Рентгеновский дифракционный прибор (XRD), основанный на пражском принципе дифракции, обнаруживает кристаллическую структуру, фазовый состав и напряженное состояние вещества путем измерения дифракционных сигналов рентгеновских лучей в кристалле. Его основные принципы работы можно разбить на следующие части:

Производство рентгеновских лучей: преобразование энергии высокоскоростных электронов в мишени

В качестве источника света XRD использует рентгеновские трубки, катоды которых излучают высокоскоростные потоки электронов, поражая анодные мишени (например, мишени Cu) при ускорении электрического поля высокого напряжения в десятки тысяч вольт. Электроны взаимодействуют с электронами во внутреннем слое атома - мишени, так что внутренние электроны возбуждаются, а внешние электронные переходы выделяют рентгеновские лучи определенной длины волны при заполнении вакансий. Например, длина волны K - альфа - излучения, генерируемая мишенью Cu, составляет 0154 нм и подходит для большинства анализов кристаллической структуры.

Дифракция кристаллов: интерференционные эффекты расположения атомных циклов

Когда монохроматические рентгеновские лучи попадают на кристалл, атомы, расположенные в кристалле, становятся источником рассеяния. Длина рентгеновского излучения, рассеянного каждым атомом, такая же, как и у падающей волны, но фазы различаются в зависимости от расположения атома. Из - за периодичности кристаллической структуры волны рассеяния имеют фазовые интерференции в определенном направлении (удовлетворяющие уравнению Праги), образуя дифракционные пики. Уравнение Праги 2dsin тета = n λ является основной теоретической основой, в которой d - расстояние между плоскостями кристалла, тета - угол падения, n - дифракционный ряд и λ - длина волны рентгеновского излучения.

Обнаружение и обработка сигналов: от дифракционных пиков до структурной информации

Дифракционные рентгеновские лучи точно регулируют угол с помощью гониометра (основного компонента) и принимаются детектором и преобразуются в электрические сигналы. Система регистрирует дифракционные углы (2 тета) и данные об интенсивности, генерируя дифракционные карты. Анализируя положение, прочность и форму дифракционных пиков на карте, можно определить кристаллическую структуру (например, кристаллическую систему, параметры ячейки), состав фазы (в сравнении со стандартными картами PDF) и остаточное напряжение (анализ смещения пиков). Например, кристаллизацию материала можно оценить по соотношению интенсивности пикового и фонового шума.