Braggs Gesetz • James Trefil, Enzyklopädie "Zweihundert Gesetze des Universums"

Braggs Gesetz

In Kristallen sind Atome geordnet in einer regelmäßig wiederkehrenden geometrischen Struktur organisiert, die üblicherweise genannt wird Kristallgitter. Es ist ein bisschen wie ein Haufen Orangen auf einem Obstteller. Eine der Aufgaben der Festkörperphysik ist es, die Struktur von Kristallen zu entschlüsseln. Dies basiert in der Regel auf einer juristischen Methode, die von dem in Australien geborenen englischen Gelehrten Sir William Lawrence Bragg mit seinem Vater entdeckt wurde.

Wenn ein Röntgenstrahl auf einen Kristall fällt, wird jedes Atom zum Emissionszentrum der sekundären Welle von Huygens (sehen Huygens Prinzip). Der Kristall selbst kann in eine Menge paralleler Ebenen unterteilt werden, die durch die atomare Struktur des Gitters definiert sind (konventionell wird die erste Ebene durch die Richtung vom Atom zu seinen zwei nächsten Nachbarn, die zweite durch die Richtung vom Atom zu den nächsten zwei Nachbarn entlang des Kristallgitters usw. bestimmt). Sekundärbeugungswellen verstärken sich im allgemeinen Fall nicht gegenseitig, außer wenn sie in den Beobachtungspunkt (auf dem Schirm oder Empfänger) mit einer Phasenverschiebung fallen, die gleich einer ganzzahligen Anzahl von Wellenlängen ist.Diese Bedingung, die die Spitzen der Intensität des Beugungsmusters bestimmt, kann wie folgt geschrieben werden:

2d Sünde θ = nλ

wo d – der Abstand zwischen den parallelen Ebenen des Kristallgitters, θ – der Winkel der Streuung der Röntgenstrahlen, λ ist die Wellenlänge der Röntgenstrahlen und n – ganze Zahl (Beugungsordnung). An n = 1, beobachten wir die Spitze der gegenseitigen Verstärkung der Beugungswellen durch Atome, die voneinander um eine Wellenlänge getrennt sind, mit n = 2 – die zweite Spitze der Beugung (die Wegdifferenz ist zwei Wellenlängen), usw.

Diese Bedingung, die jetzt als Braggsches Gesetz bekannt ist, besagt, dass bei bestimmten Wellenlängen Röntgenstrahlen bei bestimmten Streuwinkeln verstärkt werden, und aus diesen Ablenkwinkeln können wir den Abstand zwischen den Ebenen des Kristallgitters berechnen. Jede dieser Ebenen entspricht einer Spitze der Röntgenstrahlhelligkeit in dem Beugungsmuster, abhängig von der Bragg-Bedingung.

Wenn der Kristall mit einem fokussierten Röntgenstrahl am Ausgang bestrahlt wird, wird daher ein Strahl als Ergebnis der Beugung mit ausgeprägten Helligkeitsspitzen gestreut. In den Winkeln der Abweichung der Helligkeitsspitzen von der Richtung des ursprünglichen Strahls berechnen Wissenschaftler heute mit großer Genauigkeit die Abstände zwischen den Atomen des Kristallgitters. Diese Methode wird aufgerufen Röntgenbeugung. Heute ist es von größter Bedeutung in der Biotechnologie, weil Röntgenbeugung – Eine der wichtigsten Methoden, um die Struktur biologischer Moleküle zu entschlüsseln.

William Henry Bragg, William Lawrence Bragg
William Henry Bragg, 1862-1942
William Lawrence Bragg, 1890-1971

Englische Physiker. Der einzige Fall in der Geschichte, als Vater und Sohn den Nobelpreis teilten. William Bragg Sr. wurde in Westwood, England geboren. Nach seinem Abschluss in Cambridge lehrte er Physik an einer Reihe von Universitäten in Großbritannien und Australien. Nach der Entdeckung der radioaktiven Strahlung interessierte er sich für die Erforschung seiner Wechselwirkung mit der Substanz. Die wichtigste und erfolgreichste Studie über die Streuung von Röntgenstrahlen an Kristallen verbrachte er zusammen mit seinem Sohn. Für diese Studie erhielten Vater und Sohn 1915 den Nobelpreis für Physik. Später diente William Henry als Direktor des Royal Institute und Vorsitzender der Royal Society. William Lawrence widmete seine gesamte wissenschaftliche Karriere der Weiterentwicklung der Kristallographie, einer Wissenschaft, deren Grundlagen mit seinem Vater gelegt worden waren.


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