Comment fonctionne la caméra Debye Scherrers?

La caméra Debye-Scherrer est une pièce d'équipement utilisée dans la diffraction des rayons X pour déterminer la structure cristalline des matériaux polycristallins (matériaux composés de nombreux petits cristaux orientés de manière aléatoire). Il repose sur la diffraction des rayons X par les plans de réseau cristallin dans l'échantillon. Voici comment cela fonctionne:

1. Source des rayons X: Un faisceau de rayons X monochromatique (ce qui signifie des rayons X d'une seule longueur d'onde) est généré et collimaté (rétréci en un faisceau fin) à l'aide de fentes. Cela garantit qu'un faisceau bien défini frappe l'échantillon.

2. Échantillon: Un échantillon finement en poudre du matériau est monté au centre d'une caméra cylindrique. La poudre garantit qu'un nombre statistiquement significatif de cristallites est orienté dans toutes les directions possibles par rapport au faisceau de rayons X incident. Surtout, cette orientation aléatoire est nécessaire pour que la technique fonctionne.

3. Diffraction: Lorsque le faisceau de rayons X frappe l'échantillon, les rayons X interagissent avec les plans en réseau cristallin des cristallites individuelles. Selon la loi de Bragg (nλ =2d sinθ), l'interférence constructive (et donc un faisceau diffract) ne se produit que lorsque l'angle d'incidence (θ) satisfait l'équation, où:

* n est un entier (l'ordre de diffraction)

* λ est la longueur d'onde des radiographies

* D est l'espacement interplanaire (distance entre les plans de réseau en cristal parallèle)

4. Cônes de diffraction: En raison de l'orientation aléatoire des cristallites, la diffraction se produit non seulement à un seul angle mais le long des cônes. Pour chaque ensemble de plans de réseau avec un espacement particulier (D), un cône de rayons X diffractés est produit. L'angle semi-vertical du cône est de 2θ.

5. Détection de film: Une bande cylindrique de film photographique est placée autour de l'intérieur de la caméra, concentrique avec l'échantillon. Les radiographies diffractées coupent le film, créant une série d'arcs (ou de bagues Debye-Scherrer si l'échantillon est parfaitement orienté au hasard). La position de ces arcs sur le film est directement liée à l'angle 2θ.

6. Analyse des données: Après avoir développé le film, les positions des arcs de diffraction sont mesurées. En utilisant le rayon de la caméra (R) et les positions d'arc (x), l'angle de diffraction 2θ peut être calculé en utilisant la relation géométrique simple:2θ =x / r. Cet angle, ainsi que la longueur d'onde connue des rayons X (λ), est utilisé avec la loi de Bragg pour calculer l'espacement interplanaire (D) pour chaque arc de diffraction. Ces informations sont ensuite utilisées pour déterminer la structure cristalline du matériau.

En résumé, la caméra Debye-Scherrer utilise l'orientation aléatoire des cristallites dans un échantillon de poudre et la géométrie de diffraction pour mesurer les espacements interplanaires, qui sont ensuite utilisés pour identifier la structure cristalline. Les techniques modernes utilisent souvent des détecteurs numériques au lieu du film, fournissant une acquisition de données plus rapide et plus précise.