এই নিবন্ধে এক্স-রে ডিফ্রাকশনের মতো একটি জিনিসের বর্ণনা রয়েছে। এই ঘটনার শারীরিক ভিত্তি এবং এর প্রয়োগ এখানে ব্যাখ্যা করা হয়েছে৷
নতুন উপকরণ তৈরির জন্য প্রযুক্তি
উদ্ভাবন, ন্যানো প্রযুক্তি আধুনিক বিশ্বের প্রবণতা। খবর নতুন বিপ্লবী উপকরণের রিপোর্টে পূর্ণ। কিন্তু খুব কম লোকই ভাবেন যে বিজ্ঞানীদের একটি বিশাল গবেষণা যন্ত্রপাতি বিদ্যমান প্রযুক্তিতে অন্তত একটি ছোট উন্নতি তৈরি করতে হবে। একটি মৌলিক ঘটনা যা মানুষকে এটি করতে সাহায্য করে তা হল এক্স-রে বিবর্তন৷
ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশন
প্রথমে আপনাকে ব্যাখ্যা করতে হবে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশন কী। যেকোনো চলমান চার্জযুক্ত বডি নিজের চারপাশে একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ফিল্ড তৈরি করে। এই ক্ষেত্রগুলি চারপাশের সমস্ত কিছুকে বিস্তৃত করে, এমনকি গভীর স্থানের শূন্যতাও তাদের থেকে মুক্ত নয়। যদি এমন একটি ক্ষেত্রে পর্যায়ক্রমিক বিক্ষিপ্ততা থাকে যা মহাকাশে প্রচার করতে পারে, তবে তাকে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশন বলে। এটি বর্ণনা করতে, তরঙ্গদৈর্ঘ্য, ফ্রিকোয়েন্সি এবং এর শক্তির মতো ধারণাগুলি ব্যবহার করা হয়। শক্তি কি স্বজ্ঞাত, এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য হল মধ্যবর্তী দূরত্বঅভিন্ন পর্যায়গুলি (উদাহরণস্বরূপ, দুটি সংলগ্ন ম্যাক্সিমার মধ্যে)। উচ্চতর তরঙ্গদৈর্ঘ্য (এবং, সেই অনুযায়ী, ফ্রিকোয়েন্সি), তার শক্তি কম। স্মরণ করুন যে এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন কী তা সংক্ষিপ্তভাবে এবং সংক্ষিপ্তভাবে বর্ণনা করার জন্য এই ধারণাগুলি প্রয়োজনীয়৷
ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক স্পেকট্রাম
সব ধরণের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রশ্মি একটি বিশেষ স্কেলে ফিট করে। তরঙ্গদৈর্ঘ্যের উপর নির্ভর করে, তারা পার্থক্য করে (সর্বাধিক থেকে ছোট পর্যন্ত):
- রেডিও তরঙ্গ;
- terahertz তরঙ্গ;
- ইনফ্রারেড তরঙ্গ;
- দৃশ্যমান তরঙ্গ;
- অতিবেগুনী তরঙ্গ;
- এক্স-রে তরঙ্গ;
- গামা বিকিরণ।
এইভাবে, আমরা যে বিকিরণে আগ্রহী তার একটি খুব ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং সর্বোচ্চ শক্তি রয়েছে (যে কারণে এটিকে কখনও কখনও শক্ত বলা হয়)। অতএব, আমরা এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন কী তা বর্ণনা করার কাছাকাছি চলেছি।
এক্স-রে এর উৎপত্তি
বিকিরণ শক্তি যত বেশি হবে, কৃত্রিমভাবে তা পাওয়া তত বেশি কঠিন। আগুন তৈরি করার পরে, একজন ব্যক্তি প্রচুর ইনফ্রারেড বিকিরণ পান, কারণ এটিই তাপ স্থানান্তর করে। কিন্তু স্থানিক কাঠামোর দ্বারা এক্স-রেগুলির বিচ্ছুরণ ঘটতে, অনেক প্রচেষ্টা করতে হবে। সুতরাং, নিউক্লিয়াসের কাছাকাছি থাকা পরমাণুর শেল থেকে একটি ইলেকট্রন ছিটকে গেলে এই ধরনের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণ নির্গত হয়। উপরে অবস্থিত ইলেক্ট্রনগুলি ফলে গর্ত, তাদের রূপান্তরগুলি পূরণ করে এবং এক্স-রে ফোটন দেয়। এছাড়াও, ভর সহ চার্জযুক্ত কণাগুলির তীক্ষ্ণ হ্রাসের সময় (উদাহরণস্বরূপ,ইলেকট্রন), এই উচ্চ-শক্তি বিম উত্পাদিত হয়। এইভাবে, একটি স্ফটিক জালিতে এক্স-রেগুলির বিচ্ছুরণের সাথে মোটামুটি প্রচুর পরিমাণে শক্তি ব্যয় হয়৷
একটি শিল্প স্কেলে, এই বিকিরণটি নিম্নরূপ প্রাপ্ত হয়:
- ক্যাথোড উচ্চ-শক্তির ইলেকট্রন নির্গত করে।
- ইলেক্ট্রন অ্যানোডের উপাদানের সাথে সংঘর্ষ করে।
- ইলেক্ট্রন তীব্রভাবে হ্রাস পায় (এক্স-রে নির্গত করার সময়)।
- অন্য ক্ষেত্রে, ক্ষয়কারী কণা অ্যানোড উপাদান থেকে পরমাণুর নিম্ন কক্ষপথ থেকে একটি ইলেকট্রনকে ছিটকে দেয়, যা এক্স-রেও তৈরি করে।
এটাও বোঝা দরকার যে, অন্যান্য ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক রেডিয়েশনের মতো এক্স-রে-রও নিজস্ব বর্ণালী আছে। এই বিকিরণ নিজেই বেশ ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। সকলেই জানেন যে ফুসফুসের একটি ভাঙ্গা হাড় বা ভর এক্স-রে এর সাহায্যে খোঁজা হয়।
একটি স্ফটিক পদার্থের গঠন
এখন আমরা এক্স-রে ডিফ্রাকশন পদ্ধতির কাছাকাছি চলে আসি। এটি করার জন্য, একটি কঠিন শরীর কিভাবে সাজানো হয় তা ব্যাখ্যা করা প্রয়োজন। বিজ্ঞানের ভাষায়, একটি কঠিন দেহকে স্ফটিক অবস্থায় থাকা যেকোনো পদার্থ বলা হয়। কাঠ, কাদামাটি বা কাচ শক্ত, তবে তাদের প্রধান জিনিসের অভাব রয়েছে: একটি পর্যায়ক্রমিক কাঠামো। কিন্তু স্ফটিক এই আশ্চর্যজনক সম্পত্তি আছে. এই ঘটনার খুব নাম এর সারাংশ ধারণ করে। প্রথমে আপনাকে বুঝতে হবে যে স্ফটিকের পরমাণুগুলি কঠোরভাবে স্থির করা হয়েছে। তাদের মধ্যে বন্ধন কিছু স্থিতিস্থাপকতা আছে, কিন্তু তারা ভিতরে চারপাশে ঘোরাঘুরি পরমাণুর জন্য খুব শক্তিশালী.gratings এই ধরনের পর্ব সম্ভব, কিন্তু একটি খুব শক্তিশালী বহিরাগত প্রভাব সঙ্গে। উদাহরণস্বরূপ, যদি একটি ধাতব স্ফটিক বাঁকানো হয়, এতে বিভিন্ন ধরণের বিন্দুর ত্রুটি তৈরি হয়: কিছু জায়গায়, পরমাণুটি তার জায়গা ছেড়ে যায়, একটি শূন্যতা তৈরি করে, অন্যগুলিতে, এটি ভুল অবস্থানে চলে যায়, একটি আন্তঃস্থায়ী ত্রুটি তৈরি করে। মোড়ের জায়গায়, স্ফটিকটি তার পাতলা স্ফটিক গঠন হারায়, খুব ত্রুটিপূর্ণ, আলগা হয়ে যায়। অতএব, একটি পেপার ক্লিপ ব্যবহার না করাই ভাল যা একবার বাঁকানো হয়েছে, যেহেতু ধাতুটি তার বৈশিষ্ট্য হারিয়েছে।
যদি পরমাণুগুলো শক্তভাবে স্থির থাকে, তাহলে তরল পদার্থের মতো একে অপরের সাপেক্ষে এলোমেলোভাবে সাজানো যাবে না। তাদের অবশ্যই নিজেদেরকে এমনভাবে সংগঠিত করতে হবে যাতে তাদের মিথস্ক্রিয়ার শক্তি হ্রাস পায়। এইভাবে, পরমাণুগুলি একটি জালিতে সারিবদ্ধ হয়। প্রতিটি জালিতে মহাকাশে একটি বিশেষ উপায়ে সাজানো পরমাণুর একটি ন্যূনতম সেট রয়েছে - এটি স্ফটিকের প্রাথমিক কোষ। যদি আমরা এটি সম্পূর্ণভাবে সম্প্রচার করি, অর্থাৎ, প্রান্তগুলি একে অপরের সাথে একত্রিত করি, যে কোনও দিকে নাড়াচাড়া করি, আমরা পুরো স্ফটিকটি পাব। যাইহোক, এটা মনে রাখা মূল্যবান যে এটি একটি মডেল। যে কোনো বাস্তব ক্রিস্টালের ত্রুটি আছে, এবং এটি একটি একেবারে সঠিক অনুবাদ অর্জন করা প্রায় অসম্ভব। আধুনিক সিলিকন মেমরি কোষ আদর্শ স্ফটিক কাছাকাছি. যাইহোক, এগুলি পাওয়ার জন্য অবিশ্বাস্য পরিমাণে শক্তি এবং অন্যান্য সংস্থান প্রয়োজন। পরীক্ষাগারে, বিজ্ঞানীরা বিভিন্ন ধরণের নিখুঁত কাঠামো পান, তবে, একটি নিয়ম হিসাবে, তাদের তৈরির খরচ খুব বেশি। তবে আমরা ধরে নেব যে সমস্ত স্ফটিক আদর্শ: যে কোনও ক্ষেত্রেদিক, একই পরমাণু একে অপরের থেকে একই দূরত্বে অবস্থিত হবে। এই কাঠামোকে স্ফটিক জালি বলা হয়।
স্ফটিক কাঠামোর অধ্যয়ন
এটি এই সত্যের কারণে যে স্ফটিকগুলিতে এক্স-রে বিচ্ছুরণ সম্ভব। স্ফটিকগুলির পর্যায়ক্রমিক কাঠামো তাদের মধ্যে নির্দিষ্ট প্লেন তৈরি করে, যেখানে অন্যান্য দিকগুলির তুলনায় বেশি পরমাণু রয়েছে। কখনও কখনও এই প্লেনগুলি স্ফটিক জালির প্রতিসাম্য দ্বারা সেট করা হয়, কখনও কখনও পরমাণুর পারস্পরিক বিন্যাস দ্বারা। প্রতিটি প্লেন তার নিজস্ব পদবী বরাদ্দ করা হয়. প্লেনগুলির মধ্যে দূরত্ব খুব কম: বেশ কয়েকটি অ্যাংস্ট্রোমের ক্রম অনুসারে (প্রত্যাহার করুন, একটি অ্যাংস্ট্রম হল 10-10 মিটার বা 0.1 ন্যানোমিটার)।
তবে, যেকোনো বাস্তব স্ফটিকের মধ্যে একই দিকের অনেকগুলি প্লেন রয়েছে, এমনকি একটি খুব ছোট। একটি পদ্ধতি হিসাবে এক্স-রে বিচ্ছুরণ এই সত্যকে কাজে লাগায়: একই দিকের প্লেনে দিক পরিবর্তন করা সমস্ত তরঙ্গকে সংক্ষিপ্ত করা হয়, আউটপুটে মোটামুটি স্পষ্ট সংকেত দেয়। তাই বিজ্ঞানীরা বুঝতে পারেন কোন দিকে এই প্লেনগুলি স্ফটিকের ভিতরে অবস্থিত, এবং স্ফটিক কাঠামোর অভ্যন্তরীণ গঠন বিচার করতে পারে। যাইহোক, এই তথ্য একা যথেষ্ট নয়. প্রবণতার কোণ ছাড়াও, আপনাকে প্লেনের মধ্যে দূরত্বও জানতে হবে। এটি ছাড়া, আপনি কাঠামোর হাজার হাজার বিভিন্ন মডেল পেতে পারেন, কিন্তু সঠিক উত্তর জানেন না। কীভাবে বিজ্ঞানীরা বিমানের মধ্যে দূরত্ব সম্পর্কে জানতে পারেন তা নীচে আলোচনা করা হবে৷
ডিফ্রাকশন ঘটনা
স্ফটিকের স্থানিক জালিতে এক্স-রে বিচ্ছুরণ কী তা আমরা ইতিমধ্যেই একটি শারীরিক ন্যায্যতা দিয়েছি। যাইহোক, আমরা এখনও সারমর্ম ব্যাখ্যা করিনিবিবর্তন ঘটনা। সুতরাং, বিবর্তন হল তরঙ্গ দ্বারা বাধাগুলির বৃত্তাকার (ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক সহ)। এই ঘটনাটি রৈখিক আলোকবিজ্ঞানের আইনের লঙ্ঘন বলে মনে হচ্ছে, কিন্তু তা নয়। এটি হস্তক্ষেপ এবং তরঙ্গ বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত, উদাহরণস্বরূপ, ফোটন। যদি আলোর পথে কোনও বাধা থাকে, তবে বিচ্ছুরণের কারণে ফোটনগুলি কোণার চারপাশে "দেখতে" পারে। সরলরেখা থেকে আলোর দিক কতদূর যায় তা নির্ভর করে বাধার আকারের উপর। বাধা যত ছোট হবে, তড়িৎ চৌম্বকীয় তরঙ্গের দৈর্ঘ্য তত কম হওয়া উচিত। এই কারণেই একক স্ফটিকগুলিতে এক্স-রে বিচ্ছুরণ এই ধরনের ছোট তরঙ্গ ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়: প্লেনের মধ্যে দূরত্ব খুব কম, অপটিক্যাল ফোটনগুলি কেবল তাদের মধ্যে "ক্রল" করবে না, তবে কেবল পৃষ্ঠ থেকে প্রতিফলিত হবে।
এই ধরনের ধারণা সত্য, কিন্তু আধুনিক বিজ্ঞানে এটি খুব সংকীর্ণ বলে মনে করা হয়। এর সংজ্ঞা প্রসারিত করতে, সেইসাথে সাধারণ জ্ঞানের জন্য, আমরা তরঙ্গ বিচ্ছুরণের প্রকাশের পদ্ধতিগুলি উপস্থাপন করি৷
- তরঙ্গের স্থানিক কাঠামোর পরিবর্তন। উদাহরণস্বরূপ, একটি তরঙ্গ রশ্মির প্রসারণ কোণের প্রসারণ, একটি তরঙ্গের বিচ্যুতি বা কিছু পছন্দের দিকে তরঙ্গের একটি সিরিজ। এই শ্রেণীর ঘটনা যে বাধাগুলির চারপাশে বাঁকানো তরঙ্গের অন্তর্গত৷
- একটি বর্ণালীতে তরঙ্গের পচন।
- তরঙ্গ মেরুকরণে পরিবর্তন।
- তরঙ্গের ফেজ গঠনের রূপান্তর।
হস্তক্ষেপের সাথে একত্রে বিচ্ছুরণের ঘটনাটি এই সত্যটির জন্য দায়ী যে যখন আলোর রশ্মি তার পিছনে একটি সংকীর্ণ স্লাইটের দিকে পরিচালিত হয়, তখন আমরা একটি নয়, বেশ কয়েকটি দেখতে পাই।হালকা ম্যাক্সিমা স্লটের মাঝখান থেকে সর্বোচ্চ যত দূর হবে, এর ক্রম তত বেশি। এছাড়াও, পরীক্ষার সঠিক সেটিং সহ, একটি সাধারণ সেলাই সুই থেকে ছায়াটিকে (অবশ্যই, পাতলা) কয়েকটি স্ট্রাইপে বিভক্ত করা হয় এবং সর্বাধিক আলো সূঁচের ঠিক পিছনে পরিলক্ষিত হয়, সর্বনিম্ন নয়।
উলফ-ব্র্যাগ সূত্র
আমরা ইতিমধ্যে উপরে বলেছি যে চূড়ান্ত সংকেত হল সমস্ত এক্স-রে ফোটনের সমষ্টি যা স্ফটিকের ভিতরে একই প্রবণতা সহ সমতল থেকে প্রতিফলিত হয়। কিন্তু একটি গুরুত্বপূর্ণ সম্পর্ক আপনাকে কাঠামোটি সঠিকভাবে গণনা করতে দেয়। এটি ছাড়া, এক্স-রে বিবর্তন অকেজো হবে। Wulf-Bragg সূত্রটি দেখতে এইরকম: 2dsinƟ=nλ। এখানে d হল একই প্রবণ কোণ সহ সমতলগুলির মধ্যে দূরত্ব, θ হল গ্ল্যান্সিং অ্যাঙ্গেল (ব্র্যাগ অ্যাঙ্গেল), বা সমতলে আপতন কোণ, n হল সর্বাধিক বিচ্ছুরণের ক্রম, λ হল তরঙ্গদৈর্ঘ্য৷ যেহেতু এটি আগে থেকেই জানা যায় যে কোন এক্স-রে বর্ণালীটি ডেটা প্রাপ্ত করার জন্য ব্যবহার করা হয় এবং এই বিকিরণটি কোন কোণে পড়ে, এই সূত্রটি আমাদের d এর মান গণনা করতে দেয়। আমরা আগেই বলেছি যে এই তথ্য ছাড়া পদার্থের গঠন নির্ভুলভাবে পাওয়া অসম্ভব।
এক্স-রে ডিফ্রাকশনের আধুনিক প্রয়োগ
প্রশ্ন উঠছে: কোন ক্ষেত্রে এই বিশ্লেষণের প্রয়োজন, বিজ্ঞানীরা কি ইতিমধ্যে কাঠামোর জগতের সমস্ত কিছু অন্বেষণ করেননি এবং মৌলিকভাবে নতুন পদার্থ পাওয়ার সময় লোকেরা কি ধরে নেয় না যে তাদের জন্য কী ধরণের ফলাফল অপেক্ষা করছে? ? চারটি উত্তর আছে।
- হ্যাঁ, আমরা আমাদের গ্রহটিকে বেশ ভালোভাবে জেনেছি। কিন্তু প্রতি বছর নতুন নতুন খনিজ পাওয়া যায়। কখনও কখনও তাদের গঠন সমান হয়অনুমান করুন এক্স-রে ছাড়া কাজ করবে না।
- অনেক বিজ্ঞানী ইতিমধ্যে বিদ্যমান উপকরণগুলির বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করার চেষ্টা করছেন৷ এই পদার্থগুলি বিভিন্ন ধরণের প্রক্রিয়াকরণের শিকার হয় (চাপ, তাপমাত্রা, লেজার, ইত্যাদি)। কখনও কখনও উপাদানগুলি তাদের গঠনে যুক্ত বা সরানো হয়। এই ক্ষেত্রে অভ্যন্তরীণ পুনর্বিন্যাস কী ঘটেছে তা বুঝতে স্ফটিকগুলির উপর এক্স-রে বিচ্ছুরণ সাহায্য করবে৷
- কিছু অ্যাপ্লিকেশনের জন্য (যেমন, সক্রিয় মিডিয়া, লেজার, মেমরি কার্ড, নজরদারি সিস্টেমের অপটিক্যাল উপাদান), ক্রিস্টালগুলি অবশ্যই খুব সঠিকভাবে মেলে। অতএব, এই পদ্ধতি ব্যবহার করে তাদের গঠন পরীক্ষা করা হয়৷
- মাল্টিকম্পোনেন্ট সিস্টেমে সংশ্লেষণের সময় কতগুলি এবং কোন ধাপগুলি প্রাপ্ত হয়েছিল তা খুঁজে বের করার একমাত্র উপায় হল এক্স-রে বিবর্তন। আধুনিক প্রযুক্তির সিরামিক উপাদানগুলি এই ধরনের সিস্টেমের উদাহরণ হিসাবে পরিবেশন করতে পারে। অবাঞ্ছিত পর্যায়গুলির উপস্থিতি গুরুতর পরিণতির দিকে নিয়ে যেতে পারে৷
মহাকাশ অনুসন্ধান
অনেক লোক জিজ্ঞাসা করে: "কেন আমাদের পৃথিবীর কক্ষপথে বিশাল মানমন্দির দরকার, কেন আমাদের একটি রোভার দরকার যদি মানবতা এখনও দারিদ্র্য এবং যুদ্ধের সমস্যার সমাধান না করে?"
প্রত্যেকের পক্ষে এবং বিপক্ষে নিজস্ব কারণ রয়েছে, তবে এটি স্পষ্ট যে মানবতার অবশ্যই একটি স্বপ্ন থাকতে হবে।
অতএব, তারার দিকে তাকিয়ে, আমরা আজ আত্মবিশ্বাসের সাথে বলতে পারি: আমরা প্রতিদিন তাদের সম্পর্কে আরও বেশি করে জানি।
মহাকাশে ঘটে যাওয়া প্রক্রিয়াগুলির এক্স-রে আমাদের গ্রহের পৃষ্ঠে পৌঁছায় না, তারা বায়ুমণ্ডল দ্বারা শোষিত হয়। কিন্তু এই অংশইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বর্ণালী উচ্চ-শক্তির ঘটনা সম্পর্কে অনেক তথ্য বহন করে। অতএব, এক্স-রে অধ্যয়নকারী যন্ত্রগুলিকে অবশ্যই পৃথিবী থেকে কক্ষপথে নিয়ে যেতে হবে। বর্তমানে বিদ্যমান স্টেশনগুলি নিম্নলিখিত বস্তুগুলি অধ্যয়ন করছে:
- সুপারনোভা বিস্ফোরণের অবশিষ্টাংশ;
- ছায়াপথের কেন্দ্র;
- নিউট্রন তারা;
- কালো গর্ত;
- বিশাল বস্তুর সংঘর্ষ (গ্যালাক্সি, গ্যালাক্সির গ্রুপ)।
আশ্চর্যজনকভাবে, বিভিন্ন প্রকল্প অনুসারে, এই স্টেশনগুলিতে প্রবেশাধিকার ছাত্র এবং এমনকি স্কুলছাত্রীদেরও দেওয়া হয়৷ তারা গভীর স্থান থেকে আসা এক্স-রে অধ্যয়ন করে: বিভাজন, হস্তক্ষেপ, বর্ণালী তাদের আগ্রহের বিষয় হয়ে ওঠে। এবং এই মহাকাশ মানমন্দিরের কিছু খুব অল্পবয়সী ব্যবহারকারী আবিষ্কার করছেন। একজন সূক্ষ্ম পাঠক অবশ্যই আপত্তি করতে পারেন যে তাদের কাছে কেবল উচ্চ-রেজোলিউশনের ছবিগুলি দেখার এবং সূক্ষ্ম বিবরণ লক্ষ্য করার জন্য সময় আছে। এবং অবশ্যই, আবিষ্কারের গুরুত্ব, একটি নিয়ম হিসাবে, শুধুমাত্র গুরুতর জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের দ্বারা বোঝা যায়। কিন্তু এই ধরনের ঘটনাগুলি তরুণদের মহাকাশ অনুসন্ধানে তাদের জীবন উৎসর্গ করতে অনুপ্রাণিত করে। এবং এই লক্ষ্য অনুসরণ করা মূল্যবান৷
এইভাবে, উইলহেম কনরাড রন্টজেনের কৃতিত্বগুলি নক্ষত্র জ্ঞানের অ্যাক্সেস এবং অন্যান্য গ্রহ জয় করার ক্ষমতা খুলে দিয়েছে৷
