Kako deluje Debye Scherrers Camera?

Kamera Debye-Scherrer je kos opreme, ki se uporablja v rentgenski difrakciji za določitev kristalne strukture polikristalnih materialov (materialov, sestavljenih iz številnih majhnih kristalov, usmerjenih naključno). Opira se na difrakcijo rentgenskih žarkov s kristalnimi rešetkastimi ravninami znotraj vzorca. Evo, kako deluje:

1. Rentgenski vir: Ustvarja se in s pomočjo rež Enokromatski rentgenski žarek (kar pomeni rentgenski žarki ene valovne dolžine) in kolimiramo (zoženo v fini žarek). To zagotavlja, da dobro opredeljen žarek zadene vzorec.

2. Vzorec: V središču cilindrične kamere je nameščen fino prašni vzorec materiala. Prah zagotavlja, da je statistično pomembno število kristalitov usmerjeno v vsako možno smer glede na vpadni rentgenski žarek. Ključno je, da je ta naključna orientacija potrebna za delo.

3. Difrakcija: Ko rentgenski žarek udari v vzorec, rentgenski žarki delujejo s kristalnimi rešetkastimi ravninami posameznih kristalitov. Po Braggovem zakonu (nλ =2d sinθ) se konstruktivna motnja (in s tem razpršeni žarek) pojavi le, kadar vpadni kot (θ) izpolnjuje enačbo, kjer:

* n je celo število (vrstni red difrakcije)

* λ je valovna dolžina rentgenskih žarkov

* d je medplanarni razmik (razdalja med vzporednimi kristalnimi ravninami rešetk)

4. Difraktivni stožci: Zaradi naključne orientacije kristalitov se difrakcija pojavi ne le pod enim kotom, ampak vzdolž stožcev. Za vsak sklop rešetkastih ravnin z določenim razmikom (d) nastane stožec z difrakcijskimi rentgenskimi žarki. Polrtrutični kot stožca je 2θ.

5. Zaznavanje filmov: Cilindrični trak fotografskega filma je nameščen okoli notranjosti kamere, koncentrično z vzorcem. Različni rentgenski žarki sekajo film in ustvarjajo vrsto lokov (ali obroče Debye-Scherrer, če je vzorec popolnoma naključno usmerjen). Položaj teh lokov na filmu je neposredno povezan s kotom 2θ.

6. Analiza podatkov: Po razvoju filma se merijo položaji difrakcijskih lokov. S pomočjo polmera kamere (R) in položajev loka (x) lahko difrakcijski kot 2θ izračunamo z uporabo preprostega geometrijskega razmerja:2θ =x/r. Ta kot, skupaj z znano valovno dolžino rentgenskih žarkov (λ), se uporablja z Braggovim zakonom za izračun medplanarnega razmika (d) za vsak difrakcijski lok. Te informacije se nato uporabijo za določitev kristalne strukture materiala.

Če povzamemo, kamera Debye-Scherrer uporablja naključno orientacijo kristalitov v prahu in geometrijo difrakcije za merjenje medplanarnih razmikov, ki se nato uporabljajo za identifikacijo kristalne strukture. Sodobne tehnike namesto filma pogosto uporabljajo digitalne detektorje, ki zagotavljajo hitrejše in natančnejše pridobivanje podatkov.