Введение в принцип работы рентгеновского дифрактометра
Характеристические рентгеновские лучи и их дифракционные рентгеновские лучи — это электромагнитные волны с очень короткой длиной волны (0,06–20 нм), которые могут проникать через определенную толщину материала и заставлять флуоресцентные материалы излучать свет, фотоэмульсии — быть чувствительными к свету, а газы — ионизироваться. Рентгеновские лучи производятся путем бомбардировки металлических мишеней пучками электронов высокой энергии. Они имеют определенные длины волн, соответствующие элементам в мишени, и называются характеристическими рентгеновскими лучами. Например, длина волны рентгеновских лучей, соответствующая медной мишени, составляет 0,154056 нм.
Английское название рентгеновского дифрактометра — X-ray Powder diffractometer, сокращенно XPD или XRD. Иногда его называют X-ray polycrystalline diffractometer, а английское название — X-ray polycrystalline diffractometer, сокращенно XPD или XRD.
Рентгеновские дифрактометры бывают разных форм и для разных целей, но их базовая структура очень похожа. Это базовая структурная принципиальная схема рентгеновского дифрактометра. Основные компоненты включают четыре части.
(1) Высокостабильный источник рентгеновского излучения обеспечивает рентгеновские лучи, необходимые для измерения. Изменение материала анодной мишени рентгеновской трубки может изменить длину волны рентгеновских лучей, а регулировка анодного напряжения может контролировать интенсивность источника рентгеновского излучения.
(2) Образец и система механизма регулировки положения и ориентации образца должны представлять собой сплошной блок монокристалла, порошка, поликристалла или микрокристалла.
(3) Детектор рентгеновского излучения одновременно определяет интенсивность дифракции или направление дифракции, а данные спектра поликристаллической дифракции могут быть получены с помощью системы измерения и регистрации прибора или системы компьютерной обработки.
(4) Система обработки и анализа дифракционных картин. Современные рентгеновские дифрактометры оснащены компьютерными системами, оснащенными специальным программным обеспечением для обработки и анализа дифракционных картин. Их характеристиками являются автоматизация и интеллектуальность.
Принцип работы рентгеновского дифрактометра
Рентгеновские лучи используют принцип дифракции для точного измерения кристаллической структуры, текстуры и напряжения материалов. Они могут выполнять фазовый анализ, качественный анализ и количественный анализ материалов. Они широко используются в металлургии, нефтяной, химической промышленности, научных исследованиях, аэрокосмической промышленности, обучении, производстве материалов и других областях.
Характеристические рентгеновские лучи — это электромагнитные волны с очень короткой длиной волны (примерно от 20 до 0,06 нм), которые могут проникать через материалы определенной толщины и заставлять флуоресцентные материалы излучать свет, фотографические эмульсии — чувствительные к свету, а газы — ионизировать. Среди рентгеновских лучей, образующихся при бомбардировке металлической «мишени» электронным пучком, есть рентгеновские лучи с определенными длинами волн, соответствующими различным элементам в мишени, которые называются характеристическими (или идентификационными) рентгеновскими лучами. Учитывая, что длина волны рентгеновских лучей близка к расстоянию между атомами внутри кристалла, в 1912 году немецкий физик М. фон Лауэ предложил важное научное предсказание: кристаллы можно использовать в качестве пространственного дифракционного света рентгеновских лучей, то есть при прохождении пучка рентгеновских лучей через кристалл будет происходить дифракция, и результат суперпозиции дифракционных волн увеличит интенсивность лучей в одних направлениях и ослабит их в других направлениях. Анализируя дифракционную картину, полученную на фотопленке, можно определить кристаллическую структуру. Это предсказание затем было проверено экспериментами. В 1913 году британские физики Брэгг и его сын (WH Bragg, W.L. Bragg) не только успешно определили кристаллическую структуру NaCl, KCl и т. д. на основе открытия Лауэ, но и предложили знаменитую формулу в качестве основы дифракции кристаллов — закон Брэгга: 2dsinθ=nλ, где λ — длина волны рентгеновских лучей, а n — любое положительное целое число. Когда рентгеновские лучи падают на грань кристалла с периодом решетки d под углом скольжения θ (дополнительный угол угла падения, также известный как угол Брэгга), при условии соблюдения вышеуказанной формулы в направлении отражения будут получены дифракционные линии, усиленные суперпозицией.