ПРИНЦИП

Рентгеновская дифракция является результатом взаимодействия рентгеновских лучей с электронными оболочками атомов. В результате рассеяния рентгеновских лучей возникает интерференция, зависящая от расположения атомов. Интерференция влияет на строение вещества, если разность между двумя отраженными рентгеновскими лучами составляет целое число длин волн. Данное избирательное условие описывается уравнением (законом) Брэгга (см. рисунок 2.1.10.5.-1):

.

Рисунок 2.1.10.5.-1. - Дифракция рентгеновских лучей в кристалле по закону Брегга

Длина волны X-рентгеновских лучей имеет тот же порядок значений, что и расстояние между последовательными плоскостями кристаллической решетки d_hkl (межплоскостное расстояние d). Величина - угол между падающим лучом и семейством плоскостей решетки, обратно пропорционален межплоскостному расстоянию d.

Направление и межплоскостное расстояние по отношению к осям элементарной ячейки определяются индексами Миллера {hkl}. Индексы представляют собой наименьшее целое число отрезков, на которые плоскость делит оси элементарной ячейки. Постоянная решетки определяется отрезками a, b, c и углами между ними , и .

Межплоскостное расстояние для набора параллельных плоскостей hkl обозначают d_hkl. Каждое такое семейство плоскостей показывает более высокий порядок дифракции, если величины d для соответствующих семейств плоскостей nh, nk, nl уменьшаются на фактор 1/n (n - целое число: 2, 3, 4 и т.д.).

Каждый набор плоскостей имеет соответствующий угол отражения Брэгга (при определенной длине волны ).

Образец порошка считают поликристаллическим, если для любого угла в ориентации имеются кристаллиты, вызывающие дифракцию согласно закону Брэгга. Идеальный порошок для дифракционных испытаний содержит большое количество небольших беспорядочно ориентированных сферических кристаллитов (коррегентно дифрагирующие кристаллические домены). При достаточном их количестве всегда имеется такое число ориентированных кристаллитов, которое позволяет получать воспроизводимые дифрактограммы.

Для заданной длины волны рентгеновского излучения положения пиков отражения (линии, отражения или отражения Брэгга) являются характеристическими для кристаллической решетки (межплоскостное расстояние d); их теоретические интенсивности зависят от состава кристаллографической элементарной ячейки (природы и положения атомов), а профили линий - от совершенства и размеров кристаллической решетки. При данных условиях дифракционный пик имеет конечную интенсивность, зависящую от взаимного расположения атомов, типа атомов, теплового движения и дефектов структуры, а также от инструментальных характеристик. Интенсивность зависит от многих факторов, например, от структуры, температуры, кристалличности, поляризации, мультиплетности и фактора Лорентца.

Основными характеристиками профилей дифракционных линий являются положение , высота пика, площадь и форма пика (характеризуется, например, шириной пика или асимметрией, аналитической функцией, эмпирической репрезентативностью). Примеры порошковых рентгенограмм, полученных для пяти различных твердых фаз вещества, показаны на рисунке 2.1.10.5.-2.

Рисунок 2.1.10.5.-2. - Порошковые дифрактограммы пяти различных твердых фаз вещества (интенсивности нормализованы)

В дополнение рентгеновская дифракция в эксперименте дает более или менее однородный фон, на который и происходит наложение дифракционных пиков. Помимо подготовки образца на создание фона оказывают воздействие другие факторы, например, помехи от держателя образца, диффузное рассеяние от воздуха и оборудования, инструментальные параметры (шум детектора, общее излучение рентгеновской трубки и т.д.). Отношение пика к фону увеличивают путем понижения фона и увеличения продолжительности времени экспозиции.