Матвей Бронштейн - Солнечное вещество и другие повести, а также Жизнь и судьба Матвея Бронштейна и Лидии Чуковской [сборник]

При первых опытах Рентгена невидимые лучи проникали только сквозь тонкие слои металла, а в толстых застревали, поглощались. Современные рентгеновские трубки с напряжением в сотни тысяч вольт испускают лучи гораздо более мощные, гораздо глубже проникающие. Такие лучи легко проходят через слой стали толщиной в десять – пятнадцать сантиметров. От них не скроется ни одна трещинка, ни один пузырек.

Плохая сварка: рентгеновские лучи обнаружили пузырьки воздуха на том месте, где должен быть сплошной металл

Поршень авиационного двигателя, отлитый из легкого сплава (справа – обыкновенные снимки, слева – рентгеновские)

Рентгеновский снимок сразу выводит на чистую воду малейший изъян внутри металла.

Зоркие лучи Рентгена несут ответственную службу на заводах. Но еще более тонкую и сложную работу проделывают они в физических лабораториях. Они помогают физикам изучать строение вещества.

В 1912 году немецкие физики Лауэ, Фридрих и Книппинг сделали такой опыт. Они пропустили пучок рентгеновских лучей через кристаллик сернистого цинка. Пройдя сквозь кристаллик, лучи упали на фотографическую пластинку. Когда ученые проявили и отфиксировали пластинку, оказалось, что на ней отпечатался какой-то замысловатый узор, составленный из маленьких темных пятнышек.

Фотография, снятая Лауэ, Фридрихом и Книппингом

Лучи Рентгена прошли сквозь кристалл сернистого цинка.

Что за узор, откуда он? Лауэ сумел ответить на этот вопрос. Кристалл сернистого цинка состоит из атомов двух веществ: серы и цинка. Эти атомы расположены в пространстве стройными, правильными рядами. Внутри кристалла, параллельно каждой его грани, идут, пересекаясь между собой, бесчисленные плоскости. Каждая из этих плоскостей – это геометрически правильная сетка, составленная из атомов.

Лучи Рентгена, проникая сквозь сетку, огибают атомы и рисуют узор на фотографической пластинке. Узор из темных пятнышек. Это не фотография кристалла. Но, изучая этот узор, Лауэ с помощью математического расчета установил, как, в каком порядке расположены в кристалле атомы.

Лауэ и его сотрудники стали пропускать лучи Рентгена и через другие кристаллы – поваренную соль, берилл, сернокислый никель. И каждый раз на фотографической пластинке отпечатывался узор из темных точек. Поваренная соль давала один узор, берилл – другой, сернокислый никель – третий.

Фотография, снятая по способу Лауэ

Кристалл поваренной соли.

Фотографии, снятые Лауэ

Лучи Рентгена прошли сквозь кристалл серно-кислого никеля ( слева ) и берилла.

Значит, во всех этих веществах атомы расположены сетками в своем строго определенном порядке. Порядок этот у разных веществ разный: у сернистого цинка – один, у поваренной соли – другой, у берилла, у алмаза, у никеля, у графита – третий, четвертый, пятый. Атомы натрия и хлора в поваренной соли расположены кубами, атомы углерода в алмазе – четырехгранными пирамидами.

Расположение атомов в кристалле поваренной соли

Белые шарики – атомы натрия, черные – атомы хлора. Каждое деление масштабной линейки – это одна десятимиллионная доля миллиметра.

Расположение атомов в алмазе

Сами атомы – это чрезвычайно мелкие частицы вещества. Размеры атома – десятимиллионная доля миллиметра. Их невозможно разглядеть даже в сверхсильный микроскоп. Но с помощью лучей, открытых Рентгеном, физики узнали с абсолютной достоверностью, как расположены атомы в кристаллах. В каком порядке, и даже какое между ними расстояние. В 1913 году, через год после открытия Лауэ, русский физик Вульф и англичане отец и сын Брэгги, один в России, а двое других в Англии, нашли – совершенно независимо друг от друга – способ с полной математической точностью определять в кристаллах расстояние между атомами. Оказалось, определять его можно, направляя на кристалл под разными углами рентгеновские лучи и каждый раз измеряя при этом угол наклона.