КРИСТАЛЛЫ И РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ

Новые возможности рентгеноструктурного анализа: использование синхротронного излучения

Полученная за последние 85 лет информация по кристаллохимии способствовала развитию многих научных дисциплин. Однако ее наиболее весомый вклад отмечен в минералогии, где методы рентгеновской дифракции играют ключевую роль в исследовании состава и структуры минералов, расширяя научные представления о минералогической систематике, формах концентрации химических элементов в геосферах, об изоморфизме, полиморфизме и многих других кристаллохимических явлениях в минералах. Вместе с тем структуры ~20% из почти 4 тыс. установленных на Земле минералов остаются нерешенными. При этом в последнее десятилетие возможности рентгеновских дифракционных экспериментов для исследования кристаллических структур значительно возросли благодаря применению источников синхротронного излучения. По мощности они превосходят рентгеновские трубки в сотни и даже тысячи раз. Основное различие между двумя источниками Х-лучей заключается в том, что в рентгеновской трубке электроны при соударении с анодом на скорости 10 км/с теряют свою энергию, почти полностью превращая ее в тепло, тогда как в синхротроне энергия электрона практически полностью переходит в электромагнитное излучение.
Большая интенсивность и малая расходимость пучка синхротронного излучения весьма полезны при структурных исследованиях очень мелких кристаллов с размерами 5-50 мкм. Именно таким путем была получена четкая дифракционная картина от монокристалла флюорита с ребром около 0,006 мм. С помощью достаточно мощной (3 кВт) рентгеновской трубки аналогичную картину удалось получить от кристалла флюорита с объемом, почти в 1000 раз большим.

Новые возможности, связанные с использованием синхротронного излучения, совсем недавно позволили расшифровать структуру раита - силиката со сложным составом Na₃Mn₃Ti_0,25[Si₈O₂₀](OH)₂10H₂O. Этот гидратированный Na, Mn-силикат был открыт в 1973 году в пегматитовой жиле Юбилейная, в пределах Ловозерского щелочного массива на Кольском полуострове. Название этому минералу дано в честь международной экспедиции, возглавлявшейся норвежским путешественником Т. Хейердалом на плоту "Ра". Структурное исследование выполнено на игольчатом кристалле раита с диаметром ~0,003 мм (диаметр человеческого волоса ~0,06 мм, примерно в 20 раз толще). Сотрудничество исследователей МГУ с группой кристаллографов из Университета Чикаго (США) во главе с профессором   Дж. Смитом позволило провести сбор экспериментальных данных в Европейском центре синхротронных исследований (Гренобль, Франция). Дифракционная картина зарегистрирована при 73 разных ориентациях кристалла с использованием позиционно-чувствительного детектора. Оказалось, что в основе структуры раита - каркас из кремнекислородных слоев, контактирующих с лентами из Mn- и Na-октаэдров (рис. 1). Туннели образующегося каркаса частично заселены Na-октаэдрами.

Следующая страница| Назад