X射線衍射利用X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象來獲得衍射后X射線信號(hào)特征,經(jīng)過處理得到衍射圖譜。通過對(duì)材料進(jìn)行X射線衍射,分析其衍射圖譜,獲得材料的成分、材料內(nèi)部原子或分子的結(jié)構(gòu)或形態(tài)等信息的研究手段。
X射線衍射儀的基本構(gòu)造
(1)X射線發(fā)生器 —— 產(chǎn)生X射線的裝置;
X射線發(fā)生器由X射線管、高壓發(fā)生器、管壓和管流穩(wěn)定電路以及各種保護(hù)電路等部分組成。
現(xiàn)代衍射用的X射線管都屬于熱電子管,有密封式和轉(zhuǎn)靶式兩種。前者最大的功率在2.5KW以內(nèi),視靶材料的不同而異;后者是為獲得高強(qiáng)度X射線而設(shè)計(jì)的,一般功率在10KW以上,目前常用的有9KW、12KW和18KW幾種。
X射線管實(shí)質(zhì)上是一個(gè)真空二極管。工作原理:給陰極加上一定的電流被加熱時(shí),便能放出熱輻射電子。在數(shù)萬伏特高壓電場(chǎng)的作用下,這些電子被加速并轟擊陽極(又被稱為靶)。陽極靶面上受電子束轟擊的焦點(diǎn)呈細(xì)長(zhǎng)的矩形狀(稱線焦點(diǎn)或線焦斑),從射線出射窗中心射出的X射線與靶面的掠射角為3°-6°。從出射方向垂直焦斑長(zhǎng)邊的兩個(gè)出射窗口觀察,焦斑呈線狀的稱為線光源;從另外兩個(gè)出射窗口觀察,焦斑如點(diǎn)狀稱為點(diǎn)光源。在衍射儀每次安裝管子時(shí),必須辨別所使用X射線出射窗口是否為線焦點(diǎn)方向。此外,還要求測(cè)角儀相對(duì)于靶面平面要有適當(dāng)?shù)膬A斜角。
(2)測(cè)角儀 —— 測(cè)量角度2θ的裝置;
測(cè)角儀是X射線衍射儀測(cè)量中最要點(diǎn)部分,用來準(zhǔn)確測(cè)量衍射角。
工作原理:在試樣臺(tái)C處裝好試樣,,入射線從X射線管焦點(diǎn)S發(fā)出,經(jīng)入射光闌系統(tǒng)A投射到試樣表面產(chǎn)生衍射,衍射線經(jīng)接收光闌系統(tǒng)B、F、G進(jìn)入計(jì)步器E。S、F在同一圓周(測(cè)角儀圓)上。試樣臺(tái)和計(jì)數(shù)器分別固定在兩個(gè)同軸的圓盤上,由兩個(gè)步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。不斷改變θ,計(jì)數(shù)器沿測(cè)角儀圓運(yùn)動(dòng),接收各衍射角2θ所對(duì)應(yīng)的衍射強(qiáng)度。
(3)X射線探測(cè)器 —— 測(cè)量X射線強(qiáng)度的計(jì)數(shù)裝置;
計(jì)數(shù)器的主要功能是將X射線光子的能量轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。通常用于X射線衍射儀的輻射探測(cè)器有正比計(jì)數(shù)器、閃爍計(jì)數(shù)器和位敏正比探測(cè)器。
(4)X射線系統(tǒng)控制裝置 —— 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和各種電氣系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)。
X射線能對(duì)人體組織造成傷害,在自己做好防護(hù)措施的同時(shí)也要確保防護(hù)系統(tǒng)的安全性。對(duì)設(shè)備要定期進(jìn)行檢查維護(hù),操作者要學(xué)習(xí)射線防護(hù)知識(shí),同時(shí)也要接受射線職業(yè)健康檢查。