Türkçe Bilgi: X-ışını kırınımı

X-ray kırınım teknikleri, tahribatsız muayene tekniklerinden biridir. Bu yöntem sayesinde Kristal yapısı, kimyasal kompozisyon ve fiziksel özellikler elde edilebilir. Bu teknik örnekten kırılan X ışınlarının yoğunluğunun gözetlenmesine dayanır. Bu gözlemler kırınım açısı, polarizasyon, dalga boyu ya da enerji degişkenleri kullanılarak yapılır. X-ray difraksiyon teknikleri X-ray difraksiyonu, sistemdeki atomlardan ve elektron bulutlarından elastik kırılan X ışınlarını kullanarak malzemenin atomik yapısına dair ipuçları verir. Kristallerden kırılan en kapsamlı açıklamayı dinamik difraksiyon teorisi verir. *Tek kristal X-ray difraksiyonu proteinler, kompleks makromoleküller, inorganik katılar gibi kristallin materyallerin tüm yapısını çözmek için kullanılan bir yöntemdir. *Toz difraksiyonu (XRD) kristallografik yapıları, taneleri, istenen boyda polikristalin ya da toz halindeki katı örnekleri karakterize etmek için kullanılan bir tekniktir. Toz difraksiyonu genellikle bilinmeyen maddeleri tanımlamada, Uluslararası Difraksiyon Data Merkezinin veritabınında karşılaştırma yapmak için kullanılır. Ayrıca heterojen katı karışımlarının kristalin bileşenlerin çokluğunu belirlemek için kullanılabilir. Toz difraksiyonu ayrıca kristalin materyallerin uzamasını belirlemek için kullanılan yaygın bir yöntemdir. *İnce film difraksiyonu *Yüksek çözünürlüklü X-ray difraksiyon *X-ray pole figure. *X-ray rocking curve X-IŞINLARI VE BRAGG KIRINIMI X ışınları dalga boyları 0,1 - 0,001 nm aralığında, yani görünür ışıktan 1000 kat daha kısa dalga boylu, elektromanyetik dalgalardır. Dalga boyu kısa olduğundan foton enerjileri görünür ışığa göre daha büyük olur. İlk kez 1895’te Roentgen, yüksek enerjili elektronları metal bir hedefle çarpıştırarak elde ettiği bu ışınların doğasını anlayamadığı için bunlara “ X ışınları ” adını vermiştir. Bir şeyin dalga olduğunu göstermek ve dalgaboyunu ölçmek için her halde en kısa yol, onu bir kırınım ağından geçirip oluşan saçakları gözlemektir. İyi bir kırınım ağında çizgiler arası uzaklık dalga boyuyla aynı mertebede olmalıdır. Örneğin; görünür ışık için çizgiler arası uzaklık 1000 nm civarında olmalıdır; ancak, X ışınlarında kullanılacak kırınım ağında bu uzaklık 0,1 nm olmalıdır ki bu, deneysel olarak kolay yapılacak bir iş değildir. 1912 De Von Laue şöyle bir düşünce geliştirdi: bir kristalde atomlar düzenli konumlarda sıralandığı ve sıralar arası uzaklık 0,1 nm mertebesinde olduğuna göre, böyle bir kristal X ışınları için üç boyutlu bir kırınım ağı olarak kullanılabilirdi. Bu düşüncenin doğru olduğu kısa surede anlaşıldı; Laue ve asistanları X ışınlarının dalga olduğunu ve dalga boylarının 0,1 nm civarında olduğunu kanıtladılar. X ışınları kırınımında kristallerin kullanımı İngiliz fizikçileri W.L.Bragg ve babası W.H.Bragg tarafından geliştirildi; bu nedenle Bragg kırınımı adı verilir. (veyaBragg yansıması olarak da bilinir.) Bu teknik tarihsel olarak X ışınlarının tanılanmasında önemli olduğu kadar, günümüzde de kristal yapıların incelenmesinde önemli bir yer tutmaktadır. Bragg kırınımını anlamak için bir kristali, düzenli aralıklarla sıralanmış özdeş ve birbirine paralel düzlemler olarak düşünebiliriz. Atomların içinde periyodik olarak sıralandığını düşünerek düzlemlerin çok farklı şekillerde algılandığı ortaya çıkabilir. Bu farklı düzlemlere belirli bir β açısıyla yaklaşan bir elektromanyetik dalga göz önüne alınır. Dalga kristale çarptığında her atomda ışımanın bir bölümü saçılacak, saçılan dalgaların aynı fazda olduğu doğrultularda kırınım maksimumları gözlenecektir. İlk düzlemden yansıyan dalgaları göz önüne alalım, saçılan dalgaların aynı fazda olduğu doğrultu bildiğimiz yansıma kuralıyla verilir: β=β' Sonra, aralarında d uzaklığı olan ardışık iki düzlemdeki atomlarda saçılan dalgaları göz önüne alalım. İki dalga arasındaki yol farkı 2d sinβ olur. Ardışık iki düzlemden kırınan dalgaların aynı fazda olabilmesi için yol farkı λ dalga boyunun tam katları olmalıdır: 2d sinβ=nλ Buradan n=1,2,3,…tam sayısı kırınım maksimumunun derecesi olur. Çoğu deneylerde n>1 olan maksimumlar çok zayıftır ve sadece n=1 önemli olur. 2d sinβ=nλ bağıntısına Bragg yasası denir. Denklemlerin sağlandığı her doğrultudan kristal atomlarından kırınan dalgalar aynı fazda olacak ve kuvvetli bir maksimum gözlenecektir. Bu sonuç birçok amaçla kullanılabilir. Bazı basit kristal yapıları için kristal yoğunluğu ve atom ağırlığı kullanılarak, d düzlem aralığı da hesaplanabilir. Düzlem aralığı bilinen bir kristal üzerine monokromatik (tek dalga boyu) X ışınları gönderildiğinde, kırınım saçakları incelenerek λ dalga boyu tayin edilebilir. Eğer X ışını dalga boyu sürekli bir dağılım gösteriyorsa, farklı dalga boyları farklı doğrultularda maksimum verecektir; bu durumda kristal yardımıyla, X ışınında hangi dalga boylarının hangi şiddetlerde bulunduğu araştırılabilir. X ışınları kolimatördenilen bir aralıktan geçirilerek doğrultuları belirginleştirilir, sonra düzlem aralığı bilinen bir kristal yüzeyine gönderilir. Yansıyan ışınların şiddeti bir detektör ile ölçülür. Kristal ve detektörü döndürerek I şiddeti β açısının fonksiyonu olarak ölçülür. Denklemdeki Bragg yasasını kullanarak, I şiddetini λ’nın fonksiyonu olarak yani X ışını spektrumunu, bulabiliriz. Belirli bir açıda yansıyan X ışınlarını seçerek, başka deneylerde kullanılmak üzere, monokromatik bir X ışını demeti elde edilebili. X ışınlarının dalga boyu bilindikten sonra Bragg yasası yardımıyla yapısı bilinmeyen kristaller de incelenebilir.Denklemdeki Bragg yasasının ön gördüğü kırınım saçakları dağılımı oldukça karmaşık olmasının nedeni doğrultuları ve düzlemler arası uzaklıkları farklı birçok kristal düzlemleri bulunmasıdır. Belli bir türdeki düzlem kümesi için Bragg koşulu ve belirli maksimum doğrultuları ön görmektedir. Bragg kırınımda ikinci bir zorluk, katıların tek kristalden ibaret olmayıp birçok mikrokristalin rastgele bir araya gelmesinden oluşmasıdır. Böyle bir polikristale X ışını gönderildiğinde, Bragg koşulu sadece belirli doğrultudaki mikrokristaller için yapıcı gelişim oluşturacaktır. Bu doğrultuların geometrik yeri bir koni yüzeyi olup, ortaya çıkan kırınım dağılımı eş merkezli halkalar şeklinde olur. Kaynak ; Fen ve Mühendislikte Modern Fizik , John R. TAYLOR, Chris D. ZAFİRATOS , Michael A. DUBSON, Okutman Yayıncılık 2. Baskı ANKARA 2008 Çeviri Bekir KARAOĞLU

Kaynaklar

http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_diffraction

Kaynaklar

Vikipedi

X-Işını Kırınımı

Kaynaklar

Kaynaklar

X ışını kristalografisi

Kırınım

Manne Siegbahn

Rosalind Franklin

Bragg kırınımı

Biyofizik

Fresnel kırınımı

Moleküler biyoloji tarihçesi

X-Işını Kırınımı

X-Işını Kırınımı Hakkında Detaylı Bilgi

Kaynaklar

Kaynaklar

Görüşler ve Yorumlar

Okuma Önerileri

X ışını kristalografisi

Kırınım

Manne Siegbahn

Rosalind Franklin

Bragg kırınımı

Biyofizik

Fresnel kırınımı

Moleküler biyoloji tarihçesi