Цель работы:

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия рентгеновской аппаратуры.

2. Изучить методику приготовления образцов для рентгеноструктурного анализа.

3. Освоить методику рентгеноструктурного анализа веществ.

1. Получение рентгеновских лучей.

Данный вид анализа (РСА) основан на получении и анализе дифракционной картины, возникающей в результате интерференции рентгеновских лучей, рассеянных электронами атомов облучаемого объекта.

Дифракционная картина определяется:

• Атомной структурой объекта

• Электронной структурой объекта

• Характеристикой рентгеновского излучения

• Способом регистрации дифракционной картины

Характер и геометрию рентгеновского луча определяет источник рентгеновского излучения.

Строение рентгеновской трубки:

1. Стеклянная колба (внутри высокий вакуум для свободного движения электронов от катода к аноду)

2. Катод:

   1. Нить накала (из вольфрамовой спирали). Нагревается током накала до 2000-2200℃

   2. Фокусирующий колпачок

      1. для сужения пучка электронов, летящих с катода на анод

      2. Для уменьшения фокуса трубки (чем меньше фокус, тем точнее анализ)

3. Анод –полый массивный цилиндр из материала с высокой теплопроводностью (Cu)

4. Зеркало анода (антикатод) – металлическая пластинка, впрессованная в торцевую часть анода.

Между катодом и анодом создаётся высокое напряжение (10-60 кВ).Рентгеновское излучение возникает при резком торможении ускоренных электронов об анод. В рентгеноструктурном анализе используют лучи с длинами волн λ=0,5÷2,5 Å

Лишь 1% кинетической энергии электронов тратится на возникновение рентгеновского излучения, остальная превращается в тепло. В следствии чего требуется охлаждение рентгеновской трубки (проточной водой или маслом)

Тип характеристического излучения, генерируемого рентгеновской трубкой, определяет материал зеркала анода (хром, железо, кобальт, никель, медь, молибден)

Для выпуска рентгеновского излучения, сильно поглощаемого материалом корпуса трубки, в корпус впаивают специальные окошки (из металлического бериллия или из сплава гетан, содержащего легкие элементы (бериллий, бор, литий))

Рис.1

1. Катод

2. Фокусирующий колпачок

3. Окна

4. Анод

5. Зеркало анода

6. Защитный кожух

7. Стеклянная колба

Основные способы регистрации дифракционной картины:

• Фотографический.

На фотоплёнку при помощи различных рентгеновских камер)

• Дифрактометрический.

В спецприборах (дифрактометрах), при помощи счётчиков квантов (детекторов) рентгеновского изучения

• Сцинтилляционных

• Пропорциональных

2. Устройство и принцип работы рентгеновского

дифрактометра ДРОН-4-13

Дифрактограмма – зависимость интенсивности рассеяния от угла дифракции , зафиксированная счётчиками квантов рентгеновского излучения.

Метод, реализующий такую регистрацию, дифрактометрический.

ДРОН – 4 -13 (дифрактометр рентгеновский общего назначения) содержит 3 основных узла:

1. Высоковольтный источник питания. Необходим для подвода напряжения

   1. К рентгеновской трубке (до 60 кВт)

   2. Накала катода (до 50 мА)

2. Дифрактометрический узел:

   1. Рентгеновская трубка

   2. защитный кожух

   3. Гониометр (с блоком детектирования) –отсчитывает углы поворота образца и детектора по отношению к первичному пучку рентгеновских лучей.

Обеспечивает синхронный поворот вокруг общей оси с требуемыми угловыми скоростями.

3. Счётно-регистрирующее и управляющее устройство

   1. регистрирующее импульсы напряжения, вырабатываемые счётчиком при попадании на него кванта рентгеновского излучения,

   2. осуществляющее управление работой электродвигателей гониометра.

   3. Позволяет реализовывать разные способы автоматизированной регистрации дифрактограмм.

Дифрактометр также укомплектован сменными приставками держателями образца для вращения его в собственной плоскости, для исследования текстур, для изучения интенсивности отражения от монокристалла и т.д. Кроме того, существуют приставки для изучения малоуглового рассеяния и для исследования объектов при высоких (до 2000 °С) и низких (до - 196℃) температурах в вакууме или инертной атмосфере.

В дифрактометре используется фокусировка по Бреггу-Брентано, которая допускает вращение образца в собственной плоскости. Схема получения рентгенограммы в дифрактометре приведена на рис. 2., а дифрактограмма, получаемая таким способом, приведена на рис.3.

Первичный луч формируется системой горизонтальных и вертикальных щелей для получения заданной степени параллельности (расходимости) и направляется на образец, закреплённый в гониометре. Регистрация дифракционных картин осуществляется при синхронном вращении детектора и образца вокруг оси гониометра, проходящей через центр окружности гониометра, причём угловая скорость вращения детектора вдвое больше угловой скорости вращения образца. Расходящийся пучок рентгеновских лучей дифрагирует от атомных плоскостей параллельных поверхности образца и фокусируется на приёмной щели детектора. Результаты анализа выводятся на монитор компьютера или на диаграммную ленту в координатах «интенсивность - угол поворота детектора».

Дифрактометры имеют некоторые преимущества по сравнению с фотографическим методом:

• быстрота получения рентгенограмм для фазового и других видов анализа

• простота определения углового положения дифракционных максимумов

• возможность простого и точного количественного определения интегральной интенсивности линии на рентгенограмме фигур

• и т.д.

Однако дифрактометры общего назначения не позволяют регистрировать пространственное распределение интенсивности (например по длине дебаевского кольца, по различным рефлексам лауэ- или эпиграммы и т.н.). Кроме того, с помощью дифрактометра затруднительно регистрировать максимумы малой интенсивности, которые легко можно обнаружить на рентгенограмме визуально