ЖАРЫҚТЫҢ ДИСПЕРСИЯСЫ
Сыну керсеткіші жарық шоғының түсу бұрышына тәуелді емес, алай-да, шоқтың түсіне тәуелді1. Мұны ашқан Ньютон болатын.
Ньютон телескоптарды жетілдіру жұмысымен шұғылдана отырып, объ-ективтен шыққан кескіннің шеттері боялғанша көңіл аударады. «Ол бұл құбылысты тамашалады да, тұңғыш рет — жарық сәулелерінің алуан түрлі екендігін және бұған дейін ешкім ойламаған, жарық түстерінің ерекшелігін зерттеді» (Ньютон қабірінің басына жазылған сөз). Линзадаи шыққан кескіннің кемпірқосақ түсіне боялатыны әрине, Ньютонға дейін де байқалған. Призма арқылы қараған нәрселердің шеттері де кемпірқосақ түсті болатыны байқаған. Призма арқылы өткен жарық сәулелері шоғының шеттері боялған болады.
Ньютонның негізгі тәжірибесі даналықпен жасалған қарапайым тәжірибе еді. Ньютон призмаға көлденең қимасы кішкене жарық шоғын түсіруді ойлап тапты. Күннің жарық сәулесі терезе жарығындағы кішкене тесік арқылы, қараңғылаған үй ішіне жіберілді. Жарық шоғы шынымен призмаға түсіп сынды да, қарсы қабырғаға кемпірқосақ түстерімен кезек боялған ұзарған кескін түсті Ньютон тәжірибесінің стильдік кескіні 117-суретте көрсетілген. Кемпірқосақ негізгі жеті түстен қүра-лады деген ғасырларға созылған дәстүр бойынша, Ньютон мынадай
Түс дегеннің не екенін әркім біледі. Түске берілетін анықтама мынадай: түс — саналы көру түйсігі ретінде материлдық объектілердің қасиеттердің бірі. Адам объектіні көріп қабьшдау процесіне оған біраз түсті «меншіктеп» береді.
жеті түсті бөліп алды: күлгін, көк, көгілдір, жасыл, сары, қызғылт сары және қызыл. Түсті жолақтың өзін Ньютон спектр деп атады.
Тесікті қызыл шынымен жауып қойып, Ньютон қабырғадан тек — қызыл дақ, көк шынымен жауып — көк дақ т. с. с. байқады. Бүдан бүрын жорамалдағандай, ақ сәулені призма боямайтывдығы анықталды. Призма жарықты өзгертпейді, оны тек қүрам-ды беліктеріне жіктейді (түсті жап-сырмадағы 1 сурет). Ақ жарықтың қүрылымы күрделі, одан әр түсті шоқтар бөліп алуға болады. Олардың тек бірлескен әрекеті ғана бізге ақ түс әсерін туғызады. Шынында да, егер біріншіге қарағанда 180°-қа бүрылған, екінші призманың ке-мегімен спектрдің бүкіл шоқтарын жинасақ, онда тағы ақ жарық шығарып аламыз (түсті жапсырма-дағы II сурет). Спектрдің кез келген бір бөлігін, мысалы жасылын беліп алып, жарықты тағы бір призмадан өтуге мәжбүр етсек, енді боялуда езгеріс болмайды.
Ньютон жасаған тағы қорытывды оның «Оптика» тында былай айтылған: «Түстерінде айырмашылық бар сәулелер шоғы шоғының сыну дәрежесінде айырма-шылық болады» (олар үшін шыны-ның сыну көрсеткіші әр түрлі болады). Ең кеп сынатын күлгін сәулелер, барлығынан аз сынатын — қызыл сәулелер. Жарықтың сыну көрсеткішінің жарық түсіне тәуел-ділігін Ньютон дисперсия деп атады. Сыну көрсеткіші жарықтың зат ішіндегі V жылдамдығына тәуелді (§ 42+). Сынудың абсолют көрсеткіші:
п = -. Қызыл жарықты қызыл түсті
сәуле аз сынады, зат ішіндегі жыл-дамдығы үлкен болғандықтан, ал күлгін жарықтыкі ең кіші бол-ғавдықтан, күлгін түсті сәуле кеп сы-нады. Міне сондықтан да призма жарықты жіктейді. Бостықта әр түсті жарықтың жылдамдықтары бірдей. Егер олай болмаса, онда мысалы, Рё-мер бақылаған Юпитер серігі Ио көлеңкеден шыққан кезде — қызыл болып көрінер еді. Бірақ ол байқалмады.
Бертін келе түстің жарық толқындарының физикалық сипатта-маларына (тербеліс жиілігіне немесе толық үзындығына) тәуелділігі ай-қындалған болатын. Сондықтан бүрын Ньютон айтып кеткен анықтамадан гері, дисперсияға тереңірек анықтама беруге болады. Дисперсия деп жа-рықтың сыну көрсеткішінің тербеліс жиілігіне (не толық ұзындығына) тәуелділігін айтады.
Ақ жарық құрылымының күрделі екендігін біле отырып, табиғаттағы неше түрлі тамаша бояуларды түсіндіруге болады. Егер нәрсе, мысалы парақ қағаз, езіне түсетін әр түсті сәулелердің барлығын шағылдырса, онда ол ақ сиқяты болады. Қағазды қызыл бояумен боясақ, біз басқа бір түсті жарық шығармаймыз, бірақ бар түстің біразын қағазбен үстап қаламыз. Енді тек қызыл сәулелер ғана шағылады, қалғандарын қағаздағы бояу жүтып ала-ды. Шөп және ағаштардың жапырақтары жасыл болып көрінетін себебі, өздеріне түскен Күн сәулелерінің ішінен олар тек жасылдарын ғана шағылдырады, қалғандарын жүтып алады. Егер шепке, қызыл сәулелерді ғана өткізіп, қызыл шыны арқылы қарасақ, ояда шөп қарауытып керінеді.
Ньютон ашқан дисперсия құбылысы — түстердің табиғатын түсінуге жасалған алғашқы қадам. Түстің жатық толқындарының жиілігіне (немесе үзындығына) тәу-елділіғі айқындалғаннан кейін дисперсияны түсіну тереңдеді.
ИНФРАҚЫЗЫЛ ЖӘНЕ УЛЬТРАКҮЛГШ СӘУЛЕЛЕР
Көрінетін сәуле шығарумен (жарық) сәуле шығару аталуының барлық түрі бітіп қалмайды. Көрінетін сәуле шығарумен кершілес инфрақызыл және ультракүлгін сәулелер бар.
Инфрақызыл сәуле шығару. 60-параграфта баявдалған, электр доғасы спектрінде энергия бөлінуш зерттеу жөнінен жасалран тәжірибеге қайта оралайық. Прибордың сезгіш элеменггің — қара пласганасын спектр-
160
дің қызыл ұшына қарай жылжыта қозғағанда, температураның артқаны байқалады. Егер пластинаны, көздің жарықты байқай қоймайтын, спектрдің қызыл үшына қарай ығыстырсақ, онда пластинаның бүрынғыдан да күппірек қызатынын байқаймыз. Осы қызу туғызатьш электромагниттік толқьшдар инфрақызыл деп аталады. Оларды кезкелген қыздырылған дене, тіші жарықтальшбаса да, шығарады. Мысалы, жагылған пеш немесе пәтерді
инфрақызыл толқындар шығарады, олар айналасындағы денелерді едәуір қыздырады. Сондықтан инфрақызыл толқындарды көбінесе жылулық деп атайды.
Көз қабылдай алмайтын инф-рақызыл толқындардың үзындықта-ры жарық толқындарының үзын-дығынан артық болады. Электр доғасы мен қыздыру шамының сәуле шығару энергиясының макси-мумы инфрақызыл сәулелерге сәй-кес келеді.
Инфрақызыл сәулені лак қосып боялған нәрселерді, көкөністі, же-містерді кептіру үшін пайдаланады. Көзбен көріне қоймайтын объектінің инфрақызыл кескінін көрінетін кескінге айналдыратын приборлар жасалған. Қараңғыда көруге мүмківдік беретін дүрбілер мен оптикалық көздегіштер дайындалады.
Ультракүлгін сәуле шығару. Прибор спектрдің күлгін үшынан әрі қарай температураның аз да болса жоғарылағанын анықтайды. Ендеше толқын үзывдығы күлгін жарықтың толқын ұзындығынан қысқа электромагниттік толқындар да бар. Оларды ультракулгін толқындар деп атайды.
Ультракүлгін сәуле шығаруды люминесценттеуші затпен жабылған экранның кемегімен байқауға болады. Экранның спектрдің күлгін айма-ғынан тыс жатқан сәулелер түсетін бөлігі жарық дығара бастайды.
Ультракүлгін сәулелердің химия-лық активтілігі жоғары болып келеді. Ультракүлгін сәулені фөтошульсия өте сезгіш келеді. Бүған қараңғыланған үйде фотоқағазға спектрді проекциялау арқылы кез жеткізуге болады. Көрінерлік спектр аймағьшдағыға қарағанда, спектрдің күлгін үшынан әрі қарай қағаз көбірек қараяды.
Ультракүлгін сәулелер көру бейнесін туғызбайды, олар көрінбейді. Бірақ ол көз торы мен теріге орасан зор әсер етеді және бүлдіреді. Күннің ультракүлгін сәулелері атмосфераның жоғарғы қабаттарында нашар жүты-лады. Сондықтан биік тауда қара шыны көзілдіріксіз және үзақ уақыт киімсіз қалуға болмайды. Шыны ультракүлгін сәулелерді көп жұтады. Сондықтан көрінетін спектрге арналған мөлдір шыны көзілдірік те көзді ультракүлгін сәулелерден қорғайды.
Дегенмен, ультракүлгін сәуле-лердің аз_мөлшерінің емдік әсері бар. Сондықтан, әсіресе жас кезде күн көзінде шамалап болу пайдалы: уль-тракүлгін ^әулелер организмнің өсуіне және нығаютіГсййГтагізёдіГ Тері тканіне тікелей ^сёршен басқа (қор-ғаныш пигмент — күнге то-тығудың £)2 витаминінің пайда бо-луы), ультракүлгін сәулелер ор-ганизмдегі тір-шілікке қажетті функ-циялардың жүмысын жақсарта-ды, орталық нерв жүйесіне әсерін^ тигізечі. Ультракүлгін сәулелер сон-
Олар ауру туғызатьш оактери&ларды .жояды.Тетіғдықтан осы мақсат үшін медицинада пайдаланылады.
Қызған дене толқын ұзындығы көрінетін сәуленің толқын үзьн-дығынан артық инфракүлгін сәулелерді көбірек шығарады. Ультракүлгін сәуле қысқа толқынды және химиялық активтіліғі жоғары болып келеді.
РЕНТГЕН СӘУЛЕЛЕРІ
Инфрақызыл және ультракүлгін сәулеер жайывда бәрін бірдей естімеген де боларсындар бірақ рентген сәулелерішң бары жөніңде, әрине, кім де болса біледі. Бүл тамаша сәулелер кәдімгі жарық үшін мөлдір емес денелерден өтіп кетеді.
Рентген сәулелерінің жүтылу дәрежесі заттың тығыздығына про-порционал. Сондықтан рентген сәулелерінің жәрдемімен адамның ішкі ағзаларының фотографиясын алуға болады. Бұл фотографияларда қаңқа сүйектерін (153-сурет) және жүмсақ тканьдардың әр түрлі өзгерістерін оңай ажыратуға болады.
Қазір біздің еліміздегі барлық азаматтар жылына бір рет флюорог-рафиядан өтуге тиіс. Рентген сәулелерінің жәрдемімен адам ауырғанын сезе бастаудан бүрын, ауруды алдын ала анықтап білу үшін, кеуде клет-каларының суреті түсіріледі.
Рентген сәулелерінің ашылуы. Бүл сәулелерді 1895 ж. неміс физигі
153-сурет
Вильгельм Р е н т г е н ашқан. Рентген өзіне дейінгі көптеген ғалым-дардың мән бермеген және аңғара қоймағандарын байқай білді. Осы ерекше қабілеті оның тамаша жаңалық ашуына жәрдемдесті.
XIX ғасырдың аяғында аз қысымды газдардағы разряд физиктердің назарын жаппай аударды. Бүл жағдайларда газразрядтық түтіктерде өте шапшаң электрондардың ағыны туғызылған. Сол уақытта оларды катод сәулелері деп атаған. Бүл сәулелердің табиғаты ол кезде сенімді түрде тиянақтала қоймаған еді, тек бүл сәулелердің шығатьн басы түтіктің катодывда екені ғана мәлім болған.
Катод сәулелерін зерттеумен шүғылданған Рентген, фотопластина қара қағазға ораулы түрғанына қарамастан, разрядтық түтікшенің маңында ағарып қалған. Осыдан кейін ол тағы бір таңқаларлық қүбылысты байқады. Барийдің платина ерітіндісіне батырылған қағаз экранға разрядтық түтікшені орағавда, экран ағара бастайтыны байқалды. Оның үстіне, Рентген түтікше мен экран-ның арасына қолын үстағавда экран-да қолдың нобайшшң қылаң реңківде сүйектердің қара көлеңкелері көрінеді.
Ғалым разрядтық түтікшемен жүмыс істегенде бүрын белгісіз күшті, етімді сәуле пайда болатыньш түсіңді. Ол оны Х-сәулелер деп атады. Соңьюан бүл сәулелерге «рентген сәулелері» деген термин берік қалыптасты,
Рентген жаңа сәуле катод сәулелерінің (шапшаң электровдар агьшы) шыны түтіктің қабырғаларына соқтығысқан орындарьнда пайда болатынын байқаған. Бүл орында шыны жасылдау жарық шығарған. Х-сәулелер шапшаң электровдарды кез келген кедергімен, атап айтқанда металл электрондар-мен тежегевде пайда болатынын кейінгі тәжірибелер көрсетті.
Рентген сәулелерінін, қасиеттері. Рентген ашқан сәулелер фотопластинаға әсер етеді, ауаның иовдалуын туғызады, бірақ кез келген бір заттардан айтарлықтай шағылмайды және сынбайды. Электромагниттік еріс олардың таралу бағытына ешкандай әсерін тигізбейді.
Осыдан кейін бірден рентген сәулелері электрондардың кенет те-желуінен шығатьш электромагниттік толқындар деген болжам жасалды. Спектрді көрінетін бөлігінің жарық сәулелері мен ультракүлгін сәулелерінен өзгеше рентген сәулелерінің толқын үзындықтары біршама кіші болады. Кедергіге соқтығысатын электрондардың энергиясы неғұрлым көп болса, олардың толқын ұзындығы соқұрлым кіші болады. Рентген сәулелерінің жоғары етімділігі және басқа ерекшеліктері дәл осы толқьш үзындығының шағын болуымен байланыстырылады. Бірақ бүл гипотеза дәлелдеуді керек етті және оңдай
дәлелдеулер Рентген ашқаннан кейін 15 жылдан соң жасалды.
Рентген сәулелерінің дифракция-сы. Егер рентген сәулелері электро-магниттік толқын болса, овда толқынның барлық түріне тән қүбылыс — дифракция байқалуы керек. Алғаш рентген сәулелерін қорғасьш пластиналардың ете жіңішке саңылау арқылы жіберген, бірақ дифракцияға үқсас ешнәрсе байқалмаған. Неміс физигі Макс Лауэ жасавды бөгеттерден сол толқындардың дифракциясын байқау үшін рентген сәулелерінің толқын ұзындығы тым кішкене болар деп жорыды. Шындығында, атомның өлшемдерімен бірдей, өлшемдері 1(Г8 см болатын саңылау жасау мүмкін емес. Ал егер рентген сәулелерінің толқын үзындығы тап осындай болса ше? Онда қалатын бір ғана мүмкіндік — кристалдарды пайдалану. Олардың реттелген қүрылымы бар, олардағы жеке атомдардың ара қашықтығы шамасының реті женінен атомдардың ездерінің елшемдеріне, ягаи 10~8 смге тең. Периодты қүрылымы бар кристалл, үзындықтары атом өлшемдерімен шамалас келетін толқындардың дифракциясын туғызатын, табиғи қүрылғы болып табылады.
Міне, рештен сәулелерінін жіңішке шоғы арғы жағьгаа фотопластшш орналастырылған кристалға бағытталады. Нәтиже ең оптимистік үмітке толық сай келеді. Түзудің бойымен сәуле таратып түрған ортадағы үлкен дақпен қоса, соның маңайында белгілі тәртіппен орналасқан үсақ дақтар да пайда болады (154-сурет). Бүл үсақ дақтардың пайда болуы кристалдың реттелген құрылымындағы рентген сәулелерінің дифракциясымен түсіндіріледі.
Дифракциялық көріністі зерттеу рентген сәулелерінің толқын ұзын-дығын анықтауға мүмкіндік береді. Ол ультракүлгін толқын ұзындығынан қысқа және шамасы жағынан атом өлшемдеріне (10~8 см-ге) тең болып шықты.
Рентген сәулелерінің қолданылуы. Рентген сәулелері көптеген өте маңызды практикалық қолдау тапты. Медицинада олар аурудың диагнозын дүрыс қою үшін, сондайақ, рак аурын емдеу үшін қолданылады.
Рентген сәулелерін ғылыми зерттеулерде өте кең түрде қолдануда. Рентген сәулелері кристалдар арқылы өткендегі дифракциялық керінісіне қарап, кеңістікке атомдардың орна-ласу ретін — кристалдардың қүры-
лымын анықтау мүмкіндігі туады. Органикалық емес кристалл заттар үшін мүны орындау онша қиын бол-мады. Алайда рентген — қүрылым-дық анализ арқылы өте күрделі органикалық қосылыстардың, белок-тардың қүрылысью түсіндіруге мүм-кіндіктер бар. Атап айтқанда, он мывдаған атомдардан қүралған, ге-моглобин молекуласының қүрылымы анықталган.
Бүл жетістіктерге сәулелерінің толқын үзындықтарының шағындығы нәтижесівде қол жетті, толқын үзын-дығы жәрдемімен дүрысьгада молеку-лалардың қүрылымын «көруге» бо-латындай еді. Көру деп отырғаны-мыз, әрине, сезбе-сез мағьшада емес, мүндағы мәселе дифракциялық ке-ріністі шығарып алуда, сонық жәр-демімен көп еңбектеніп, оны тү-сівдіре отырып, атомдардың ке-қістікке орналасу сипатын анықтауға болады.
Рентген сәулелерішң қолданыла-тын жерлерінің ішінен рентгендік де-фектоскопияны — қүймалардағы ақауларды, рельстердегі сызаттарды табу, пісірілген жіктердің сапасьш анықтау т. б. әдісін айта кетуге бо-лады.
Рентгендік дефектоскопия бүйым-дарда куыс немесе бөгде қосылыстар бар болса, рентген сәулелерінің жүтылуы өзгеретініне негізделген.
Рентген түтігініқ қүрылысы. Қазіргі кезде рентген сәулелерін шығарып алу үшін, рентген тутіктері деп аталатын әбден жетілдірілген қүрылғылар жасалған. Олар конструкциясын Рентген жа-саған алғашқы аппараттардан анағүрлым жақсы.
155-суретте электрондық рентген түтігінің ықшамдалған схемасы кес-ківделген. Катод 1 вольфрамнан жасалған қылсым, ол термоэлектрондық эмиссия есебінен элктроңцар шы-гарады. Цилиндр 3 электрондар ағы-нын фокустайды, сонан соң олар металл электродпен 2 (анодпен) сок-тығысады. Осыдан рентген сәулелері туыңдайды. Анод пен катодтын ара-сындағы кернеу бірнеше овдаған ки-ловольтқа жетеді. Түтікте, толық вакуум жасалады; ондағы газдың қысымы 10~5 — 10~7 мм сын. баг-на тең болады.
Қуатты рентген түтіктерінде анод сумен салқывдатылады, өйткені элек-тровдар тежелгенде көп мөлшерде жылу бөлініп пшғады. Электрондар энергиясының 3%-і ғана пайдалы сәулеге айналады.
Рентген сәулелерінің толқын ұзындығы 10-9 м-ден 10-10 дейінгі диапазовда болады. Олардың өтімділік қабілеті зор және медицинада, сон-дай-ақ кристалдар мен күрделі орга-никалық молекулалардың қү-рылымын зерттеу үшін пайдаланылады.
