Die Grundlagen der Bragg-Reflexion einfach erklärt

Die Entdeckung der Bragg-Reflexion

Bei normaler Reflexion kennst du das Gesetz: Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Das funktioniert super bei Licht am Spiegel oder Mikrowellen an Metallplatten.

Aber 1912 machte Max von Laue eine verblüffende Entdeckung: Wenn Röntgenstrahlung auf Kristalle wie Natriumchlorid trifft, wird sie nur unter ganz bestimmten "Ganzwinkeln" reflektiert. Bei anderen Winkeln passiert einfach nichts - keine Reflexion, nur Minimum der Intensität.

Der Grund liegt in der Interferenz: Bei den Ganzwinkeln interferieren die Röntgenstrahlen konstruktiv und verstärken sich gegenseitig. Bei allen anderen Winkeln löschen sie sich durch destruktive Interferenz aus.

Merke: Röntgenstrahlung verhält sich an Kristallen völlig anders als normales Licht am Spiegel!

Die Bragg-Gleichung verstehen

Die Bragg-Brüder entwickelten 1915 die berühmte Formel für dieses Phänomen. Kristalle bestehen aus Gitterionen, die in parallelen Ebenen mit dem Abstand d angeordnet sind.

Die Ionen wirken wie Streuzentren, von denen Elementarwellen ausgehen. Wenn der Gangunterschied zwischen benachbarten Wellenzügen genau ein Vielfaches der Wellenlänge λ ist, interferieren alle Wellen konstruktiv.

Die Bragg-Gleichung lautet: 2d·sin(θ) = n·λ. Hier ist θ der Ganzwinkel, d der Netzebenenabstand und n die Ordnung des Maximums (1, 2, 3, ...).

Bei polykristallinen Substanzen (viele kleine Einzelkristalle) finden Bragg-Reflexionen nur an den "passend liegenden" Kristallen statt. Die ausfallende Strahlung erscheint dann unter dem Winkel 2θ.

Wichtig: Ist der Gangunterschied auch nur geringfügig anders als n·λ, löschen sich die vielen Wellenzüge gegenseitig aus - daher die scharfen Maxima!