Человечество уже почти сто лет знает и широко использует замечательное открытие Конрада Рентгена — рентгеновские лучи.

В наши дни без рентгена немыслимы медицина, техника, самые различные области науки, в первую очередь физика. Но интересная деталь: как правило, рентгеновские лучи приходится коллимировать. Коллиматор -  щель, через которую проходит узкий пучок лучей. Этот пучок и обнаруживает раковую опухоль в медицине и внутренние трещины и пустоты в отливке металла.

 А если использовать не узкий колимированный, а широкий, расходящийся почти под углом 180 градусов поток рентгена? Именно таким образом исследовать качества различных кристаллов. Для чего? Дело в том, что в соответствии с общими законами оптики рентгеновский луч, входя в кристалл, частично пройдет сквозь него, частично поглотится и частично отразится. Причем отражаться он будет от каждой плоскости кристаллической решетки. Более того, каждой плоскости соответствует свой угол отражения. Это чрезвычайно существенное обстоятельство, так как в кристалле плоскостей бесчисленное множество. И если направлять на него колимированный луч,  то как найти плоскость с таким углом отражения, чтобы отраженный луч попал в приемник? Иное дело расходящийся пучок, там каждый луч найдет свой угол отражения, свою плоскость. Так возникла идея применения расходящегося, или широкого, пучка лучей.

 Многочисленные модели кристаллической решетки разных тел состоят из шариков, символизирующих атомы, и проволочек, на которых они укреплены. Но это для идеальной решетки, не имеющей дефектов. В действительности же идеальной решетки не бывает. Есть решетки с малыми искажениями, а есть и со значительными дефектами: плоскости могут быть повернуты под разными углами, а иногда некоторые плоскости вообще отсутствуют. Нетрудно догадаться, что между дефектами кристаллической решетки и прочностью кристалла есть прямая связь: все металлы, используемые народном хозяйстве, естественно, имеют кристаллическую решетку. А проблема прочности металлов и, следовательно, машин волнует инженеров. 

Однако если плоскости кристалла стоят под разными углами, то благодаря отражению от них рентгеновских лучей можно составить четкое представление о качестве кристалла. Именно в этом-то и состояла задача, которую поставили перед собой молодые физики.

При ее экспериментальном решении возникла проблема. Размер исследуемого металла зачастую оказывался невелик, порядка одного миллиметра. Его установили перед источником рентгена не на расстоянии 20—30 сантиметров, как перед колимированным пучком, а почти вплотную к источнику, на 1—2 миллиметра. Но при этом размер кристалла оказывается слишком малым, чтобы все плоскости кристаллической решетки оказались под нужными углами и чтобы рентгеновский луч мог бы отразиться. Поэтому пришлось создать сканирующий аппарат, который, перемещая кристалл возвратно поступательно, позволяет лучам попеременно отражаться от плоскостей. 

Рентгеновские лучи, отражаясь от плоскостей кристаллической решетки, попадают на фотопленку. И уже по снимку - рентгенограмме можно судить о совершенстве кристалла. Вот, к примеру, снимок совершенной или, точнее, почти совершенной кристаллической решетки.  Четкие тонкие линии,  напоминающие чем-то распустившиеся лепестки цветка, подчеркнуто строгой симметрии. И, наоборот, с грубыми дефектами: здесь линии толсты, кажутся прерывистыми, словно кто-то чертил их пунктиром, а потом соединил, симметрия нарушена, а главное  такое впечатление, что сбита фокусировка при съемке. В конечном итоге были разработаны методы «чтения» такой рентгенограммы.

Далее эксперименты продолжались. В свое время теоретически было предсказано, что при прохождении широкого пучка рентгеновских лучей через кристалл с совершенной кристаллической решеткой лучи сойдутся позади него в одной точке. Короче говоря, речь шла о явлении фокусировки лучей, о том, что кристалл будет «работать» как линза. Однако на практике этого явления еще нигде не наблюдали. 

Физикам улыбнулась удача,  впервые они экспериментально подтвердили этот факт. Практическое значение открытия также очень велико. Если пучок лучей, прошедших сквозь кристалл, сфокусируется, значит, его решетка и структура в целом совершенны. Если не сфокусируется, то в нем значительные дефекты. А поскольку лучи, прошедшие сквозь кристалл, несут информацию в амплитуде и фазе волн, то при помощи рентгеновского микроскопа появляется новая возможность досконально или, как говорят экспериментаторы, тонко исследовать кристаллы. Сразу оговоримся: рентгеновского микроскопа, такого, который для этих целей нужен, пока еще нет. Но над его созданием уже работают, и когда он появится, ему сразу найдется дело.

Рентген позволил также провести интересные опыты по определению электронной плотности кристалла. 

Оказалось, что если на него упадет расходящийся пучок рентгеновских лучей, которые содержат различные длины волн, то на пленке рентгенограммы появятся полосы равной толщины, которые зависят от периодичности распределения электронной плотности кристалла. И в зависимости от них можно рассчитать электронную плотность реального кристалла, что чрезвычайно важно, поскольку от этого зависит и электропроводность и теплопроводность того металла, кристалл которого теперь можно исследовать новым способом. 

Пока еще рано говорить о рентгеновской голографии: наука изучает и осваивает трехмерную оптическую голографию. Но попытка оптической фильтрации рентгеновских изображений,  именно такие опыты проводили  ученые - шаг к решению этой проблемы. Сама же идея рентгеновской голографии, опыты с которой продолжаются и сейчас, заключается в следующем: в рентгеновских лучах снимаются два кристалла совершенный и несовершенный. Затем обе рентгенограммы при помощи голографических методов сравниваются. 

Сравнение происходит методом вычитания изображения совершенного кристалла из изображения несовершенного. В итоге получают объемное изображение дефектов.

Полученные результаты были применены для изучения реальной структуры монокристаллов кремния, германия, молибдена, вольфрама, меди и других, что наглядно демонстрирует возможность применения расходящегося пучка в практике как научных, так и заводских лабораторий.

Кроме того, была выполнена прикладная работа: с помощью разработанных методов было прослежено улучшение структуры монокристалла молибдена. Для этой цели использовали практику ленты из молибдена и одновременно вели контроль качества структуры. Первоначально структура, как показывали рентгенограммы, ухудшилась. Затем, при больших степенях сжатия, наблюдали обратный процесс  улучшение структуры.