Условие Брэгга — Вульфа (также условие Вульфа — Брэггов ) определяет направление максимумов дифракции упруго рассеянного на кристалле рентгеновского излучения. Выведено в 1913 независимо У. Л. Брэггом и Г. В. Вульфом . Имеет вид:

${\displaystyle \quad 2d\sin \theta =n\lambda }$

где d — межплоскостное расстояние, θ — угол скольжения (брэгговский угол), n — порядок дифракционного максимума, λ — длина волны.

Брэгговская дифракция может наблюдаться не только для электромагнитных волн, но и для волн материи ( волновых функций ). В частности, экспериментально это было впервые продемонстрировано для нейтронов в 1936 году , а позднее также для отдельных атомов , конденсата Бозе — Эйнштейна , электронов , двухатомных и многоатомных молекул .

Вывод

Пусть плоская монохроматическая волна любого типа падает на решётку с периодом d, под углом θ, как показано на рисунке. Как видно, есть разница в путях между лучом, отражённым вдоль AC' и лучом, прошедшим ко второй плоскости атомов по пути AB и только после этого отражённым вдоль BC . Разница в путях запишется как

${\displaystyle (AB+BC)-(AC').}$

Если эта разница равна целому числу волн n, то две волны придут в точку наблюдения с одинаковыми фазами, испытав интерференцию. Математически можно записать:

${\displaystyle (AB+BC)-(AC')=n\lambda }$

где λ — длина волны излучения. Используя теорему Пифагора можно показать, что

${\displaystyle AB={\frac {d}{\sin \theta }}}$ , ${\displaystyle BC={\frac {d}{\sin \theta }},}$ , ${\displaystyle AC={\frac {2d}{\tan \theta }}}$

как и следующие соотношения:

${\displaystyle AC'=AC\cdot \cos \theta ={\frac {2d}{\tan \theta }}\cos \theta }$

Собрав всё вместе получим известное выражение:

${\displaystyle n\lambda ={\frac {2d}{\sin \theta }}-{\frac {2d}{\tan \theta }}\cos \theta ={\frac {2d}{\sin \theta }}(1-\cos ^{2}\theta )={\frac {2d}{\sin \theta }}\sin ^{2}\theta }$

После упрощения получим закон Брэгга

${\displaystyle n\lambda =2d\cdot \sin \theta ~~~~(1).}$

Применение

Условие Брэгга — Вульфа позволяет определить межплоскостные расстояния d в кристалле, так как λ обычно известна, а углы θ измеряются экспериментально. Условие (1) получено без учёта эффекта преломления для безграничного кристалла, имеющего идеально-периодическое строение. В действительности дифрагированное излучение распространяется в конечном угловом интервале θ±Δθ, причём ширина этого интервала определяется в кинематическом приближении числом отражающих атомных плоскостей (то есть пропорциональна линейным размерам кристалла), аналогично числу штрихов дифракционной решётки. При динамической дифракции величина Δθ зависит также от величины взаимодействия рентгеновского излучения с атомами кристалла. Искажения решётки кристалла в зависимости от их характера ведут к изменению угла θ, или возрастанию Δθ, или к тому и другому одновременно.

Условие Брэгга — Вульфа является исходным пунктом исследований в рентгеновском структурном анализе, рентгенографии материалов, рентгеновской топографии.

Условие Брэгга — Вульфа остаётся справедливым при дифракции γ-излучения, электронов и нейтронов в кристаллах, при дифракции в слоистых и периодических структурах излучения радио- и оптического диапазонов, а также звука.

В нелинейной оптике и квантовой электронике при описании параметрических и неупругих процессов применяются различные условия пространственного синхронизма волн, близкие по смыслу условию Брэгга — Вульфа.

Примечания

См. также

• Дифракция

Литература

• Bragg W. L. , «The Diffraction of Short Electromagnetic Waves by a Crystal», Proceedings of the Cambridge Philosophical Society , 17 , 43 (1914).
• Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров . Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Балдин , А. М. Бонч-Бруевич , А. С. Боровик-Романов и др. — М.: Сов. энциклопедия. Т. 1: Аронова — Бома эффект — Длинные линии. — М.: БСЭ, 1988. — 704 с., ил.