2. Interaction entre le rayonnement et la matière
• Rayons X
L'émission des rayons X dans les tubes utilisés en diffraction est obtenue par bombardement d'une cible métallique, ou anticathode, par un faisceau d'électrons accélérés par une différence de potentiel de quelques dizaines de kilovolts. Le spectre émis est constitué par la superposition d'un spectre continu dû au rayonnement de freinage des électrons dans le matériau constituant la cible et d'un spectre de raies caractéristiques de ce matériau dû aux réorganisations des couches électroniques des atomes après que des électrons aient été chassés des couches profondes par le bombardements incident sur la cible. Les rayons sont également émis par des électrons parcourant une trajectoire courbe. C'est le rayonnement synchrotron.
Le principe de l'interaction des rayons X avec la matière découle des lois fondamentales de l'électromagnétisme. Un électron recevant une onde électromagnétique est soumis à un champ électrique alternatif, il oscille et rayonne comme une antenne : il émet à son tour une onde électromagnétique. Si celle-ci a même fréquence que l'onde incidente, on dit qu'il y a émission cohérente, ou diffusion Rayleigh. Ce phénomène est très général, c'est, par exemple, celui qui est à l'origine du bleu du ciel par diffusion de la lumière sur les particules de la haute atmosphère. Tous les phénomènes de diffraction étudiés sont dus à la diffusion cohérente des rayons X. Si l'onde diffusée a une fréquence différente, on dit qu'il y a émission incohérente ; l'onde incidente – ou le photon qui lui est associé – a échangé de l'énergie avec l'électron ; c'est l'effet Compton.
L'amplitude de l'onde diffusée de manière cohérente par un électron dans une direction quelconque est donnée par la formule de J. J. Thomson :
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