Kako funkcionira Debye Scherrers kamera?

Debye-Scherrer kamera je dio opreme koji se koristi u difrakciji rendgenskih zraka za određivanje kristalne strukture polikristalnih materijala (materijali sastavljeni od mnogih malih kristala orijentiranih nasumično). Oslanja se na difrakciju rendgenskih zraka pomoću ravnina kristalnih rešetki unutar uzorka. Evo kako to funkcionira:

1. Izvor rendgenskih zraka: Monokromatska rendgenska zraka (što znači rendgenski zraci jedne valne duljine) nastaje i kolimiran (sužen u finu gredu) pomoću proreza. To osigurava dobro definirani snop pogodi uzorak.

2. uzorak: U sredini cilindrične kamere montiran je sitno uzorak u prahu. Prah osigurava da se u svakom mogućem smjeru orijentira statistički značajan broj kristalita u odnosu na incidentni rendgenski snop. Ono što je presudno, ova je slučajna orijentacija potrebna da bi tehnika radila.

3. Difrakcija: Kad rendgenski snop udari u uzorak, rendgenske zrake djeluju s ravninama kristalnih rešetki pojedinih kristalita. Prema Braggovom zakonu (nλ =2d sinθ), konstruktivna smetnja (i time difrakcijski snop) javljaju se samo kad kut incidencije (θ) zadovoljava jednadžbu, gdje:

* n je cijeli broj (redoslijed difrakcije)

* λ je valna duljina rendgenskih zraka

* D je međuplanarni razmak (udaljenost između paralelnih kristalnih rešetki)

4. Difrakcijske konusi: Zbog slučajne orijentacije kristala, difrakcija se javlja ne samo pod jednim kutom, već i duž konusa. Za svaki set rešetkastih ravnina s određenim razmakom (D) proizvodi se konus difrakcijskih rendgenskih zraka. Konusni polu-vertikalni kut je 2θ.

5. Detekcija filma: Cilindrična traka fotografskog filma postavljena je oko unutrašnjosti kamere, koncentrična s uzorkom. Difraktirani rendgenski zraci presijecaju film, stvarajući niz lukova (ili Debye-Scherrer prstenova ako je uzorak savršeno nasumično orijentiran). Položaj ovih lukova na film izravno je povezan s kutom 2θ.

6. Analiza podataka: Nakon razvoja filma mjere se položaji difrakcijskih lukova. Koristeći polumjer kamere (R) i položaje ARC (x), kut difrakcije 2θ može se izračunati pomoću jednostavnog geometrijskog odnosa:2θ =x/r. Taj se kut, zajedno s poznatom valnom duljinom rendgenskih zraka (λ), koristi s Bragg-ovim zakonom za izračunavanje međuplanarskog razmaka (D) za svaki difrakcijski luk. Ove se informacije zatim koriste za određivanje kristalne strukture materijala.

Ukratko, kamera Debye-Scherrer koristi slučajnu orijentaciju kristala u uzorku praha i geometriju difrakcije za mjerenje međuplanarnih razmaka, koji se zatim koriste za identificiranje kristalne strukture. Suvremene tehnike često koriste digitalne detektore umjesto filma, pružajući brže i preciznije prikupljanje podataka.