Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

X-Işınları ve Bragg Kırınımı •Kısa Dalgaboylu Elektromagnetik Işımadır –Dalgaboyu ultraviyoleden küçüktür –Dalgaboyu tipik olarak 0.1-0.001 nm yani 100-1.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "X-Işınları ve Bragg Kırınımı •Kısa Dalgaboylu Elektromagnetik Işımadır –Dalgaboyu ultraviyoleden küçüktür –Dalgaboyu tipik olarak 0.1-0.001 nm yani 100-1."— Sunum transkripti:

1 X-Işınları ve Bragg Kırınımı •Kısa Dalgaboylu Elektromagnetik Işımadır –Dalgaboyu ultraviyoleden küçüktür –Dalgaboyu tipik olarak nm yani pm civarındadır –X-ışınları çoğu cismin içine kolayca girebilmektedir –1895 de Röntgen tarafından keşfedilmiş ve isimlendirilmiştir

2 X-IŞINI •X-ışınları 1895 yılında Alman fizikçi Wilhelm Conrad Röntgen tarafından keşfedilmiş ve ne olduğu tam olarak açıklanamadığı için bu isim verilmiştir • 1901 yılında Fizik Nobeli kazanmıştır Wilhelm Conrad Röntgen ( )

3 X-IŞINI ÖZELLİKLERİ •X ışını, görünmeyen, yüksek giriciliğe sahip, görünür ışıktan daha kısa dalgaboylu (yüksek frekanslı) elektromagnetik dalgadır. X-ışınları için dalga boyu aralığı m, buna karşılık gelen frekans da •3 × × Hz civarındadır.

4 x-ışını ≈ ≈ 1A° E ~10 4 ev X-Işını Enerjisi •Elektromagnetik ışıma, foton adı verilen enerji paketleri olarak tanımlanır. Fotonun enerjisi, frekansa aşağıdaki formül ile bağlıdır: =Dalgaboyu, ע = Frekans, c = Işık hızı

5 X-Işınlarının Üretilmesi •Görünür ışık fotonları ve X-ışını fotonlarının her ikisi de atomdaki elektronların hareketleri sonucunda oluşurlar. Atom çekirdeği etrafındaki elektronlar, farklı enerji seviyeleri (kabuklar) veya orbitallerde bulunurlar. • Bir elektron bir alt orbital seviyesine indiği zaman enerjisinin bir kısmını vermesi gerekir; extra enerjisini foton olarak salar. Fotonun enerji seviyesi elektronun ne mesafedeki orbitalden “indiği”ne bağlıdır. • Foton salımının bir diğer yolu da yüklerin ivmeli hareketidir. Örneğin hızlandırılan ve aniden yavaşlatılan bir elektron da foton salar.

6 X-Işınlarının Üretilmesi •X-ışınları yüksek hızlı elektronların aniden durdurulmasıyla üretilirler –Bir metal hedef üzerine yüksek hızlı elektron gönderilmesi gibi •Isıtılan flamandaki elektronlar koparak yayılırlar •Serbest hale geçen bu elektronlar uygulanan potansiyel farkı ile metale doğru hızlandırılır •Hedef, flamandan daha yüksek potansiyelde tutulur

7 Vakumlanmış cam hazne Anot Katot •X-ışınları yüksek vakumlu bir cam hazne içinde oluşturulabilir. Anot ve katot olmak üzere iki adet elektrot mevcuttur. Anot, platin, tunsten gibi yüksek erime noktalı ağır metalden yapılır. Katot ısıtılıp, iki elektrot arasına yüksek bir potansiyel farkı uygulandığında, elektron demetleri (katot ışınları) katottan anoda doğru ivmelenir ve anoda çarptıklarında X-ışınlarını üretirler. X-Işını Tübü

8 •Yüksek hızlı bir elektron çekirdeğin yakınından geçmektedir •Çekirdeğin çekim kuvveti sebebiyle elektron yolundan saptırılır –Bu bir ivmelenmeye sebep olur •İvmelenen bir yük de elektromagnetik ışıma yapar, yani foton salar X-ışını Üretimi : İvmelenen yükler Hedef atom çekirdeği Saptırılan düşük enerjili elektron Yayılan Foton Gelen Elektron hh

9 1. Oluşan bu ışınıma “ frenleme ışınımı ” anlamındaki Bremsstrahlung ya da “ beyaz ışıma ” denir. Sürekli bir X-ışını spektrumuna sebep olur. X-ışını Üretimi : İvmelenen yükler Hedef atom Gelen elektronlar Çekirdekle çarpışma: Maksimum enerji Yakın etkileşme: Orta düzey enerji Uzak etkileşme: Düşük enerji çekirdek

10 X-ışını Üretimi : Orbitaller arası elektron geçişleri Dışarıdan gelen yüksek hızlı bir elektron, yüksek enerjisi sebebiyle atomun “iç yörüngelerindeki” bir elektronu koparıp bu yörüngeden uzaklaştırabilir. Daha yüksek orbitallerde bulunan bir elektron aniden alt seviyeye inerek bu boşluğu doldurur, ekstra enerjisini bir X-ışını fotonu olarak salar.

11 2. Bu durumda oluşan ışımaya Karakteristik Işıma denir. Her bir elementin kendine özgü karakteristik ışıma dalgaboyları vardır. a)Gelen yüksek enerjili elekton, iç kabuktaki elektronu dışarıya fırlatır b)Boşalan yer daha yüksek bir kabuktaki elektron tarafından doldurulur c)İç ve dış kabuk elektronları arasındaki bağlanma enerjisi farkı, karakteristik X-ışını olarak foton şeklinde salınır   X-ışını Üretimi : Orbitaller arası elektron geçişleri Hedef Atom Geri tepen gelen elektron Fırlatılan K-kabuğu elektronu

12 TİPİK BİR X-IŞINI SPEKTRUMU Sürekli ışıma Karakteristik ışıma Dalgaboyu (Angstrom) Işıma Şiddeti

13

14 X-Işını Spektrometresi

15

16 Enerji Geçişleri Kabuklar arasında meydana gelen elektron geçişlerinin en sık rastlanılanları: 2p (L) - 1s (K), K  çizgisi olarak bilinir 3p (M) - 1s (K), K  çizgisi olarak bilinir

17 Örnek Bakır için K  X-ışınları 1.54 Å dalgaboyundadır ve L kabuğundaki bir elektronun boş K kabuğuna inmesi sonucunda oluşur. Bakırın K ve L kabukları arasındaki enerji farkını hesaplayınız. E = h   = c/  = (3 x10 8 ) / (1.54 x ) = 1.95 x Hz E = h  = x x 1.95 x = 1.29 x J ~ 8 keV bulunur.

18 X-Işını Kristalografisi •X-ışınlarının dalgaboyu, 1 Angstrom civarındadır. Bu da bir kristal içindeki atomlar arası mesafe mertebesindedir. Kristallerin atom dizilişlerinin incelenmesinde bu yüzden X- ışınlarına ihtiyaç duyulur

19 X-Işını Kırınımı •X-ışınlarının kristal düzlemleri tarafından kırınıma uğradığı 1912 yılında Laue tarafından gösterildi •Kristal üzerine gönderilen sürekli bir X-ışını demeti kristal içinde kırınıma uğrar •Kırınıma uğrayan ışıma belirli doğrultularda yoğunlaşır –Bu doğrultular kristalin tabakalarından yansıyan dalgalar arasındaki yapıcı girişime karşılık gelir. •Kırınım deseni bir fotoğraf filmi üzerine kaydedilir Max von Laue

20 X-ışını Kırınım Deseninin Örnek Bir Fotoğrafı •Aydınlık nokta dizileri Laue desenleri adını alır •Kristal yapısı bu noktaların parlaklıkları ve aralarındaki mesafenin analizi ile belirlenir •NaCl için kristal yapı aşağıdaki gibidir

21 X- Işını Kırı n ımı & Bragg Denklemi •İngiliz fizikçileri Sir W.H. Bragg ve oğlu W.L. Bragg, 1913 yılında kristal düzlemlerinden yansıyan X-ışınlarının niçin belirli açılarda gelen X-ışınları için gözlenebildiklerini açıklayan bir bağıntıyı geliştirdiler. Sir William Henry Bragg ( ), William Lawrence Bragg ( ) o 1915 yılında Nobel ödülü aldılar.

22 BRAGG DENKLEMİ •W.L. Bragg kristallerin paralel atom düzlemlerinden oluştuğunu göz önüne almıştır. Gelen dalgalar her bir düzlemden ayrı ayrı yansımaya uğrarlar. •Birbiri üzerine dizili pekçok “aynadan” yansımaya uğrayan ışık girişim desenleri oluşturur. (Gelen açı yansıma açısına eşittir) ө ө

23 Kristal Düzlemlerinden Yansıma

24 Bragg Eşitliği •Yansımadan önce ve yansıdıktan sonra aynı fazda olan X-ışınları yapıcı bir girişime uğrayarak aydınlık noktaları oluşturur. Gelme açısı Yansıma açısı X-ışını dalgaboyu Toplam kırınım açısı

25 Bragg Denklemi •Komşu kristal düzlemleri arasındaki mesafe farkı nedeniyle iki farklı ışın demeti hafifçe farklı uzunlukta yol kat ederler •İki demeti dik çizgilerle birbirine bağlayarak bu yol farkı gösterilebilir.

26 Bragg Denklemi •DE mesafesi EF ile aynıdır böylece toplam yol farkı: •Yol farkı dalgaboyunun tam katları şeklinde olduğunda yapıcı bir girişim meydana gelir. Buna Bragg Kırınım Yasası denir.

27 Bragg Denklemi Burada, d düzlemler arası mesafe ve n kırınımın mertebesidir. •Bragg yansıması sadece dalgaboyu şartında meydana gelir. •Bu koşulu sağlamak görünür ışık dalgaboyu ile mümkün olmadığından X-ışınları kullanılmaktadır. • Kırınıma uğramış demetler (yansımalar) Bragg yasası ile tanımlanan belirli açılarda oluşabilir.

28 - - - Compton Saçılması (Compton Scattering) Arthur H. Compton Nobel ödülü 1927 X-ışınları madde ile çarpıştığında bir kısmı saçılmaya uğrar. Saçılan ışıma, gelen ışımadan bir miktar daha düşük frekanslıdır (uzun dalgaboyludur). Dalgaboyundaki değişim, ışımanın saçılma açısına bağlıdır. 1923

29 Compton Saçılması •Compton bir grafit blok üzerine x- ışınları demeti göndererek, saçılan x- ışınlarının gelenlere kıyasla biraz daha uzun dalgaboylu (düşük enerjili) olduklarını gözledi. •Dalgaboyundaki (enerji) değişim, Compton kayması olarak isimlendirilir ve x-ışınlarının saçılma açısına bağlıdır. Arthur Holly Compton 1892 – 1962

30 Compton Saçılması •Compton fotonların, elektronla çarpışan diğer parçacıklar gibi davrandıklarını varsaydı. •Çarpışmada Enerji ve Momentum korunumludur. •Dalgaboyundaki kayma aşağıdaki ifadeyle verilir; Geri tepilen elektron Saçılan foton

31 •Compton kayması, saçılma açısına bağlıdır ancak gelen ışınımın dalgaboyuna bağlı değildir. •h/m e c = nm (görünür ışığa kıyasla çok küçüktür) Compton dalgaboyu olarak isimlendirilir. Compton Saçılması Saçılan ışımanın dalgaboyu Gelen ışınımın dalgaboyu Elektronun kütlesi Işımanın saçılma açısı

32 Duane-Hunt Yasası X-ışınları da h  enerjisiyle kuantumlanmıştır. V o potansiyel farkı altında hızlandırılan bir elektronun maksimum kinetik enerjisi ( K ), V o.e olacağından ve fotonlar, aktarılan bu enerji tarafından üretildiklerinden, ışınan hiçbir fotonun enerjisi bu seviyeden yüksek olamaz. K = h  max = (hc)/  min = V o.e olacaktır.  max = f max = maksimum frekans V = hızlandırıcı potansiyel farkı e = elektron yükü h, Planck sabiti deneysel olarak çok kesin bir şekilde tayin edilebilir.

33 Fotonlar ve Elektromagnetik Dalgalar (Işığın İkili Doğası) •Işık (ve bunun yanı sıra tüm diğer EM ışımalar) ikili doğaya sahiptir: Hem dalga hem de parçacık davranışı gösterir. •Fotoelektrik olay ve Compton saçılması ışığın parçacık gibi davranışına birer kanıt niteliğindedir. Bir başka deyişle, ışık ve madde etkileştiğinde, ışık sanki parçacıklardan oluşuyormuş gibi davranır. •Diğer taraftan girişim ve kırınım yapması, ışığın dalga doğasında da olabildiğinin göstergesidir.

34 Fotonlar ve Elektromagnetik Dalgalar (Işığın İkili Doğası) ifadelerinin sol tarafındaki enerji ve momentum, ışığın parçacık doğasına, sağ tarafındaki frekans ve dalgaboyu da, ışığın dalga doğasına işaret eder.

35 Young’ın Çift Yarık Deneyi (Işığın Dalga Doğası) •S 1 ve S 2 aralıkları dalga kaynakları gibi davranır •Yarıklardan yayılan dalgalar, aynı kaynaktan beslenir ve aynı fazdadırlar

36 Girişim Desenleri •Orta noktada yapıcı girişim oluşur •İki dalga aynı mesafeyi kat eder –Bu yüzden ekrana aynı fazda ulaşırlar

37 •Üstteki dalga alttakinden daha uzun yol gider •Eğer bu fark, bir dalgaboyu kadar ise, –Böylece dalgalar ekranda aynı fazda buluşur •Parlak bir saçak oluşur Parlak Saçak

38 •Üstteki dalga alttakinden yarım dalgaboyu daha uzun yol alırsa •Ekran üzerinde ters fazda çakışırlar (180  faz kayması) •Yıkıcı girişime neden olur –Karanlık saçak gözlenir Karanlık Saçak

39 Girişim Denklemleri •Yol farkı δ, dik üçgenden hesaplanır •δ = r 2 – r 1 = d sin θ

40 •Aydınlık (parlak) saçak için, yol farkı 0 veya dalgaboyunun tam katları şeklinde olmalıdır •δ = d sin θ parlak = m λ –m = 0, ±1, ±2, … –m, mertebe (düzen) numarası olarak adlandırılır •m = 0 ise “0. mertebe maximum” denir •m = ±1 ise “1. mertebe maksimum” denir. Aydınlık Saçak

41 •Yarım dalga boyu veya katları şeklinde bir yol farkı varsa, yıkıcı girişim olduğundan karanlık (koyu) bir saçak oluşur •δ = d sin θ koyu = (m + ½) λ m = 0, ±1, ±2, … Karanlık Saçak

42 Saçak Mesafeleri •0. maksimumdan itibaren saçakların düşey mesafeleri ölçülebilir. •y = L tan θ  L sin θ •Yaklaşıklıklar: –L>>d –d>>λ –tan θ  sin θ θ küçüktür ve bu yüzden tan θ  sin θ yaklaşımı kullanılabilir

43 •Parlak saçaklar için ( sinθ  parlak =m λ  /d kullanılarak) •Karanlık saçaklar için (sinθ  koyu =λ (m + ½)/d kullanılarak) Saçak Mesafeleri y parlak y koyu


"X-Işınları ve Bragg Kırınımı •Kısa Dalgaboylu Elektromagnetik Işımadır –Dalgaboyu ultraviyoleden küçüktür –Dalgaboyu tipik olarak 0.1-0.001 nm yani 100-1." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları