Difraksi

Difraksi

Difraksi pada dasarnya disebabkan oleh adanya hubungan fase tertentu antara dua atau lebih gelombang, dan dianjurkan, di awal, untuk mendapatkan gagasan yang jelas apa yang dimaksud dengan hubungan fase. Mempertimbangkan sinar x-ray, seperti berkas 1 pada Gambar 3-1, melanjutkan dari kiri ke kanan. Untuk kenyamanan saja, berkas ini diasumsikan bidang-terpolarisasi agar kita dapat menarik listrik vektor medan E selalu dibidang. Kita mungkin membayangkan berkas ini akan terdiri dari dua bagian yang sama, sinar 2 dan sinar 3, masing-masing setengah amplitudo berkas 1 Kedua sinar, di depan AA ', dikatakan sepenuhnya dalam fase atau langkah; yaitu, vektor listrik-bidang mereka memiliki besar yang sama dan arah pada saat yang sama pada setiap titik x diukur sepanjang arah propagasi gelombang. Sebuah depan gelombang permukaan tegak lurus terhadap arah propagasi ini.
Sekarang perhatikan percobaan imajiner, di mana sinar 3 dibiarkan terus dalam garis lurus tapi sinar 2 dialihkan dengan beberapa cara ke jalan melengkung.

Gambar 3-1. Effect of path differences on relative phase
bergabung kembali sinar 3.Apa situasi di depan gelombang BB 'di mana kedua sinar itu telah berjalan dalam arah yang asli? Di bagian depan ini, vektor listrik dari sinar 2 memiliki nilai maksimum pada saat yang ditunjukkan, tetapi dari sinar 3 adalah nol. Oleh karena itu, dua sinar yang keluar dari fase. Jika kita menambahkan dua komponen ini berkas  imajiner bersama-sama, kita menemukan bahwa berkas 1 sekarang memiliki bentuk yang ditunjukkan pada bagian kanan atas gambar. Jika amplitudo sinar 2 dan 3 masing-masing 1 unit, maka amplitudo berkas 1 di sebelah kiri adalah 2 unit dan berkas 1 di sebelah kanan adalah 1,4 unit, jika variasi sinusoidal E dengan x dapat diasumsikan.
Dua kesimpulan bisa diambil dari ilustrasi ini:
Perbedaan panjang jalan berwisata menyebabkan perbedaan fase
Pengenalan perbedaan fase menghasilkan perubahan dalam amplitudo yang diukur.
Semakin besar garis edar , semakin besar perbedaan dalam fase, karena perbedaan jalan,  di panjang gelombang, tepatnya sama dengan perbedaan fasa, juga diukur dalam panjang gelombang. Jika jalur dialihkan dari sinar 2 pada Gambar 3-1 adalah seperempat panjang gelombang lebih panjang daripada yang ditampilkan, perbedaan fasa akan menjadi setengah panjang gelombang. Kedua sinar itu akan benar-benar keluar dari fase di depan gelombang BB 'dan di luar dan karena itu mereka akan membatalkan satu sama lain, karena pada setiap titik vektor listrik mereka akan baik baik nol atau sama besarnya dan berlawanan arah. Jika perbedaan panjang jalur dibuat tiga perempat jika panjang gelombang yang lebih besar yang ditunjukkan, kedua sinar akan menjadi salah satu panjang gelombang penuh dari fase. Sebuah kondisi bisa dibedakan dari yang benar-benar dalam fase karena dalam kedua kasus dua gelombang akan bergabung membentuk berkas amplitudo 2 unit, seperti balok pertama. Kami dapat menyimpulkan bahwa dua sinar-benar dalam fase setiap kali garis edar bertambah mereka berbeda baik dengan nol atau oleh sejumlah seluruh panjang gelombang.

Perbedaan panjang garis edar berbagai siinar muncul secara alami ketika kita mempertimbangkan bagaimana kristal diffraksi sinar x, Gambar 3 -2 menunjukkan bagian dari kristal, atom yang disusun pada satu set bidang sejajar A, B, C, D ..., normal terhadap bidang gambar dan ruang dan jarak d 'terpisah. Asumsikan bahwa sinar, sangat monokromatik sinar x sempurna paralel panjang gelombang masuk pada kristal ini pada sudut, yang disebut sudut Bragg, di mana diukur antara berkas datang dan bidang kristal tertentu yang sedang dipertimbangkan.

Kami ingin tahu apakah ini sinar-x yang masuk ke sinar difraksi oleh kristal dan, jika demikian, apakah kondisi berada dibawah. Sebuah sinar difraksi dapat didefinisikan sebagai bekas terdiri dari sejumlah besar sinar yang tersebar saling menguatkan satu sama lain. Difraksi oleh karena itu, pada dasarnya fenomena hamburan dan tidak satu yang melibatkan "baru" jenis interaksi antara sinar-x dan atom. Dilihat dalam 1-5 detik. Yang mana atom menyebarkan sinar-x yang datang di segala penjuru dan kita akan melihat saat itu di beberapa arah ini berkas tersebar akan benar-benar dalam fase sehingga saling memperkuat satu sama lain untuk membentuk difraksi sinar.

Untuk kondisi tertentu yang dijelaskan oleh Gambar 3-2 hanya berkas difraksi yang terbentuk adalah bahwa yang ditunjukkan, yaitu satu membuat sudut refleksi

Gambar 3-2. Difraksi Sinar-X Pada Kristal

* sama dengan sudut datang. Kami akan menunjukkan hal ini, pertama, untuk satu bidang atom dan, kedua, untuk semua atom yang membentuk kristal. Pertimbangkan sinar 1 dan 1a diberkas datang; berkas datang menyerang atom K dan P di bidang pertama dari atom dan tersebar di segala penjuru. Hanya dalam arah 1 'dan 1a', bagaimanapun, adalah ini berkas tersebar sepenuhnya dalam fase dan begitu mampu memperkuat satu sama lain; berkas datang melakukannya karena perbedaan panjang garis edar antara muka gelombang XX'and YY 'adalah sama dengan
QK-PR = PK cos θ-PKcosθ=0
Hal yang sama , sinar tersebar oleh semua atom dalam bidang pertama dalam arah sejajar dengan 1' berada dalam fase dan menambahkan kontribusinya dengan berkas difraksi. Ini akan menjadi benar semua bidang secara terpisah, dan masih menemukan kondisi untuk penguatan sinar dihamburkan oleh atom di bidang yang berbeda. Sinar 1 dan 2, misalnya tersebar oleh atom K dan L, dan perbedaan fase untuk sinar 1K1 'dan 2L2' adalah
ML +LN= d` sin θ+d`sinθ
* Perhatikan bahwa sudut ini didefinisikan secara berbeda di difraksi x-ray dan di optik umum. Pada yang terakhir, sudut insiden dan refleksi adalah sudut yang insiden dan tercermin balok buat dengan normal ke permukaan refleksi.

Hal ini juga merupakan perbedaan garis yang menunjukan sinar tumpang tindih yang tersebar oleh arah S dan P, dikarenakan dalam arah ini tidak ada perbedaan antara jalur sinar hamburan oleh S dan L atau P dan K. sinar hamburan 1’ dan 2' akan benar-benar berada dalam fase jika garis yang berbeda sama dengan nomor n dari panjang gelombang, atau
n λ = 2 d’ sin θ
Hubungan ini pertama kali dirumuskan oleh W.L. Bragg dan dikenal sebagai hukum Bragg. Ini menyatakan kondisi essensial yang harus dipenuhi jika difraksi terjadi. N disebut urutan refleksi; diperlukan pada setiap nilai yang terpisahkan dengan sudut θ  dan sama dengan jumlah panjang gelombang di jalur yang berbeda antara sinar tersebar oleh bidang yang berdekatan. Oleh karena itu, untuk nilai-nilai tetap λ dan d’ ada beberapa sudut yang dihasilkan θ1, θ2 ,θ3.....di mana difraksi dapat terjadi sesuai dengan n = 1,2,3.....  Dalam refleksi orde pertama (n=1), sinar yang tersebar pada 1’ dan 2’ pada Gambar 3.2 akan ditemukan perbedaan dalam fase oleh satu panjang gelombang, sinar 1’ dan 3’ oleh dua panjang gelombang dan sinar 1’ dan 4’ oleh tiga panjang gelombang, dan seterusnya seluruh kristal. Sinar tersebar oleh semua atom di semua bidang, karena itu dalam fase ini adanya sinar yang memperkuat satu sama lain (interferensi konstruktif). Sinar terdifraksi agak kuat dibandingkan dengan jumlah dari semua sinar tersebar di arah yang sama hanya karena penguatan yang terjadi, tapi sangat lemah dibandingkan dengan sinar yang dihasilkan sejak atom dari hamburan kristal yang  hanya sebagian kecil dari energi yang dihasilkan oleh mereka.

Hal ini bermanfaat dalam membedakan tiga mode hamburan:
1. atom tersusun secara acak dalam ruang, seperti pada gas monoatomik. Hamburan ini terjadi di segala penjuru dan lemah. Intensitasnya bertambah.
2. atom diatur secara berkala dalam ruang, seperti dalam kristal yang sempurna:
a. Dalam sangat sedikit arah, sesuai dengan hukum Bragg, hamburan yang kuat disebut pola difraksi. Amplitudo bertambah.
b. Dalam kebanyakan arah, tidak sesuai dengan hukum Bragg, tidak ada hamburan karena sinar tersebar melemahkan satu sama lain.
Pada pandangan pertama, difraksi sinar-x oleh kristal dan pantulan cahaya tampak oleh cermin tampak sangat mirip, karena dalam kedua fenomena terjadi sudut yang sama dengan sudut refleksi. Tampaknya kita mungkin pesawat atom sebagai sedikit cermin yang "mencerminkan" sinar-x. Difraksi dan refleksi, bagaimanapun, berbeda secara fundamental dalam tiga aspek:
1. Balok difraksi dari kristal dibangun dari sinar tersebar oleh semua atom kristal yang terletak di jalur pada bidang balok. Pantulan cahaya tampak mengambil tempat di lapisan permukaan tipis saja.
2. difraksi sinar-x monokromatik hanya terjadi pada sudut-sudut tertentu yang memenuhi hukum Bragg. Pantulan cahaya tampak terjadi pada setiap sudut datang.
3. refleksi cahaya tampak oleh cermin yang baik hampir 100 % efisien.

Intensitas sinar x-ray difraksi sangat kecil dibandingkan dengan bidang pada balok.
Meskipun berbeda, kita sering berbicara tentang 'bidang refleksi' dan 'pencerminan balok' ketika kita mengetahui bidang difraksi dan difraksi sinar. Ini adalah penggunaan umum dan kita akan sering menggunakan istilah-istilah dengan pemahaman diam-diam bahwa kita benar-benar berarti difraksi, bukan refleksi.

Singkatnya, difraksi adalah fenomena hamburan di mana sejumlah besar atom bekerja sama. Karena atom-atom disusun secara berkala pada kisi, sinar tersebar oleh mereka yang memiliki hubungan fase yang pasti; hubungan fase ini mengakibatkan interferensi destruktif yang terjadi pada kebanyakan arah hamburan, tetapi dalam beberapa arah terjadi interferensi konstruktif dan terbentuk difraksi sinar. Kedua kejadian ini adalah gerakan gelombang interferensi (x-ray) dan satu set pusat hamburan diatur secara berkala (atom dari kristal).