Рентгеновская топография. 
Дифракционный структурный анализ

До сих пор мы занимались только измерением интегральной интенсивности, попадающей в детектор, как функции углового положения различных кристаллов, не учитывая пространственного распределения этой интенсивности. В самом деле, первые статьи, посвященные изучению изменения дифрагированной интенсивности как функции положения в кристалле, появились только через 20 лет после открытия дифракции рентгеновских лучей. В таких экспериментах изменение интенсивности по ширине дифрагированного пучка обычно регистрируется фотографиическим способом и тем самым карта рассеянной мощности регистрируется в функции положения в кристалле. Данный метод получил название дифракционной топографии. Несмотря на название, данный метод не является чувствительным преимущественно к топографии поверхности; изучается именно топография плоскостей кристаллической решетки.

Как это бывает во многих областях науки, трудно точно определить, когда и кем была изобретена рентгеновская топография. Ранние методы Шульца (1954 год), Гинье и Тенневэна (1949 год), которые регистрировали распределение интенсивности в Лауэ-пятнах, были неспособны разрешить изображения отдельных дислокаций. Пространственное разрешение в направлении, нормальном к плоскости падения (т.е. к плоскости, содержащей падающий и дифрагированный пучки), определяется просто размером проекции фокуса рентгеновской трубки. Из-за большого размера фокуса и необходимости устанавливать фотопленку на значительном расстоянии от образца, для того чтобы разделить различные Лауэ-пятна, разрешались только сильные деформации, такие как от царапин, вызванных механической полировкой. Однако в настоящее время в связи со строительством источников синхротронного излучения стало возможно использовать эти простые методы для быстрых высокоразрешающих исследований [2].

Изображения отдельных дислокаций впервые наблюдались Лангом в 1958 году путем использования его метода секционной топографии и почти одновременно Бонзе и Кэплером (1958 год) с использованием двухкристального метода.

Суммируя вышесказанное, рентгеновская топография — это получение изображения всего кристалла в одном какомнибудь брэгговском отражении. Представим себе, что имеется начальный рентгеновский пучок большого сечения с параллельным ходом лучей. Если поместить в него кристалл в отражающем положении, то «рефлекс» будет иметь величину кристалла и отображать его внутреннее строение. Практически при наличии обычных источников это осуществляется для тонких кристаллических пластин с помощью гак называемого метода Ланга — сканированием пластины по схеме Лауэ под падающим на нее тонким рентгеновским пучком при синхронном движении под отраженным тонким пучком фотопластинки (рис. 8.16а).

Рис. 8.16. Схема съемки (а) иголограмма природного алмаза (б), полученная по методу Ланга [7].

Таким образом получают изображение — топограмму всего кристалла (рис. 8.166).

Если в кристалле имеется какое-нибудь нарушение, например дислокация, то при прохождении сквозь него волны возникает фазовый сдвиг по сравнению с волной, не прошедшей через такое нарушение. Такой фазовый контраст приводит к изменению изображения соответствующего места на топограмме по сравнению с другими областями кристалла. Каким именно образом проявится дефект — просветлением или почернением, зависит от толщины кристалла и экстинкционной длины. На топограммах наблюдают также границы крупных блоков мозаики, полосы скольжения, интерференционные эффекты маятникового решения. Изучение этих явлений — предмет так называемой теории изображения, интенсивно развиваемой в последние годы не только для дифракции рентгеновских лучей, но и для дифракции электронов и нейтронов.

Съемка по методу Ланга требует суммарной экспозиции несколько часов, при съемке в пучке синхротронного излучения время экспозиции — секунды, что позволяет в принципе изучать процессы изменения реальной структуры при деформации, фазовых переходах и т. п. Более подробно с рентгеновской топографией можно ознакомиться по книгам [2, 31].