Читать онлайн «Большая Советская Энциклопедия (ДИ)». Страница 111

  Специфика дифракции различных частиц. Атомная амплитуда рассеяния. Вследствие общности геометрических принципов дифракции теория Д. ч. многое заимствовала из развитой ранее теории дифракции рентгеновских лучей. Однако взаимодействие разного рода частиц — электронов, нейтронов, атомов и т.п. — с веществом имеет различную физическую природу. Поэтому при рассмотрении Д. ч. на кристаллах, жидкостях и т.д. существенно знать, как рассеивает различные частицы изолированный атом вещества. Именно в рассеянии частиц отдельными атомами проявляется специфика дифракции различных частиц. Например, рассеяние электронов определяется взаимодействием его электрического заряда с электростатическим потенциалом атома j(r) (r — расстояние от атома), который складывается из потенциала положительно заряженного ядра и потенциала электронной оболочки атома; потенциальная энергия этого взаимодействия U = еj(r). Рассеяние нейтронов определяется потенциалом их сильного взаимодействия с атомным ядром, а также взаимодействием магнитного момента нейтрона с магнитным моментом атома (магнитное рассеяние нейтронов; см. Нейтронография).

  Количественно рассеивающую способность атома характеризуют величиной, которая называется атомной амплитудой рассеяния f (J), где J — угол рассеяния, и определяется потенциальной энергией взаимодействия частиц данного сорта с атомами рассеивающего вещества. Интенсивность рассеяния частиц пропорциональна f2(J).

  Если атомная амплитуда известна, то, зная взаимное расположение рассеивающих центров — атомов вещества в образце (т. е. зная структуру рассеивающего образца), можно рассчитать общую картину дифракции (которая образуется в результате интерференции вторичных волн, исходящих из рассеивающих центров).

  Теоретический расчёт, подтверждённый экспериментальными измерениями, показывает, что атомная амплитуда рассеяния электронов fэ максимальна при J = 0 и спадает с увеличением J. Величина fэ зависит также от заряда ядра (атомного номера) Z и от строения электронных оболочек атома, в среднем возрастая с увеличением Z приблизительно как Z1/3 для малых J и как Z2/3 при больших значениях J, но обнаруживая колебания, связанные с периодическим характером заполнения электронных оболочек.

  Атомная амплитуда рассеяния нейтронов fH для тепловых нейтронов (нейтронов с энергией в сотые доли эв) не зависит от угла рассеяния, т. е. рассеяние таких нейтронов ядром одинаково во всех направлениях (сферически симметрично). Это объясняется тем, что атомное ядро с радиусом порядка 10-13 см является «точкой» для тепловых нейтронов, длина волны которых составляет 10-8 см. Кроме того, для рассеяния нейтронов нет явной зависимости от заряда ядра Z. Вследствие наличия у некоторых ядер так называемых резонансных уровней с энергией, близкой к энергии тепловых нейтронов, fH для таких ядер отрицательны.

  Атом рассеивает электроны значительно сильнее, чем рентгеновские лучи и нейтроны: абсолютные значения амплитуды рассеяния электронов fэ — это величины порядка 10-8 см, рентгеновских лучей — fp ~ 10-11 см, нейтронов — fH ~ 10-12 см. Т. к. интенсивность рассеяния пропорциональна квадрату амплитуды рассеяния, электроны взаимодействуют с веществом (рассеиваются) примерно в миллион раз сильнее, чем рентгеновские лучи (и тем более нейтроны). Поэтому образцами для наблюдения дифракции электронов обычно служат тонкие плёнки толщиной 10-6—10-5 см, тогда как для наблюдения дифракции рентгеновских лучей и нейтронов нужно иметь образцы толщиной в несколько мм.

  Дифракцию на любой системе атомов (молекуле, кристалле и т.п.) можно рассчитать, зная координаты их центров ri и атомные амплитуды fi для данного сорта частиц.

  Наиболее ярко эффекты Д. ч. выявляются при дифракции на кристаллах. Однако тепловое движение атомов в кристалле несколько изменяет условия дифракции, и интенсивность дифрагированных пучков с увеличением угла J в формуле (6) уменьшается. При Д. ч. жидкостями, аморфными телами или молекулами газов, упорядоченность которых значительно ниже кристаллической, обычно наблюдается несколько размытых дифракционных максимумов.

  Д. ч., сыгравшая в своё время столь большую роль в установлении двойственной природы материи — корпускулярно-волнового дуализма (и тем самым послужившая экспериментальным обоснованием квантовой механики), давно уже стала одним из главных рабочих методов для изучения строения вещества. На Д. ч. основаны два важных современных метода анализа атомной структуры вещества — электронография и нейтронография.

  Лит.: Блохинцев Д. И., Основы квантовой механики, 4 изд., М., 1963, гл. 1, § 7, 8; Пинскер З. Г., Дифракция электронов, М. — Л., 1949; Вайнштейн Б. К., Структурная электронография, М., 1956; Бэкон Дж., Дифракция нейтронов, пер. с англ., М., 1957; Рамзей Н., Молекулярные пучки, пер. с англ., М., 1960.

  Б. К. Вайнштейн.

Рис. 2. Схема опыта Дэвиссона — Джермера: К — монокристалл никеля; А — источник электронов; В — приёмник электронов; q — угол отклонения электронных пучков. Пучок электронов падает перпендикулярно отшлифованной плоскости кристалла S. При поворотах кристалла вокруг оси О гальванометр, присоединённый к приёмнику В, даёт периодически возникающие максимумы.

Рис. 6. Дифракция при рассеянии нейтронов на монокристалле NaCl.

Рис. 5. Дифракция на кристалле фтористого лития атомов гелия (a) и молекул водорода при двух значениях абсолютной температуры Т (б). По оси абсцисс отложен угол дифракции J, а по оси ординат — интенсивность дифрагированных пучков (в сантиметрах отклонения стрелки измерительного прибора). Кроме пика при J = 00, обязанного зеркальному отражению начального пучка, наблюдаются два боковых дифракционных пика. При Т = 580 К боковые пики лежат несколько ближе к центральному, чем при T = 290 К, что соответствует уменьшению длины волны l с повышением температуры [см. формулу (7)].

Рис. 1. Сопоставление волны и свободно движущейся частицы. Вверху показано прямолинейное движение частицы с массой m и импульсом p = mv (v — скорость частицы), внизу — распространение соответствующей ей «материальной волны» y0 ~ cos k0x с длиной волны l = h/p.

Рис. 3. Запись дифракционных максимумов в опыте Дэвиссона — Джермера по дифракции электронов при различных углах поворота кристалла j для двух значений угла отклонения электронов q и двух ускоряющих напряжений V. Максимумы отвечают отражению от различных кристаллографических плоскостей, индексы которых указаны в скобках.

Рис. 4. Принципиальная схема прибора для исследования дифракции атомных или молекулярных пучков: А — атомный или молекулярный пучок; К — кристалл; О — капилляр, подводящий газ; D — диафрагма; R — приёмник, соединённый с манометром. Манометр измеряет давление, созданное дифрагированным пучком.

Дифра'кция электро'нов, см. Дифракция частиц.

Дифтери'я (от греч. diphthérion — кожица, плёнка), острое инфекционное заболевание, характеризующееся воспалением с образованием плотных плёнчатых налётов на месте внедрения возбудителя болезни и тяжёлым общим отравлением (интоксикацией) организма. Возбудитель Д. — Corynobacterium diphteriae — открыт немецким бактериологом Э. Клебсом в 1883 и выделен в чистой культуре немецким бактериологом Ф. Лёфлером; имеет форму палочки и образует дифтерийный экзотоксин. Источник инфекции при Д. — больной или бактерионоситель (здоровый или переболевший Д.). Дифтерийные палочки выделяются в окружающую среду с каплями слизи при разговоре, чихании, кашле. Заражение происходит при попадании микроба в организм через слизистые оболочки зева, носа и верхних дыхательных путей, реже — конъюнктивы глаз, повреждённую кожу и т.д. (воздушно-капельный путь); возможно попадание возбудителя через рот с пищей и через различные предметы — бельё, одежду, книги, игрушки и т.п. Дифтерийная палочка, попав на слизистые оболочки (или кожу), выделяет токсин, который вызывает некроз (омертвение) эпителия и поражение кровеносных сосудов с выпадением сетки фибрина (белок крови) и образованием плёнки; при поступлении токсина в кровь развивается общая интоксикация; при этом преимущественно поражаются нервная и сердечно-сосудистая системы, надпочечники, почки. Инкубационный период — 2—10 дней.