Закон Брегга • Джеймс Трефіл, енциклопедія «Двісті законів світобудови»
За дотримання певних математичних умов рентгенівські промені, відбиті від кристала, дають чітку дифракційну картину, за якою можна відтворити структуру кристалічних ґрат.
У кристалах атоми впорядковано організовані в геометричну структуру, що регулярно повторюється, яку прийнято називатикристалічною решіткою.Вона чимось нагадує гірку апельсинів на фруктовому лотку. Одне із завдань фізики твердого тіла - розгадати структуру кристалів. Для цього зазвичай використовується метод, заснований на законі, який був відкритий англійським вченим сером Вільямом Лоуренсом Бреггом, який народився в Австралії, спільно з його батьком.
Коли рентгенівський промінь падає на кристал, кожен атом стає центром вторинної хвилі Гюйгенса (див.Принцип Гюйгенса). Сам кристал можна розбити на набір паралельних площин, що визначаються атомною структурою решітки (умовно кажучи, перша площина визначається напрямом від атома до двох його найближчих сусідів, друга - напрямом від атома до двох наступних сусідів кристалічною решіткою і так далі). Вторинні дифракційні хвилі в загальному випадку взаємно посилюватися не будуть, за винятком тих випадків, коли вони потрапляють у точку спостереження (на екран або приймач) зі зсувом по фазі, що дорівнює цілому довжини хвиль. Цю умову, яка визначає піки інтенсивності дифракційної картини, можна записати так:
деd— відстань між паралельними площинами кристалічних ґрат,θ— кут розсіювання рентгенівських променів, λ — довжина хвилі рентгенівських променів, аn —ціле число (>порядок дифракції). Приn= 1 ми спостерігаємо пік взаємного посилення хвиль дифракції на атомах, віддалених один від одного одну довжину хвилю, приn= 2 - другий пік дифракції (різниця ходу становить дві довжини хвилі) і т.д.
Ця умова, відома тепер як закон Брегга, говорить нам, що за цих довжин хвиль рентгенівське випромінювання посилюється під певними кутами розсіювання, і по цих кутах відхилення ми можемо розрахувати відстань між площинами кристалічної решітки. Кожній з таких площин відповідатиме пік яскравості рентгенівських променів на дифракційній картині за умови дотримання Брегга.
Тому при опроміненні кристала сфокусованим рентгенівським променем на виході ми отримуємо розсіяний в результаті дифракції промінь з вираженими піками яскравості. По кутах відхилення піків яскравості від напрямку вихідного променя вчені сьогодні з великою точністю розраховують відстані між атомами кристалічних ґрат. Цей метод називається дифракційною рентгенографією. Він має сьогодні першорядне значення в біотехнології, оскільки дифракційна рентгенографія один з основних методів, що використовуються для розшифрування структури біологічних молекул.
Англійська фізика. Єдиний в історії випадок, коли батько та син розділили Нобелівську премію. Вільям Брегг старший народився у Вествуді (Англія). Після закінчення Кембриджу викладав фізику у низці університетів Великобританії та Австралії. Після відкриття радіоактивного випромінювання зацікавився дослідженнями взаємодії з речовиною. Найважливіше і успішне дослідження, присвячене розсіянню рентгенівських променів на кристалах, він провів в мережі з сином. За це дослідження батько та син були у 1915 році удостоєні Нобелівської премії з фізики. Надалі Вільям Генрі обіймав посади директора Королівського інституту та голови Королівського товариства. Вільям Лоуренс усю свою наукову кар'єру присвятив подальшомурозвитку кристалографії - науки, основи якої заклав разом зі своїм батьком.