Как работает камера Debye Scherrers?

Камера Debye-Scherrer-это кусок оборудования, используемого в дифракции рентгеновского излучения для определения кристаллической структуры поликристаллических материалов (материалы, состоящие из многих мелких кристаллов, ориентированных случайным образом). Он опирается на дифракцию рентгеновских лучей с помощью плоскостей кристаллической решетки в образце. Вот как это работает:

1. рентгеновский источник: Монохроматический рентгеновский луча (означает рентгеновские лучи одной длины волны) генерируется и коллимируется (сужается в тонкую луч) с использованием прорезей. Это обеспечивает четко определенную луч, который попадает в образец.

2. Образец: Чистые порошкообразные образцы материала монтируются в центре цилиндрической камеры. Порошок гарантирует, что статистически значимое количество кристаллитов ориентировано во всех возможных направлениях относительно падающего рентгеновского луча. Важно отметить, что эта случайная ориентация необходима для работы техники.

3. Дифракция: Когда рентгеновский луч поражает образец, рентгеновские снимки взаимодействуют с кристаллической решеткой плоскостей отдельных кристаллитов. Согласно закону Брэгга (nλ =2d sinθ), конструктивное помехи (и, следовательно, дифрагированный луч) происходит только тогда, когда угол падения (θ) удовлетворяет уравнению, где:

* n - целое число (порядок дифракции)

* λ-длина волны рентгеновских лучей

* D - интервальный интервал (расстояние между параллельной кристаллической решеткой)

4. дифракционные конусы: Из -за случайной ориентации кристаллитов дифракция возникает не только под одним углом, но и вдоль конусов. Для каждого набора плоскостей решетки с определенным интервалом (D) производится конус дифрагированных рентгеновских лучей. Полувертический угол конуса составляет 2θ.

5. Обнаружение пленки: Цилиндрическая полоса фотопремь расположена вокруг внутренней части камеры, концентрической с образцом. Дифрагированные рентгеновские снимки пересекают пленку, создавая серию дуг (или кольца Debye-Scherrer, если выборка совершенно случайно ориентирована). Положение этих дуг на пленке напрямую связано с углом 2θ.

6. Анализ данных: После разработки пленки измеряются позиции дифракционных дуг. Используя радиус камеры (R) и положения дуги (x), угол дифракции 2θ может быть рассчитана с использованием простой геометрической зависимости:2θ =x/r. Этот угол, наряду с известной длиной волны рентгеновских лучей (λ), используется с законом Брэгга для расчета между планарным интервалом (D) для каждой дифракционной дуги. Эта информация затем используется для определения кристаллической структуры материала.

Таким образом, камера Debye-Scherrrer использует случайную ориентацию кристаллитов в образце порошка и геометрию дифракции для измерения пространств межпланар, которые затем используются для идентификации кристаллической структуры. Современные методы часто используют цифровые детекторы вместо пленки, обеспечивая более быстрое и более точное сборы данных.