Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
5.6. Современные методы съемки порошкограмм
21Ь
ошибке в измеряемой интенсивности рефлексов. Возникновение преимущественной ориентации кристаллитов — серьезная проблема, особенно при исследовании материалов, имеющих характерную, существенно отличную от сферической форму, например пластинчатую или кубическую. В частности, определенные трудности возникают при съемке природных глинистых минералов или материалов, содержащих кристаллы кубической формы, которые при размельчении распадаются на маленькие кубики. Такие кристаллиты в процессе приготовления образцов для
образец
Рис. 5.40. Свойства окружности, используемые для фокусировки рентгеновских лучей (а) и взаимное расположение образца, источника излучения и детектора на окружности (б).
съемки ориентируются большей частью вовсе не случайным образом, а параллельно одной из граней кристалла.
Большим недостатком камер, применяемых для съемки по методу Дебая — Шерера, является некоторая неизбежная расходимость и малая интенсивность как первичного рентгеновского1 пучка, так и рассеянных лучей. В дифрактометрах и современных фокусирующих камерах для съемки применяют сходящийся пучок рентгеновских лучей. Это приводит к резкому увеличению разрешающей способности. Кроме того, благодаря увеличению' интенсивности излучения заметно сокращается время съемки. К сожалению, для фокусировки рентгеновских лучей не существует приспособлений, аналогичных оптических линзам. Для фокусировки используют некоторые особые геометрические свойства окружности (рис. 5.40, а). Дуга ХУ составляет часть окружности, и все вписанные в круг углы, опирающиеся на эту дугу,, равны друг другу, т. е. <ХСУ= <ХСТ= <ХС"У=а. Предположим, что X — источник рентгеновского излучения, а ХС и, ХС — границы расходящегося пучка, излучаемого источником X. Пусть этот пучок рассеивается образцом, который расположен на дуге между точками С и С, причем рассеивающие плоскости образца направлены по касательной к окружности. Тогда рассеянные лучи (СУ и СУ) фокусируются в точке У. Таким образом, фокусировка рентгеновских лучей основывается; на взаимном расположении источника излучения, образца и де
14*
212
5. Дифракция рентгеновских лучей
фокусирующая — окружность
путь движения детектора
тектора, при котором они все располагаются на одной окружности (рис. 5.40,6).
Способ фокусировки рентгеновских лучей в дифрактометре схематически демонстрируется на рис. 5.41. Штриховая линия изображает фокусирующую окружность. На ней расположены источник излучения 5, образец и входная щель детектора /\ Фокусирующая окружность имеет непостоянный радиус: с увеличением брэгговского угла 0 ее радиус уменьшается. (Направление движения детектора Р вокруг образца в дифрактометре в сторону больших углов 0 показано стрелкой.) Очевидно, что образец должен обязательно иметь абсолютно плоскую поверхность. (В идеале образец должен изгибаться и менять радиус кривизны по мере изменения положения детектора, но на практике это, конечно, недостижимо.) Если поверхность образца не плоская или фокусирующая окружность искажена, то фокусировка нарушается.
Сплошной линией на рис. 5.41 показана граница круга, по которой движется детектор. Радиус этого круга постоянен. Образец находится в центре круга. Чтобы при изменении угла 20 фокусировка сохранялась, необходимо сохранение постоянного направления отражающей поверхности образца по касательной к фокусирующей окружности. Это достигается путем одновременного вращения образца и детектора, причем угловая скорость вращения детектора (20/мин) вдвое больше угловой скорости вращения образца (0/мин) в том же направлении.
Рис. 5.41. Фокусировка рентгеновских лучей в дифрактометре.
5.6.2. Фокусирующие камеры (камеры Гинье)
Несмотря на то что конструкция фокусирующих камер отличается от конструкции дифрактометров, некоторые приемы фокусировки, используемые в дифрактометрах, нашли свое применение и при создании фокусирующих камер. Дополнительной особенностью фокусирующих камер является наличие в них •кристалла-монохроматора. Такие монохроматоры предназначены, во-первых, для получения монохроматического излучения, «а во-вторых, для образования интенсивного сходящегося первич
3>;6. 'Современные методы съемки порошкограмм
еого пучка. Существует несколько источников фонового рассеяния в дифракционных экспериментах (разд. 5.6.8). Одной из причин возникновения фона является присутствие в первичном рентгеновском пучке лучей с длиной волны, отличной от длины волны /(«-излучения. Монохроматическое /(«-излучение может быть выделено путем использования фильтров или, более эффективно, кристаллов-монохроматоров.
Кристалл-монохроматор представляет собой большого размера монокристалл, например кварца, ориентированный таким образом, чтобы одно из семейств его плоскостей (в кварце — плоскости 1011) отражало лучи точно под брэгговским углом к первичному пучку. Этот брэгговский угол соответствует только Хяа1, поэтому от такого кристалла отражается лишь Кагкз-
лучение. В этом состоит суть монохроматизации излучения с помощью монокристаллов. (Фактически под тем же брэгговским углом 0 от плоскостей (2022) отражаются рентгеновские лучи с длиной волны 72^л'а. Легко, однако, убедиться в том, что интенсивность этих отраженных лучей крайне мала.) При использовании в качестве монохроматоров монокристаллов с плоской поверхностью значительная часть Яа-излучения теряется, так как испускаемый рентгеновский пучок — расходящийся и, следовательно, лишь для небольшой части /<"а-излучеиия выполняется условие дифракции Брэгга. С целью повышения интенсивности отраженного пучка используют изогнутый монокристалл-моно-хроматор. В этом случае первичный рентгеновский пучок может •быть расходящимся. После отражения от монокристалла изогнутой формы он становится монохроматическим, сходящимся и интенсивным. На рис. 5.42 показано устройство фокусирующей камеры или камеры Гинье. В ней используется моиокристалл-монохроматор М. Фокусировка лучей в такой камере также основана на геометрических свойствах окружности. Сходящийся пучок монохроматического излучения проходит через образец X Нерассеяиные лучи попадают в точку фокусировки А, в которой перед фотопленкой расположен поглотитель рентгеновского излучения, препятствующий почернению пленки. Различные лучи, отраженные от образца, собираются в точках В, С и др., которые также являются фокусами изогнутого монокристалла М. Из геометрических свойств окружности известно, что все точки А, В, С и X должны лежать на ней. Фотопленка, помещенная в кассету цилиндрической формы, находится как раз на окружности АВСХ. Расстояния между рефлексами на фотопленке, как и на диаграммной бумаге в дифрактометре, пропорциональны углам 20. Схема рефлексов на фотопленке приведена на рис. 3.1. В отличие от дифрактограммы, где регистрируются пики различной высоты, здесь линии различной интенсивности можно об
