Hogyan működik a Debye Scherrers kamera?

A Debye-Scherrer kamera egy olyan berendezés, amelyet röntgendiffrakcióban használnak a polikristályos anyagok kristályszerkezetének meghatározására (sok apró kristályból álló anyagból álló anyagok). A röntgen diffrakciójára támaszkodik a mintában lévő kristályrácsos síkokkal. Így működik:

1. röntgenforrás: A monokróm röntgennyalábot (azaz egyetlen hullámhosszú röntgen) állítják elő, és résekkel kollimáljuk (finom gerendára szűkítve). Ez biztosítja, hogy egy jól definiált sugár elérje a mintát.

2. Minta: Az anyag finoman porított mintáját egy hengeres kamera közepére szereljük. A por biztosítja, hogy statisztikailag szignifikáns számú kristályok minden lehetséges irányba orientálódjanak a beeső röntgennyalábhoz viszonyítva. Lényeges, hogy ez a véletlenszerű orientáció szükséges a technika működéséhez.

3. Diffrakció: Amikor a röntgennyaláb becsapja a mintát, a röntgen kölcsönhatásba lép az egyes kristályok kristályrácsos síkjával. Bragg törvénye szerint (nλ =2d sinθ) konstruktív interferencia (és így egy diffrakciós gerenda) csak akkor fordul elő, ha az incidencia szöge (θ) kielégíti az egyenletet, ahol:

* n egy egész szám (a diffrakció sorrendje)

* λ a röntgen hullámhossza

* D a tervek közötti távolság (távolság a párhuzamos kristályrács -síkok között)

4. Diffrakciós kúpok: A kristályok véletlenszerű orientációja miatt a diffrakció nemcsak egyetlen szögben, hanem a kúpok mentén fordul elő. Minden egyes rácsos síkhoz, amelynek egy adott távolsága (D), diffrakciós röntgen kúpot állítanak elő. A kúp félig változó szöge 2θ.

5. Filmdetektálás: A fényképezőgép belsejében egy hengeres fényképészeti fóliát helyeznek el, a mintával koncentrikus. A diffrakciós röntgen keresztezi a filmet, ívek sorozatát hozva létre (vagy Debye-Scherrer gyűrűk, ha a minta tökéletesen véletlenszerűen orientált). Ezen ívek helyzete a filmen közvetlenül kapcsolódik a 2θ szöghez.

6. Adatelemzés: A film kidolgozása után megmérik a diffrakciós ívek helyzetét. A kamera sugara (R) és az ívpozíciók (x) felhasználásával a 2θ diffrakciós szöget egyszerű geometriai kapcsolat alkalmazásával lehet kiszámítani:2θ =x/r. Ezt a szöget, valamint a röntgensugarak (λ) ismert hullámhosszával együtt Bragg törvényével használják az egyes diffrakciós ívek közötti (D) közötti interplanáris távolság kiszámításához. Ezt az információt ezután használják az anyag kristályszerkezetének meghatározására.

Összefoglalva:a Debye-Scherrer kamera a kristályok véletlenszerű orientációját használja egy pormintában és a diffrakció geometriáját az interplanáris távolságok mérésére, amelyeket azután a kristályszerkezet azonosítására használnak. A modern technikák gyakran használnak digitális detektorokat a film helyett, gyorsabb és pontosabb adatgyűjtést biztosítva.