskoj mikroskopiji i mikroradiografiji.

Najširu upotrebu u svim oblastima imaju zatvorene rendgenske cijevi sa termoionskom katodom, vodom hlađenom anodom i elektrostatičkim sistemom fokusiranja elektrona (slika 3.4.4).

Termionička katoda rendgenske cijevi je spiralna ili ravna niti od volframove žice koja se zagrijava električnom strujom. Radna površina anode - površina metalnog ogledala - nalazi se okomito ili pod određenim kutom u odnosu na tok elektrona. Za dobijanje kontinuiranog spektra visokoenergetskog i rendgenskog zračenja visokog intenziteta koriste se anode od Au i W; u strukturnoj analizi koriste se rendgenske cijevi sa anodama od Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Mo, Ag. Glavne karakteristike rendgenske cijevi su maksimalni dozvoljeni napon ubrzanja (1-500 kV), struja elektrona (0,01 mA - 1 A), specifična snaga raspršena anodom (10 - 104 W/mm2), ukupna potrošnja energije (0,002 W - 60 kW).

Sl.3.4.4. Dijagram rendgenske cijevi za strukturnu analizu: 1 - metalna anodna čašica (obično uzemljena); 2 – berilijumski prozori za rendgensku emisiju; 3 – termoelektrična katoda; 4 – staklena boca koja izoluje anodni deo cevi od katode; 5 – katodni terminali na koje se dovodi napon žarne niti, kao i visoki (u odnosu na anodu) napon; 6 – elektrostatički sistem fokusiranja elektrona; 7 – ulaz (antikatoda); 8 – cijevi za ulaz i izlaz tekuće vode koja hladi ulazno staklo

AES se zasniva na termalnoj ekscitaciji slobodnih atoma i registraciji spektra optičke emisije pobuđenih atoma:

A + E = A* = A + hγ,

gdje je: A – atom elementa; A* - pobuđeni atom; hγ – kvant emitovane svjetlosti; E je energija koju apsorbuje atom.

Izvori pobude atoma = atomizeri (vidi ranije)

Atomska apsorpciona spektroskopija

AAS se zasniva na apsorpciji zračenja u optičkom opsegu od strane nepobuđenih slobodnih atoma:

A + hγ (iz internog izvora) = A*,

gdje je: A – atom elementa; A* - pobuđeni atom; hγ – kvant svjetlosti koji je apsorbirao atom.

raspršivači – plameni, elektrotermički (vidi ranije)

Karakteristika AAS-a je prisustvo u uređaju vanjskih izvora zračenja koje karakterizira visok stepen monokromatičnosti.

Izvori zračenja – sijalice sa šupljom katodom i sijalice sa pražnjenjem bez elektroda

Atomska rendgenska spektroskopija

Metode rendgenske spektroskopije koriste rendgensko zračenje koje odgovara promjeni energije unutrašnjih elektrona.

Strukture energetskih nivoa unutrašnjih elektrona u atomskom i molekularnom stanju su bliske, pa atomizacija uzorka nije potrebna.

Budući da su sve unutrašnje orbitale u atomima popunjene, prijelazi unutrašnjih elektrona mogući su samo ako se prethodno stvori praznina zbog jonizacije atoma.

Ionizacija atoma nastaje pod utjecajem vanjskog izvora rendgenskog zračenja

Klasifikacija ARS metoda

Spektroskopija elektromagnetnog zračenja:

Analiza rendgenske emisije(REA);

Analiza apsorpcije rendgenskih zraka(RAA);

Rentgenska fluorescentna analiza(XRF).

Electronic:

Rentgenski fotoelektron(XPS);

Auger electronic(ECO).

Molekularna spektroskopija

Klasifikacija metoda:

Emisija(ne postoji) Zašto?

Apsorpcija:

Spektrofotomija (u BC i UV);

IR spektroskopija.

Luminescentna analiza(fluorometrija).

Turbidimetrija i nefelometrija.

Polarimetrija.

Refraktometrija .

Molekularna apsorpciona spektroskopija

Molekularna apsorpciona spektroskopija se zasniva na energetskim i vibracionim prelazima spoljašnjih (valentnih) elektrona u molekulima. Koristi se zračenje iz UV i vidljivih područja optičkog opsega - to je spektrofotometrija (energetski elektronski prijelazi). Koristi se zračenje iz IR područja optičkog opsega - ovo je IR spektroskopija (vibracioni prijelazi).

Spektrofotometrija

Na osnovu:

Bouguer-Lambert-Beer zakon:

Zakon aditivnosti optičkih gustoća:

A = ε 1 l C 1 + ε 2 l C 2 +….

Analiza obojenih rastvora - u BC (fotokolorimetrija);

Analiza rastvora sposobnih da apsorbuju ultraljubičasto svetlo - u UV (spektrofotometrija).

Odgovori na pitanja:

Osnovne tehnike fotometrijskih mjerenja

Metoda kalibracionog grafa.

Metoda aditiva.

Ekstrakciono-fotometrijska metoda.

Metoda diferencijalne fotometrije.

Fotometrijska titracija.

Fotometrijsko određivanje se sastoji od:

1 Pretvaranje definirane komponente u

jedinjenje koje apsorbira svjetlost.

2 Mjerenja intenziteta apsorpcije svjetlosti

(apsorpcija) sa rastvorom jedinjenja koje apsorbuje svetlost.

Primjena fotometrije

1 Supstance sa intenzivnim trakama

apsorpcija (ε ≥ 10 3) određena je sama

apsorpcija svjetlosti (BC – KMnO 4, UV – fenol).

2 Supstance koje nemaju svoje

apsorpcija svjetlosti, analizirana nakon

fotometrijske reakcije (dobijene iz

jedinjenja koja apsorbuju vetar). U n/x - reakcije

formiranje kompleksa, u o / x - sinteza organskih

boje.

3 Ekstrakcijske fotometrijske metode se široko koriste

metoda. Šta je to? Kako donijeti odluku? Primjeri.