Røntgen-diffraktion: Hvorfor røntgenstråling ikke diffraherer let

Røntgenstråling er en form for elektromagnetisk stråling med bølgelængder fra ca. 0,01 til 10 nanometer – størrelsesordener kortere end synligt lys (400–700 nm). Diffraktion, bølgers bøjning og spredning omkring forhindringer eller gennem åbninger, opstår mest markant, når bølgelængden er sammenlignelig med forhindringens eller åbningens størrelse.

Hvorfor hverdags-genstande ikke diffraherer røntgenstråling

For at diffraktion er observerbar, skal forhindringen eller åbningen være på orden af bølgelængden. Typiske genstande – døre, vinduer, menneskehår, endda mikroskopiske partikler – er væsentligt større end røntgen-bølgelængder. Derfor bevæger røntgenstråling sig i næsten rette linjer gennem makroskopiske medier, kaster skarpe skygger snarere end at producere diffraktions-mønstre. Denne egenskab gør dem ideelle til radiografisk billeddiagnostik.

Krystaller: Undtagelsen

Krystallinske faste stoffer har en højt ordnet, gentagende atomær struktur med interplanære afstande (d-afstande) i området 0,1–1 nm – præcis matchende røntgen-bølgelængder. Når røntgenstråling interagerer med en krystal, spredes de af atomernes elektron-skyer på en koherent, forudsigelig måde. Konstruktiv interferens opstår i specifikke vinkler beskrevet af Braggs Lov:

nλ = 2d sin θ

hvor n er et heltal, λ er bølgelængden, d er den interplanære afstand, og θ er indfalds-vinklen. Det resulterende diffraktions-mønster afslører krystalens atomære arrangement.

Anvendelse: Røntgen-krystallografi

Dette princip ligger til grund for røntgen-krystallografi, den primære metode til at bestemme tredimensionelle strukturer af proteiner, nukleinsyrer, stoffer og materialer. Ved at måle vinkler og intensiteter af diffraherede stråler kan forskere rekonstruere elektron-tætheds-kort og bygge atomære modeller. Teknikken har været afgørende i strukturel biologi, fra opdagelsen af DNA-dobbelt-helix til moderne medicin-design.