Kristallid on olnud huviobjektiks juba kaua aega. Vanimate ajalooliste viidete hulka kuulubAntiik-Kreeka ajast pärinev allikasTheophrastose "Kivide kohta" (Περὶ λίθων), kus Theophrastos liigitabkivimeid javääriskristalle nende käitumise järgi, kui neid kuumutada.[1]
Lumehelves
Kristallide teaduslikust uurimisest on tõendeid 17. sajandist, kuiJohannes Kepler oma teoses "Strena seu de Nive Sexangula" seletaslumehelvestesümmeetriat, pakkudes põhjuseksveeosakeste pakkemehhanismi eripärasid.[2] 1669. aastal avaldatud teoses "De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus" tõiNicolaus Steno välja oma tähelepanekuid kristallide kohta, märkides, et kristalli tahkude vahelised nurgad on alati samad igaskvartsi kristallis.[3]René Just Haüy avastas, et kristalli tahkude teket on võimalik seletada sarnaste struktuurielementide teatud pakkemehhanismidega.[4] 19. sajandil sai tänu arvukate silmapaistvate haritlaste käe läbi alusekristallograafia teadusharu. Nende haritlaste hulka kuuluvad tuntumad:W. H. Miller, kes hakkas kristallitahke kategoriseerima, määrates igale tahule tähiseks unikaalsed kolm täisarvu, mida tuntakse kuni tänapäevaniMilleri indeksitena;Auguste Bravais, kes liigitas kõik kolmes ruumidimensioonis võimalikudkristallivõred neljateistkümneBravais' võre alla jaArthur Schönflies,Evgraf Fedorov ningWilliam Barlow, kes leidsid, et on olemas ainult 230 unikaalset sümmeetrilistkristallistruktuuri, mida tuntakse nüüdseksruumirühmade nime all.[5][6][7][8]
Röntgenikiirguse avastamise aastaks loetakse 1895. aastat ja avastajaksWilhelm Röntgenit. Ta liigitas avastatud kiirguse tundmatuks (X-) kiirguseks. Alles 1912. aastal, pärast katset, kus selgus, et röntgenikiirgusel tekib difraktsioon, kui kiirgus on interaktsioonis kristalliga (Max von Laue katse) sai selgeks, et röntgenikiirguse puhul on tegemist lühikese lainepikkusegaelektromagnetkiirgusega, mis on samalaadne naguvalgus. Röntgeni avastuse tõttu kutsutakse tänapäevani elektromagnetkiirgustlainepikkuste vahemikus 0,01–10nm röntgenikiirguseks.
Röntgenikiirgust hakati kasutama ära selleainegavastastikmõju tõttu. Neid vastastikmõjusid liigitatakseneeldumiseks ningComptoni jaRayleigh' hajumiseks (shdifraktsiooniks). Röntgenikiirgus sobib hästi aine atomaarsel tasemel uurimiseks, sest selle lainepikkus on samas järgus aatomivaheliste kaugustega kristallvõres. Seega võib jälgida kristalli läbimisel röntgenikiirguse intensiivsuse maksimume teatud suundades vastavalt läbitava kristalli sümmeetriale, mis tekivadkonstruktiivsel interferentsil suure korrapäraga paiknevatelt aatomitelt (kristalliaatomitelt) elastselt hajudes.
Aine spetsiifilise interaktsiooniga röntgenikiirgusega ning vajadusega määrata ainete struktuuri ja koostist sai alguse tänapäeval teaduses laia kasutust leidev röntgenstruktuurianalüüs.
Röntgenikiirte vastastikmõjud ainegaRöntgenkvandi fotoelektriline neeldumine ioniseerib aatomi
Viisid, kuidas röntgenikiirgus ainega interakteerub, liigitataksefootoni neeldumise,Comptoni hajumise või Rayleigh' hajumise alla. Kindla interaktsiooni ulatus võrreldes teistega sõltub enamasti röntgenkvandienergiast ja aineelemendilisest koostisest. Madala energiagafootonid annavad suurema panuse neeldumisse ja kõrgema energiaga footonid hajumisse.
Footoni neelduminekvantmehaanika seisukohalt leiab aset, kui leidubelektron, mille lõpp- ja algoleku energiate vahe vastab footoni energiale.[9]Röntgenkvandi neeldumise tulemusena lüüakse elektron aatomist välja ja tekibfotoelektron. Sellist fenomeni nimetataksefotoelektriliseks efektiks. Järgneb aatomi kõrgemastelektronkihist madalamale kihileelektroni rekombineerumine. Rekombinatsioone võib toimuda palju, olenevalt kui kõrgelt kihilt elektron rekombineerub. Rekombinatsiooniprotsessi käigus vabaneb energiatasemete vahele vastav valguskvant, mida nimetataksefluorestsentskiirguseks ning mis sisaldab informatsiooni karakteristliku energiaväärtuse kujul. Energiatasemete energiad on ainult teatud diskreetsete väärtustega ning igale ainele on omane elektronide energiataseme vahede hulk ehkspekter. Rekombinatsiooni tulemusena võib tekkida kaAugeri elektron.[10]
Rekombinatsiooni käigus vabanev kvant võib anda oma energia üle mõnele teisele elektronile aatomis, mis võib seejärel aatomist eralduda. Eraldunud elektron on karakteristlikukineetilise energiaga ning teda nimetatakse Augeri elektroniks.[10]
Comptoni hajumine ehk mittekoherentse Comptoni kiirguse teke esineb röntgenkvandi mitteelastsel hajumisel aatomiga nõrgalt seotud elektronil. Kui selle protsessi tulemusena elektron eemaldub aatomist, siis tekib Comptoni elektron. Mitteelastse hajumise tulemusena osa kvandi energiast kandub üle hajutavale elektronile ja ülejäänu hajunud kvandile. Hajunud madalama energiaga footon võib liikuda edasi mis tahes suunas, kuid on suuremtõenäosus, et see liigub originaalsele lähedases suunas edasi.[10]
Rayleigh' hajumisel tekib röntgenikiirguse ja aatomiga tugevalt seotud elektroni vastastikmõjul koherentne kiirgus. Elastse hajumise mehhanismi tõttu jääb hajunud footoni energia samaks ning ainult selle leviku suund võib muutuda. Ainult koherentne kiirgus on võimeline tekitamadifraktsioonimaksimume, mida registreeritaksedifraktsioonipildil.[9]
Röntgenikiirte peegeldumine on hajumise erikäsitlus atomaarselt siledate pindade korral ning sellel erijuhul on omaette rakendusi, mistõttu ongi loodud eraldi mõiste. Siledatel pindadel on kriitiline nurk, millest väiksemate nurkade juures pinnale langenud laine peegeldub pinnalt suure peegeldusteguriga.[10]
12345Jens Als-Nielsen ja Des McMorrow (2011).Elements of Modern X-ray Physics (inglise) (Teinetrükk). John Wiley & Sons.ISBN9781119998365.0:lk 19;1:lk 18;2:lk 19;3:lk 15-18;4:lk 23-25
.png)