Глава 5 - Дифрация рентгеновских лучей (Учебник), страница 15

ных 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 липзам.

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=.= ХС'У=-= ХС"У=а. Предположим, что Х вЂ” источник рентгеновского излучения, а ХС и, ХС' — границы расходящегося пучка, излучаемого источником Х. 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 С'У) фокусируются в точке У. Таким образом, фокусировка рентгеновских лучей основывается на взаимном расположении источника излучения, образца и де- с ООРИОЕЧ Рис. 5.40. Сиойстна окружности, используемые для фокусировки рентгеновских лучей 1а) и взаимное расположение образца, источника излучения и де- тектора на окружности (б).

5. Днфракцня рентгеновских лучей 212 тектора, при котором они все располагаются на одной окружности (рис. 5.40,б). Способ фокусировки рентгеновских лучей в дифрактометре схематически демонстрируется на рис. 5.41. Штриховая линия изображает фокусирующую окрускность. На ней расположены источник излучения 5, образец и входная щель детектора Р. Фокусирующая окружность имеет непостоянный радиус: с увеличением брэгговского угла 0 ее радиус уменьшается, (Направфокусирую цаа ление движения детектоокружность ра Р вокруг образца в ди,г' фрактометре в сторону ;г I ,! больших углов 9 показано стрелкой.) Очевидно, что образец должен обязательно иметь абсолютно плоскую поверхность.

(В идеале образец дол- уть движения детектора жсн изгибаться н 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 зтого 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/мии) вдвое больше угловой скорости вращения образца (6/мин) в том же направлении. Рнс. 5.41. Фокусировка рентгеновских лу чей в днфрантометрс. Б.о,2.

Фокусиругощие 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 Ж,'6.

Современные методы сьемки порошкограмм ного 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 К„-.излучения. Монохроматическое К -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 Хк„,, поэтому от такого кристалла отражается лишь К,1-излучение.

В этом состоит суть монохроматизации излучения с помощью монокристаллов. (Фактически под тем же брэгговским углом 6 от плоскостей (2022) отражаются рентгеновские лучи с длиной волны '/йк„. Легко, однако, убедиться в том, что интенсивность этих отраженных лучей крайне мала.) При использовании в качестве монохроматоров монокристаллов с плоской поверхностью значительная часть К„-излучения теряется, так как испускаемый рентгеновский пучок — расходящийся и, следовательно, лишь для небольшой части К -излучения выполняется условие дифракции Брэгга. С целью повышения интенсивности отраженного пучка используют изогнутый монокристалл-монохроматор.

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 показапо устройство фокусирующей камеры или камеры Гинье. В ней используется монокристаллмонохроматор М. Фокусировка лучей в такой камере также основана на геометрических свойствах окружности. Сходящийся пучок монохроматического излучения проходит через образец Х. Нерассеянные лучи попадают в точку фокусировки А, в которой перед фотопленкой расположен поглотитель рентгеновского излучения, препятству|ощий почернению пленки.

Различные лучи, отраженные от образца, собираются в точках В, С и др., которые также являются фокусами изогнутого мопокристалла М, Из геометрических свойств окружности известно, что все точки А, В, С и Х 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 26.

Схема рефлексов на фотопленке приведена на рис. 3.1. В отличие от дифрактограммы, где регистрируются пики различной высоты, здесь линии различной интенсивности можно об- 5. Дифракция рентгеновских лучей 214 1зис. 5А2. Устройство фокусиру~ощей качерин М вЂ” мопохроматор, 8 — источ- ник излучения и Х вЂ” образец. ла отсчета измеряют с помощью перемещающегося микроскопа (компаратора) или, лучше, с помощью микроденситометра. По результатам промеров рассчитывают 20, а затем нз таблиц, получают й. Съемка в камере Гинье позволяет весьма точно определить.

значения межплоскостных расстояний с1. По своей точности эти результаты сравнимы с данными, получаемыми в дифрактометре при медленном вращении счетчика. Интенсивности линий оценивают либо визуально, либо количественно с помощью микроденситометра.

Массы исследуемых веществ малы (::1 мг). Время съемки составляет 5 — 60 мин в зависимости от степени кристалличности образца, присутствия или отсутствия атомов тяжелых элементов, поглощающих рентгеновское излучение, и т. п. Б.6,3, Расчет порошкограмм и сравнение дифрактограмм с рентгенограммами, полученными фотографическим методом Расчет порошкограмм имеет целью количественно измерить три основные характеристики (указаны в порядке важности): 1) межплоскостные расстояния; 2) интенсивности рефлексов; 3) форму (профиль) линий. наружить по различной степени почернения фотопленки. Небольшие размеры пленки (-1Х15см) делают еевесьмаудобной для работы.

Линия, отвечающая 28=0 или Н=оо, соответствует нерассеянному первичному лучу (А на рис. 5.42). Эту линию можно использовать как начало отсчета при промере рентгенограммы. Ее получают на пленке путем кратковременного (на доли секунды) удаления поглотителя рентгеновского излучения. При необходимости на фотопленку может быть нанесена шкала. Расстояние от каждой линии рентгенограммы до линии — нача- 5.6. Современные методы съемки порошкеграмм 215 Я.6.3.1. Межплоскостные расстояния. При проведении обычных рентгеновских исследований или фазового анализа, как правило, не требуется каких-либо серьезных ухищрений или особой тщательности в подготовке образцов и промерах фотопленки или дифрактограмм.

Для идентификации совершенно неизвестных веществ лучше использовать съемку в дифрактометре, так как обычно это более быстрый и простой эксперимент. Из дифрактограмм сразу после съемки можно получить с достаточной точностью значения межплоскостных расстояний и примерно оценить интенсивности рентгеновских линий. При использовании фотографических методов регистрации рентгеновских лучей требуется примерно 1 — 2 ч на проявление пленки и подготовку ее к промеру. Большое преимущество фотометода по сравнению с исследованием в дифрактометре заключается в простоте сравнения порошкограмм различных образцов.

Практически невозможно сопоставить рентгеновские рефлексы на нескольких кусках диагРаммной бумаги, каждая из которых имеет длину 1 м. Что касается рентгеновских пленок, то их можно легко наложить друг на друга прямо на экране, где проводится их изучение. При работе с одними и теми же объектами в течение длительного времени целесообразно создать собственный архив эталонных рентгеновских пленок всех фаз, которые могут встретиться в данной системе. В этом случае идентификация неизвестных фаз и, что, вероятно, более важно, фазовый анализ неизвестных смесей выполняются очень быстро и не вызывают никаких затруднений. Для прсцизионного определения межплоскостных расстояний как правило, проводят съемку порошкообразных веществ в дифрактометре.

Большинство рентгенограмм, содержащихся в картотеке порошкограмм, получены именно таким методом. Для устранения приборных погрешностей в исследуемый образец вводят внутренний стандарт — вещество, межплоскостные расстояния которого хорошо известны. При медлепном вращении счетчика ( '/е град./мин) удается растянуть шкалу диаграммной бумаги.

Для расчетов желательно использовать лишь линии, отвечающие большим углам отражения. Для получения качественной дифрактограммы необходимы 1) хорошая юстировка прибора и 2) плоская и гладкая поверхность образца (всякое отклонение от последнего требования приводит к ухудшению фокусировки).