Назначение и история создания
Рентгеновская камера — это ключевой прибор для изучения атомной структуры веществ методом рентгеноструктурного анализа. В основе его работы лежит явление дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решетке, результат которой фиксируется на фотопленке. Возможность создания такого устройства появилась благодаря фундаментальному открытию Вильгельма Конрада Рентгена, сделанному в 1895 году. Ученый не только обнаружил новый тип излучения (рентгеновские лучи), но и сконструировал первую рентгеновскую трубку. Примечательно, что базовый принцип ее устройства сохранился и в современных приборах.
Источник излучения: рентгеновская трубка
Рентгеновская трубка — это электровакуумный прибор, генерирующий необходимое для анализа излучение. Ее конструкция включает в себя металлический анодный стакан, стеклянную колбу, катод и анод, систему для фокусировки электронного пучка и специальное окно для выхода рентгеновских лучей. Трубки, используемые в рентгеноструктурном анализе, служат источником излучения для камеры, хотя сами трубки могут иметь различное исполнение в зависимости от конкретных исследовательских задач.
Устройство и типы рентгеновских камер
Конструкция рентгеновской камеры напрямую зависит от объекта изучения. Существуют камеры для работы с монокристаллами и поликристаллами, для получения малоугловых рентгенограмм, а также для рентгеновской топографии. Несмотря на различия, любая камера содержит несколько основных компонентов:
- Коллиматор: формирует первичный пучок излучения, задавая его направление и расходимость. В некоторых моделях его функцию выполняют кристалл-монохроматор или специальные фильтры для выделения излучения с определенной длиной волны.
- Устройство для крепления образца: фиксирует исследуемый объект и обеспечивает его точное позиционирование относительно пучка. Для монокристаллов часто используется гониометрическая головка с дуговыми направляющими для юстировки.
- Кассета с фотопленкой: имеет плоскую или цилиндрическую форму, обеспечивает светозащиту и фиксацию дифракционной картины. В камерах для топографии кассета и образец могут двигаться синхронно.
- Механизм движения образца: механизм, который вращает или перемещает образец, что значительно повышает качество измерений, позволяя задействовать больше кристаллографических плоскостей или увеличить исследуемую площадь.
Особенности исследования разных материалов
Рентгеновские камеры позволяют изучать образцы в различных условиях — при разных температурах, в вакууме или при механических деформациях, для чего держатели оснащаются дополнительными приспособлениями. Конструкция камеры сильно зависит от типа объекта:
- Для поликристаллов часто используются камеры с изотопными источниками излучения.
- Для монокристаллов применяются специализированные камеры, позволяющие определять ориентацию кристаллических осей, параметры элементарной ячейки, регистрировать дифракционные максимумы и выявлять дефекты решетки.
- Для аморфных веществ и растворов предназначены камеры, работающие в режиме малоуглового рассеяния с узким коллимированным пучком.
- Для исследования микрообъектов используются камеры с трубками, имеющими острый фокус, что позволяет минимизировать расстояние между образцом и пленкой.
Таким образом, рентгеновская камера является универсальным и гибким инструментом, конструкция которого адаптируется под широкий спектр задач по изучению внутреннего строения материалов.