11.20 : علم البلورات بالأشعة السينية

عام 1913،لاحظ العالمان الاب و الابن،وليام هنري براغ،وليام لورانس براغ،أنه عندما تسلط الأشعة السينية على مادة صلبة بلورية بزاوية معينة،فإن الأشعة تنحرف وتنتج نموذجًا من النقاط متباعدة بانتظام. وهذا قاد إلى تطوير علم البلورات عن طريق الأشعة السينية،الذي يستخدم تلك الظاهرة لتحديد،تركيبات الأجسام الصلبة البلورية من المركبات الأيونية البسيطة إلى الجزيئات المعقدة الضخمة كالأحماض النووية والبروتينات. لنتذكر أن الموجات الإلكترومغناطيسية المنحرفة تمر بتداخلات هدّامة وأخرى بنّاءة.

ينجم عن ذلك نماذج تداخل أو نماذج انحراف تُظهر التفاوت في الكثافة بين الموجات المنحرفة عند نقاط مختلفة في الفضاء. تنحرف الأشعة السينية بفعل إلكترونات الذرات،إذا كانت المسافات بين الذرات منتظمة وإذا كان طول موجة الشعاع مساويًا للمسافة ما بين الذرات. عندما تنحرف الأشعة السينية عن الذرات في المستويات المختلفة،فقد تكون الموجات المنحرفة متوافقة الطور وقد لا تكون كذلك.

يعتمد ذلك على المسافة بين المستويات d"وزاوية سقوط الأشعة السينية على الذرات،أو زاوية السقوط ثيتا. ويرجع السبب في ذلك إلى أن المسارات التي تسلكها الأشعة السينية من المصدر إلى اللاقط تختلف في أطوالها. إذا كان الفرق في طول المسار من مضاعفات العدد الصحيح لطول موجة الأشعة السينية،يكون للأشعة السينة تداخلًا بنّاءًينتج عن ذلك نموذجًا منتظمًا من النقاط الصادرة من الموجات المنحرفة التي لاحظها العالمان براغ،حيث تمثل كل نقطة زاوية انحراف تتسبب بتداخل بنّاء.

العلاقة بين زاوية الانحراف،والمسافة بين المستويات،وطول موجة الشعاع السيني،يُعبّر عنها بمعادلة براغ. هذه العلاقة تعطي معلومات حول الترتيب شديد الانتظام للذرات في البلور. وفي المحصلة يمكن اشتقاق معايير الشبكة البلورية من هذه المعلومات عبر سلسلة من العمليات الحسابية.

الأدوات الحديثة،تجمع نماذج الانحراف من العديد من التوجهات،وتستخدم النماذج وكثافة النقاط لتحديد تركيبة البلور الأنسب والأرجح،لإنتاج مزيج النتائج الملاحظ.