Лекция 1-2
Природа рентгеновского излучения
Излучение, открытое Вильгельмом Конрадом Рентгеном в 1895 году и названное его именем, на шкале электромагнитных волн (рисунок 1) расположено между γ-лучами и ультрафиолетовой частью спектра. Длина волны рентгеновских лучей находится в области 10-2 - 102 Е (1 Е = 1 Ангстрем = 10-10 м). Так как рентгеновские лучи на шкале электромагнитных волн примыкают к γ-лучам, то, говоря о рентгеновских лучах, зачастую используют термин γ-квант. Энергия γ-кванта определяется переходом электрона с одного энергетического уровня в атоме (например, с уровня j) на другой энергетический уровень.
|
Рисунок 1 - Шкала электромагнитных волн |
Работы, опубликованные непосредственно после открытии Рентгена, показали, что новые лучи обладают интересными свойствами:
1) они не воспринимаются непосредственно глазами наблюдателя. Для обнаружения и изучения рентгеновских лучей можно использовать три метода: метод флюоресцирующих экранов (наиболее грубый метод), фотографический и ионизационный (наиболее чувствительный);
2) рентгеновские лучи проходят сквозь тела, непрозрачные для видимого света. Ослабление интенсивности рентгеновских лучей зависит от плотности и природы вещества, находящегося на их пути. Чем больше плотность вещества и больше атомные номера элементов, входящих в его состав, тем значительнее поглощение рентгеновских лучей;
3) степень ослабления рентгеновского излучения после прохождения определенного слоя вещества зависит от материала анодной трубки;
4) рентгеновские лучи распространяются прямолинейно. В электрическом и магнитном полях они не отклоняются. На границе сред они преломляются.
Рентгенограммы исследуемых объектов могут быть получены с помощью рентгеновских установок с фотографической регистрацией (установки УРС-2,0, УРС-60) и с регистрацией дифракционной картины с помощью счетчиков (ионизационная регистрация) и с выводом информации на диаграммную ленту (ДРОН-2,0) или монитор компьютера (ДРОН-6,0, Shimadzu и т. д.).
Для регистрации рентгеновских лучей применяются люминесцентный, фотографический, электрофотографический и ионизационный методы.
Люминесцентный метод наблюдения изображения на светящемся экране (рентгеноскопия) обладает очень большой производительностью, не требует затрат на фотоматериалы. Этот метод основан на свечении под действием рентгеновских лучей некоторых веществ и особенно люминофоров ‑ веществ, дающих большой выход видимого [излучения (флуоресценцию).
Фотографический метод регистрации рентгеновских лучей широко распространен и в настоящее время. Он обладает высокой чувствительностью и документальностью, но требует использования специальных фотоматериалов и их трудоемкой обработки. Оценку плотности почернения на рентгенограммах производят визуально или более точно с помощью микрофотометров, которые позволяют записать и рассчитать кривую распределения плотности почернения.
Электрофотографический метод (ксерография) сохраняет многие преимущества фотометода, но более экономичен. Принцип его такой же, как у множительных аппаратов. Этот метод пока не нашел широкого применения в практике структурных исследований, но для решения задач дефектоскопии, особенно при микродефектоскопии на основе так называемых рентгеновских микроскопов, он начинает использоваться.
Ионизационный метод позволяет более точно измерять интенсивность рентгеновских лучей, но измерение проводится в узком угловом интервале в каждый момент времени. Дифракционная картина регистрируется не одновременно, как в фотометоде, а последовательно. Поэтому для измерения пространственного распределения интенсивности рентгеновских лучей необходимо сканирование ‑ перемещение счетчика по всей области углов рассеяния. Ионизационный метод основан на ионизации атомов вещества при взаимодействии с квантами рентгеновских лучей.
Для регистрации рентгеновских лучей применяют приборы, работающие в различных областях газового разряда – счетчики Гейгера. Рентгеновские аппараты, регистрация рентгеновского излучения в которых осуществляется счетчиками различных типов, называются рентгеновскими дифрактометрами.
Получение рентгенограмм
Рентгенограммы получают либо с использованием дифрактометров (на бумажную ленту, а в современных вариантах – в компьютерный файл), либо с применением рентгеновских камер разной конструкции (на фотопленку)
Современные дифрактометры (общий вид некоторых из них показан на рисунок 2) содержат так называемые гониометры (рисунок 3), позволяющие устанавливать изучаемые плоские образцы и вращать их с определенной скоростью относительно направления первичного пучка излучения, а также источник рентгеновского излучения и управляющую электронику. Корпус прибора имеет защиту от ионизирующего излучения.
Чаще всего управление прибором компьютеризируется, причем компьютеризирована также и «выдача» результатов. Например, прибор типа D4 (рисунок 1) характеризуется программным обеспечением на базе Windows, что позволяет собирать и эффективно обрабатывать данные эксперимента.
Рисунок 2 ‑ Общий вид некоторых современных дифрактометров. 1- дифрактометр D4 ENDEAVOR, 2 – японский дифрактометр системы RIGAKU D/MAX-2000/PC, 3 – отечественный дифрактометр общего назначения ДРОН-7 |
Рентгеновские лаборатории обычно обеспечиваются и базами кристаллографических данных, что обеспечивает интерпретацию полученных дифрактограмм и позволяет проводить качественный и количественный анализ состава исследуемых образцов.
Общий вид типичного гониометра показан на рисунке 3 (краткое его описание дано в подписи под рисунком). Некоторые дифрактометры типа D4 Endeavor содержат и так называемые двухкружные системы, позволяющие сканировать образец в разных плоскостях.
Рентгеновские лаборатории обычно обеспечиваются и базами кристаллографических данных, что обеспечивает интерпретацию полученных дифрактограмм и позволяет проводить качественный и количественный анализ состава исследуемых образцов.
Рисунок 3 ‑ Рентгеновский гониометр. Общий вид. Слева показан счетчик рентгеновского излучения, в центре - вращающийся вокруг своей оси держатель с плоским образцом, справа - рентгеновская трубка; эти детали размещены на вращающейся механической части, позволяющей проводить сканирование углов скольжения q в широком диапазоне - от 0 до 120°. |
Использование специальных приставок к дифрактометрам позволяет проводить анализ при высоких температурах, в вакууме или инертных атмосферах, при отрицательных температурах и измерять интенсивность рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами.
Во всех дифрактометрах предусмотрена возможность монохроматизации характеристического рентгеновского излучения, а в дифрактометрах с пропорциональными или сцинтилляционными счетчиками – возможность селективной регистрации квантов дифрагированного рентгеновского излучения с определенной энергией.
Основные способы получения рентгеновских лучей для структурных исследований связаны с использованием потока быстро летящих электронов. Наиболее распространенным источником рентгеновских лучей является рентгеновская трубка.
Наиболее распространены запаянные рентгеновские трубки с горячим катодом. Они состоят из стеклянной колбы и двух электродов ‑ катода и анода (рисунок 4). В колбе создается высокий вакуум (10-7 – 10-8 мм рт. ст.), обеспечивающий свободное движение электронов от катода к аноду, тепловую, химическую и электрическую изоляцию раскаленного катода.
|
Рисунок 4 – Схема рентгеновской трубки БСВ-2:1 - нить катода; 2 - фокусирующий колпачок; 3 - окно для выпуска рентгеновских лучей; 4 - защитный цилиндр; 5 - зеркало анода |
Катод рентгеновской трубки состоит из вольфрамовой спирали, которая разогревается электрическим током до 2000 ‑ 2200 °С и испускает электроны. Вылетевшие в результате термоэлектронной эмиссии электроны образуют вокруг нити накала «электронное облако». Освобожденные электроны под влиянием электрического поля направляются с большой скоростью к аноду.
Анод. Между катодом и анодом создается разность потенциалов. На аноде происходит торможение электронов и их кинетическая энергия переходит, в основном, в тепловую, а небольшая часть переходит в энергию рентгеновских лучей. Это спектр испускания.
Для выхода рентгеновских лучей есть одно или несколько окошек, в которые вставляются тонкие пластинки из бериллия, который практически не поглощает рентгеновское излучение, генерируемое в трубке. Торец анода в рентгеновских трубках для структурного анализа срезан под определенным углом к оси анода (пучку электронов). Это делается с целью получить выходящий из трубки пучок с максимальной интенсивностью.
Форма анода выбирается такой, чтобы электрическое поле было резко неоднородным. Наибольшее ускорение электроны получают в области, прилегающей к катоду, и, пролетая через специальное отверстие в аноде, создают электронный пучок, который вызывает в образце возбуждение j-того энергетического уровня. Если энергия возбуждения Ej не больше энергии электронов (Ее), то кинетическая энергия
Ее = eU > Еj (1)
При облучении образца пучком электронов, наряду с рентгеновским излучением, возникающим в исследуемом образце и называемом характеристическим излучением, создается излучение при торможении электронов, которое называется тормозным. Если торможение произошло достаточно быстро, то потеря энергии превратится в излучение в соответствии с законом
(2)
Если электрон теряет всю свою энергию при одном столкновении, то максимальная частота возникшего излучения определяется уравнением
(3)
Поскольку
(4)
То минимальная длина волны λmin определяется условием
Å (5)
λmах ‑ длина волны, соответствующая рентгеновскому излучению с максимальной интенсивностью, примерно равна λmax =1,5λmin. Минимальная длина волны рентгеновских лучей торможения зависит только от разности потенциалов, приложенных к рентгеновской трубке. Следовательно, с увеличением ускоряющего напряжения и λmin, и λmax смещаются в область коротких волн, при этом Е(λтах) увеличивается. Таким образом, возникает сплошной спектр, который имеет резкую границу в коротковолновой части и лишь постепенно сходит на нет в сторону более длинных волн. Типичная спектрограмма тормозного излучения приведена на рисунке 5.
|
Рисунок 5 - Спектр тормозного излучения |
Характер спектра для данного анода определяется величиной напряжения, приложенного к рентгеновской трубке. Предельная мощность рентгеновской трубки Р определяется мощностью проходящего через нее электрического тока
Р =UI (6)
где U ‑ максимальное напряжение, прилагаемое к рентгеновской трубке; I ‑ максимальный ток, идущий через рентгеновскую трубку.
Реальная предельная мощность зависит от площади фокусного пятна (т. е. удельной мощности), материала анода и продолжительности работы трубки. На рисунке 6 показаны зависимость интенсивности излучения от длины волны при разных значениях напряжения на электродах. Интенсивность излучения тем больше, чем выше напряжение (U), чем больше сила тока (i) и чем больше атомный номер вещества анода (Z). Общая энергия сплошного спектра определяется соотношением:
(7)
|
Рисунок 6 – Зависимость спектральной плотности для вольфрамового анода от длины волны при разных напряжениях |
Расчет интегральной интенсивности, проведенный на основе квантовых представлений, приводит к формуле
(8)
α – коэффициент пропорциональности.
Таким образом, интегральная интенсивность рентгеновских лучей, возникающих в некотором объеме анода в каждый данный момент, пропорциональна току (т. е. количеству электронов, пролетающих в трубке), квадрату напряжения и атомному номеру вещества анода.
Этот вывод имеет практическое значение при выборе вещества анода для рентгеновских трубок.
При некоторых условиях возбуждения рентгеновских лучей характер спектра может резко меняться – возникает характеристическое излучение. Интенсивность этих линий может в сотни раз превышать интенсивность всякой другой линии непрерывного спектра в том же интервале длин волн. Характеристическое излучение возникает тогда, когда падающий электрон обладает достаточно большой энергией для того, чтобы выбить электрон с одной из внутренних электронных оболочек атома зеркала анода, и получившееся вакантное место занимает электрон с более высокого энергетического уровня, а избыток энергии реализуется в виде излучения (рисунок 7). Длина испускаемой волны определяется разностью энергий этих двух уровней, и повышение напряжения не изменяет длину волны характеристического излучения анода. Таким образом, длина волны лучей характеристического спектра и потенциалы возбуждения зависят исключительно от природы вещества, из которого изготовлен анод
(9)
R – постоянная Ридберга, Sn – постоянная экранирования, зависящая от структуры атома, n – главное квантовое число.
|
Рисунок 7 – К-спектры Мо и Cu при 35 кВ |
Напряжение, при котором появляются линии характеристического спектра, называется напряжением возбуждения.
Спектры характеристических излучений классифицируются в порядке возрастания длин волн как K-, L-, M - … серии в соответствии с уровнем, с которого был выбит электрон.
Разница энергий между соседними уровнями тем больше, чем меньше их номера. Следовательно, для получения рентгеновского излучения надо возбуждать внутренние оболочки атома. Если возбуждается К-оболочка, то есть электрон выбивается с самого нижнего уровня, то излучается К-серия, если L-оболочка, то L-серия и т. д. На рисунке 8 приведена схема возникновения наиболее интенсивных линий К - и L-серии. Для получения линий этих серий необходимо возбудить соответствующие энергетические уровни (орбитали), для этого в подавляющем большинстве случаев используется электронный пучок с энергией электронов, превышающей энергию ионизации (возбуждения) соответствующего уровня.
|
Рисунок 8 – Переходы между энергетическими уровнями, порождающие рентгеновские спектры |
Линии Кα и Кβ являются дублетами. Наиболее яркими в К-серии являются α1, α2, β1 – линии. Их относительная интенсивность
.
Соотношение между интенсивностями α-линий
раз
Соотношение между α- и β-линиями
Согласно принципу запрета Паули, положение каждого из Z электронов в атоме описывается четырьмя квантовыми числами n, l, m, s. Полный момент электрона j определится как векторная сумма l и s
(10)
j не может принимать отрицательное значение и
при l ≠ 0 , 
при l = 0, 
Подобно тому, как заселение разных энергетических уровней лимитируется принципом запрета Паули, так и число линий в характеристическом рентгеновском спектре ограничивается квантовомеханическими правилами отбора:
1) изменение главного квантового числа может быть любым;
2) изменение орбитального квантового числа возможно на единицу 
;
3) изменение полного момента электрона может быть 
.
Для того, чтобы летящий к аноду электрон мог выбить электрон с того или иного энергетического уровня атома вещества анода, первый должен обладать достаточной кинетической энергией, т. е. напряжение на трубке должно быть выше некоторой вполне определенной величины. Внутренние электроны сильнее связаны с ядром, чем внешние. Поэтому потенциал возбуждения К-серии выше, чем L-серии, а L-серии выше, чем М-серии.
Потенциал (порог) возбуждения – минимальная разность потенциалов, которую необходимо приложить к электродам (высокое напряжение), чтобы электроны получили энергию, достаточную для выбивания других электронов с внутренних энергетических уровней.
(11)
(12)
λmin – самая короткая волна данной серии.
Выбор анодов, применяемых в рентгеновских трубках, определяется, с одной стороны, техническими условиями (высокие температуры плавления, малая распыляемость), с другой – желательной длиной волны излучения. Для рентгенографического исследования кристаллов используют монохроматические лучи. В качестве источников монохроматического излучения используются трубки с анодами из Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag, W, длины волн Кα-линий которых лежат в пределах от 2,29 до 0,71 Å. Чем больше электронов в системе, тем труднее выбить электроны К-серии. Реально работают гораздо на более высоких потенциалах.
Cu ~ 9кВ ~ 50 кВ
Мо ~ 20 кВ. ~ 80 кВ
Прохождение рентгеновских лучей через вещество сопровождается их рассеянием и поглощением.
При прохождении направленного пучка рентгеновских лучей через вещество интенсивность пучка вдоль начального направления ослабляется за счет рассеяния ‑ истинного ослабления и изменения первоначального направления фотона. Рассеяние подразделяется на два типа – когерентное и некогерентное.
Когерентными называют волны, излученные таким источниками, у которых ν1 = ν2, сдвиг фаз между колебаниями с течением времени не изменяется (т. е. φ1 – φ2 =const) и колебания происходят в одной области.
При когерентном рассеянии длина волны не изменяется – длина волны падающего излучения равна длине волны рассеяния. Когерентное рассеяние описывается в виде двух последовательных процессов: энергия первичной волны передается электрону, который отдает ее обратно в виде вторичных (рассеянных) рентгеновских лучей той же частоты. Ввиду когерентности лучи, рассеиваемые различными атомами, могут интерферировать, так как расстояние между атомными плоскостями в кристаллах сравнимо с длинами волн рентгеновского излучения. Именно когерентное излучение участвует в образовании дифракционных спектров.
При некогерентном рассеянии длина волны возрастает. Это происходит вследствие ослабления энергии первичного пучка.
Рентгеновские лучи при прохождении через кристалл частично поглощаются, частично пропускаются. Поглощение рентгеновских лучей понижает интенсивность первичного пучка от начального значения I0 до I
(13)
I – интенсивность пучка лучей, прошедших через слой вещества толщиной t.
μ – линейный коэффициент поглощения для однородной среды.
С увеличением толщины образца поглощение растет, уменьшая долю излучения, проходящего через образец. Одновременно с увеличением объема образца, находящегося в пучке, увеличивается доля излучения, попадающего в дифракционную линию на пленке. Таким образом, можно рассчитать толщину образца.
Коэффициент μ зависит от длины волны падающего рентгеновского излучения и плотности рассеивающего материала. Плотность рассеивающего материала определяется агрегатным состоянием вещества, а также тем, из каких атомов оно состоит – тяжелых или легких.
Обычно работают с массовым коэффициентом поглощения
(14)
Тогда
к – коэффициент пропорциональности;
λ – длина волны падающего излучения;
Z – атомный номер поглощающего атома.
Чем больше линейный коэффициент поглощения, тем сильнее ослабевает интенсивность лучей.
Край полосы поглощения. Выбор условий съемки образов
Для видимой области электромагнитного спектра характерны общие черты спектров испускания и поглощения. Однако для рентгеновских лучей спектры испускания и поглощения совершенно различны. Линейчатые спектры испускания характеристических рентгеновских лучей образуются в результате выбивания электронов с глубоких уровней и последующего заполнения образовавшихся вакансий электронами с более высоких уровней. Если в роли возбуждающего излучения выступают рентгеновские лучи, то падающие фотоны должны обладать достаточной энергией, чтобы выбить глубинные электроны.
Рентгеновский спектр поглощения состоит не из серии тонких линий, а из одного или нескольких краев поглощения (рисунок 9). На рисунке представлено соотношение между массовым коэффициентом поглощения вещества и длиной волны падающего излучения. Массовый коэффициент поглощения пропорционален λ3 и увеличение длины волны должно сопровождаться поглощением излучения.
(15)
|
Рисунок 9 – Кривая поглощения |
При увеличении длины волны на кривой появляются места особо резких падений – скачки величины коэффициента поглощения, соответствующие строго определенным длинам волн. Точки на кривой, в которых происходят резкие изменения, называют краями поглощения.
При длине волны, превышающей длину волны края поглощения (λ > λкр), квант рентгеновского излучения (hν/λ) слишком мал для того, чтобы выбить глубокий электрон из атома вещества мишени. При достаточно малых длинах волн падающие кванты (hν/λ) оказываются в состоянии выбить электроны из внутренних оболочек атома мишени, сами же при этом поглощаются. Этот процесс сопровождается резким возрастанием величины μm и появлением на кривой края полосы поглощения. Если длина волны падающего излучения находится на коротковолновой стороне края полосы поглощения элемента, то такой элемент сильно поглощает это излучение. Порядковый номер поглощающего элемента всегда на единицу (или две) меньше порядкового номера элемента, испускающего характеристическое излучение.
Энергия, поглощенная элементом, снова испускается в виде рентгеновского излучения, называемого флуоресцентным излучением. Распространяясь во всех направлениях, оно вызывает увеличение фона при съемке.
Наличие скачков в спектре поглощения необходимо учитывать при выборе излучения рентгеновской съемки. Спектр испускания и край полосы поглощения определяют анод и образец. При этом очень важно, чтобы все Кα-линии были зарегистрированы.
Соотношение спектра испускания и спектра поглощения
1) | Атомы одинаковые у исследуемого образца (Cu) и анода (Cu). |
Спектр испускания находится справа от края поглощения: поглощение невелико и рентген снимать можно.
2) | Анод – Cu. Исследуемое вещество содержит атомы металлов, близких к меди, но более легких, с разницей на 2-3 единицы в порядковых номерах (Fe, Co, Mn) |
Край полосы поглощения сдвигается в сторону больших длин волн и монохроматические лучи (сначала Кβ-, а затем Кα-линии) начинают сильно поглощаться, обуславливая появление интенсивной флуоресценции. Рентген снимать нельзя.
3) | Анод – Cu. Исследуемое вещество содержит атомы металлов на единицу меньше в порядковых номерах, чем атомный номер анода (Ni) |
Край полосы поглощения находится между Кα- и Кβ-линиями спектра испускания. В этом случае происходит сильно поглощение только Кβ-линий. Рентген снимать очень хорошо.
4) | Анод – Cu. Исследуемое вещество содержит атомы более легких металлов, чем медь. |
Край полосы поглощения сдвигается вправо и Кα-линии могут открыться. Рентген снимать можно.
Форма кривой позволяет подобрать для рентгеновского излучения такой фильтр, который совершенно прозрачен для данной длины волны и относительно непрозрачен для меньших длин волн. Эту особенность используют для поглощения β-излучения и получения приблизительно монохроматического рентгеновского Кα-излучения. Для этого на пути пучка излучения К-серии ставится тонкая пластина из металла с краем полосы поглощения между α- и β-линиями используемого излучения. Обычно в качестве фильтра может быть использован элемент с порядковым номером на единицу меньше порядкового номера элемента анода (таблица). Для излучения Мо Кα в качестве фильтра может быть использован не только Nb, но и Zr.
Хотя фильтры особенно непрозрачны для Кβ-излучения, они частично поглощают также и Кα-излучение. Чтобы предотвратить это явление оптимальная толщина фильтра не должна превышать 0,016-0,021 мм. Фильтры поглощают также некогернтное рассеянное излучение, что приводит к уменьшению фона.
Длины волн Кa- и Кb-линий некоторых анодов
Анод | Кa1, Å | Кa2, Å | Кa ср, Å | Kb, Å | Край поглощения, l, Å | Фильтр |
Сr | 2,2896 | 2,2935 | 2,2909 | 2,0848 | 2,0701 | не исп. |
Fe | 1,9360 | 1,9399 | 1,9373 | 1,7565 | 1,7429 | для Co |
Со | 1,7889 | 1,7928 | 1,7902 | 1,6207 | 1,6072 | для Ni |
Ni | 1,6578 | 1,6617 | 1,6591 | 1,5001 | 1,4869 | для Cu |
Сu | 1,5405 | 1,5443 | 1,5418 | 1,3922 | 1,3802 | не исп. |
Мо | 0,7093 | 0,7135 | 0,7107 | 0,6322 | 0,6197 |
При выборе анода необходимо учитывать не только природу образца, но и:
1) симметрию и размеры элементарной ячейки;
2) в качестве анода используют тугоплавкие металлы с хорошей теплопроводностью и малым порядковым номером. Это d-элементы: Cr, Fe, Co, Ni, Cu. У большинства легких металлов нет излучения в рентгеновской области. У более тяжелых – высокая интенсивность сплошного спектра создает сильный фон и чувствительность съемки резко понижается.
3) Трубку необходимо выбирать с таким излучением, которое не вызывает вторичного характеристического излучения в исследуемом образце. Например, характеристические лучи меди (трубка с медным анодом) при исследовании железа будут вызывать в нем вторичное характеристическое излучение и рентгенограмма не получится (2-й случай).
4) При прецизионных исследованиях периодов решетки необходимо иметь линии на рентгенограмме с углами θ порядка 70-85 º.
Длину волны рентгеновских лучей, дифрагированных кристаллом, можно определить из уравнения Вульфа-Брэгга:
nl= 2dsinθ, где n= 1,2, 3 ... (16)
Уравнение Вульфа-Брэгга показывает, что при данном межплоскостном расстоянии дифракционные линии возникают под углами, непосредственно связанными с длиной волны рентгеновского излучения. Если применяемая длина волны очень мала, то все наблюдаемые дифракционные линии расположатся на рентгенограмме очень тесно в области малых углов θ. Если применяемая длина волны велика, дифракционные линии расположатся на рентгенограмме очень редко и их будет зарегистрировано недостаточно. Для неорганических соединений с элементарными ячейками средних размеров чаще всего применяется Кα-излучение (исключение составляют те случаи, которые мы уже разобрали). При изучении органических кристаллов с очень большими элементарными ячейками лучше использовать излучение с большей длиной волны для того, чтобы все линии были разрешены.
(17)
Каждый рефлекс соответствует определенному углу θ и определенному межплоскостному расстоянию. Получается дифрактограмма вещества (рисунок 10).
|
Рисунок 10 – Дифрактограмма элементарного кремния |
Внешний вид дифрактограммы зависит от длины волны, симметрии кристаллической решетки и размера частиц образца.
1. В зависимости от длины волны:
а) коротковолновое излучение дает сжатую рентгенограмму;
б) длинноволновое излучение позволяет получить развернутую рентгенограмму.
2. В зависимости от симметрии – чем выше симметрия кристаллической решетки, тем меньше рефлексов на рентгенограмме, тем легче с ней работать.
3. В зависимости от скорости съемки
а) 2 º/мин – рентгенограмма сжатая, линии могут накладываться друг на друга, рефлексы узкие и четкие;
б) 1 º/мин – рентгенограмма развернутая, наложении рефлексов нет, но они могут быть широкими.
Вещества кубической сингонии лучше снимать на коротковолновых анодах.
4. В зависимости от размера частиц образца:
а) если дифрагирующий лучи кристалл достаточно велик и содержит тысячи параллельных плоскостей, то дифракционные максимумы будут очень резкими;
б) если кристаллы очень малы и содержат по несколько плоскостей, дифракция этими плоскостями неспособна приводить к появлению резких дифракционных максимумов.
С уменьшением размеров кристаллов сначала происходит расширение оснований обычно острых дифракционных максимумов, затем максимумы расширяются равномерно во всех своих частях, что сопровождается уменьшением их высоты до тех пор, пока они не станут настолько широкими, что их трудно различить (рисунок 11).
|
Рисунок 11 – Влияние количества рассеивающих центров на ширину интерференционных максимумов: а) число центров, равное 2,3 и 5; б) число центров, равное 15 |
Рентгенограммы будут выглядеть следующим образом:
|
Рисунок 12 – Влияние размера частиц на порошковую рентгенограмму: а) линии расширены вследствие малого размера частиц (около 10-5 см); б) оптимальный размер частиц; в) порошок недостаточно измельчен. Линии располагаются неравномерно |
