Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu phương pháp nhiễu xạ tia X
Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** TèM HIU PHNG PHP NHIU X TIA X: I- Tia X: Tia X l bc x in t nng lng cao, chỳng cú nng lng trong khong t 200ev n 1Mev hay bc súng trong khong t 10 -8 m n 10 - 11 m. II- Cỏch to ra tia X: Tia X c phỏt ra khi cỏc in t hoc cỏc ht mang in khỏc b hóm bi mt vt chn v xut hin trong quỏ trỡnh tng tỏc gia bc x vi vt cht. Thụng thng to ra tia X ngi ta s dng in t vỡ gia tc in t ũi hi in th nh hn so vi cỏc trng hp dựng cỏc ht mang in khỏc. Tia X c to ra trong ng phỏt Rn ghen thng lm bng thu tinh hay thch anh cú chõn khụng cao, trong ú cú hai in cc catt bng vofram hay bch kim s phỏt ra in t v ant dng a nghiờng 45 0 so vi tia ti ( xem hỡnh v H1 v H2): H1: Hỡnh v mt ct cu to ca ng phỏt tia X: H2: ng phỏt tia X: (vt tht) Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** Cỏc in t c to ra do nung núng catot . Gia catot v anot cú mt in ỏp cao nờn cỏc in t c tng tc vi tc ln ti p vo anot . Nu in t ti cú nng lng ln lm bt ra cỏc in t lp bờn trong nguyờn t ca anot thỡ nguyờn t s trng thỏi kớch thớch vi mt l trng trong lp in t. Khi l trng ú c lp y bi mt in t ca lp bờn ngoi thỡ photon tia X vi nng lng bng hiu cỏc mc nng lng in t c phỏt ra. Nu ton b nng lng ca in t u chuyn thnh nng lng ca photon tia X thỡ nng lng photon tia X c liờn h vi in th kớch thớch v theo h thc: E = hc = ev hc ev . Khi ú photon tia X cú nng lng ln nht hay bc súng ngn nht l: swl = hc Thc t, ch khong 1% nng lng ca tia in t c chuyn thnh tia X, phn ln b tiờu tỏn di dng nhit lm anot núng lờn- v ngi ta phi lm ngui anot bng nc. H3: hỡnh v phỏc ha c ch bc x tia X v cụng thc tớnh bc Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** Tnh cht ca tia X: - Kh nng xuyn thu ln. - Gừy ra hin tng pht quang mt s cht. - Lm en phim nh, knh nh. - Ion hỳa cc cht kh. - Tc dng mnh ln c th sng, gừy hi cho sc khe. Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** H4: Gii bc súng ( tng ng vi tn s) ca ỏnh sỏng- Thang súng in t. III- Nhiu x tia X: 1- Hin tng nhiu x: Nhiu x l c tớnh chung ca cỏc súng- l tp hp ca cỏc tỏn x n hi ( sau tỏn x bc súng khụng i) c bit t cỏc im khỏc nhau ca tinh th m bo iu kin l cỏc tia trong quỏ trỡnh ny giao thoa khuch i lờn nhau. Nu tia X chiu vo nguyờn t lm cỏc in t dao ng xung quanh vtcb ca chỳng, khi in t b hóm thỡ phỏt x tia X. Quỏ trỡnh hp th v tỏi phỏt bc x in t ny c gi l tỏn x, hay núi cỏch khỏc photon ca tia X b hp th bi nguyờn t v photon khỏc cú cựng nng lng c to ra. Khi khụng cú s thay i v nng lng gia photon ti v photon phỏt x thỡ tỏn x l n hi, ngc li nu mt nng lng photon thỡ tỏn x khụng n hi. Khi hai súng ri vo nguyờn t ( cú nhiu in t) m chỳng b tỏn x bi in t theo hng ti . Hai súng phn x theo hng ti cựng pha ti mt phng ti vỡ chỳng cú cựng quóng ng i trc v sau tỏn x.Nu cng hai súng ny s c mt súng cú cựng bc súng nhng cú biờn gp ụi. Cỏc súng tỏn x theo cỏc hng khỏc s khụng cựng pha ti mt súng nu hiu quang trỡnh khụng bng mt s nguyờn ln bc súng. Nu ta cng hai súng ny thỡ biờn s nh hn biờn súng tỏn x theo hng ti. Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** Nh vy, cỏc súng tỏn x t mi nguyờn t s giao thoa vi nhau, nu cỏc súng cựng pha thỡ xut hin giao thoa tng cng, nu lch pha 180 0 thỡ giao thoa trit tiờu. H5: Mỏy nhiu x tia X: ( vt tht). H6: Cu to c bn ca mỏy phỏt nhiu x tia X: Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** 2- Ch s Miller ca mt tinh th: Ch s Miller ca mt phng tinh th c xỏc nh l nghch o giao im phõn s ca mt tinh th ct trờn trc tinh th x,y v z ca ba cnh khụng song song ca ụ c bn. Ch s Miller c xỏc nh nh sau: - Chn mt mt phng khụng i qua gc ta (0,0,0). - Xỏc nh cỏc ta giao im ca mt phng vi cỏc trc x, y v z ca ụ n v. Ta giao im ú s l cỏc phõn s. - Ly nghch o cỏc ta giao im ny. - Quy ng cỏc phõn s ny v xỏc nh tp nguyờn nh nht ca cỏc t s. Cỏc s ny chớnh l ch s Miller, kớ hiu l h,k v l. Mt b ch s (hkl) biu din kgụng phi mt mt phng m l biu din mt h cỏc mt phng song song nhau. Trong cu trỳc tinh th khong cỏch gia cỏc mt phng song song gn nhau nht cú cựng ch s Miller c kớ hiu l d hkl trong ú h,k,l l ch s Miller ca cỏc mt. T hỡnh hc ta cú th thy rng khong cỏch d hkl gia cỏc mt lõn cn song song trong tinh th lp phng l: 2 1 hkl d = 2 2 2 2 h k l a Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** vi a di vộc t c s ca mng lp phng( cũn gi l hng s mng). Cỏc mt phng (hkl) v (nh nk nl) , n l s nguyờn, l song song nhau, nhng khong cỏch gia cỏc mt phng ca mt phng (nh nk nl) bng 1/n khong cỏch gia cỏc mt phng (hkl). 2- nh lut Bragg: Khi chiu tia X vo vt rn tinh th thỡ xut hin cỏc tia nhiu x vi cng v hng khỏc nhau. Cỏc hng ny b khng ch bi bc súng ca bc x ti v bi bn cht ca mu tinh th. nh lut Bragg c thit lp nm 1913 th hin mi quan h gia bc súng tia X v khong cỏch gia cỏc mt phng nguyờn t xy ra hin tng nhiu x. Gi s cú hai mt phng nguyờn t song song AA v BB cú cựng ch s Miller h,k,l v cỏch nhau bi khong cỏch gia cỏc nguyờn t d hkl . n gin, cho mt phng tinh th ca cỏc tõm tỏn x nguyờn t c thay th bng mt tinh th úng vai trũ nh mt phn x gng i vi tia X ti. Gi s hai tia x 1 v 2 n sc,song song vi bc súng chiu vo hai mt phng ny di mt gúc . Hai tia b tỏn x bi nguyờn t P v Q cho hai tia phn x 1 v 2 cng di mt gúc so vi mt phng ny(xem hỡnh v). S giao thoa ca tia X tỏn x 1 v 2 xy ra nu hiu quóng ng 1P1 v 2Q2 tc l on SQ+QT bng mt s nguyờn ln bc súng. Nh vy iu kin nhiu x l: n = SQ+QT hay n = 2d hkl sin vi n= 1,2,3. gi l bc phn x. (1) Phng trỡnh (1) chớnh l nh lut Bragg biu th mi quan h gia gúc ca tia nhiu x vi bc súng ca tia ti v khong cỏch gia cỏc mt phng nguyờn t d hkl xy ra hin tng nhiu x trờn tinh th. Nu nh lut Bragg khụng c tho món thỡ s giao thoa thc cht s khụng xy ra vỡ cng nhiu x thu c l rt nh. Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** H7: Mụ phng quỏ trỡnh tỏn x tia X trờn mng tinh th. VI- Mng o: Khi nghiờn cu cu trỳc tinh th bng phng phỏp nhiu x tia X thỡ bc tranh thu c ch l nh ca chựm tia b tinh th nhiu x ch khụng phi l nh chp cỏch sp xp cỏc nguyờn t trong tinh th. Bc tranh ny chớnh l hỡnh nh mng o ca tinh th v t ú ta phi suy ra mng thun( mng thc). Liờn h gia mng thun v mng o: G.R = 2.s nguyờn (2) Vi R l vộct tnh tin ca mng thun , G l vộct ca mng o. Hoc: nu gi a,b,c v a*,b*,c* l cỏc vộct n v ca ụ c bn trong mng thun v mng o, ta cú: a*.a = b*.b = c*.c = 1 v a*.b=b*.c=c*.a = 0. (3) tc l vộc t a* vuụng gúc vi b v c; b* vuụng gúc vi a v c; c* vuụng gúc vi a v b. Mng o cú tớnh cht quan trng sau õy: - Mi nỳt mng o tng ng vi mt mt phng (hkl) ca tinh th. - Vộc t mng o g hkl = ha*+kb*+lc* vuụng gúc vi mt phng mng(hkl) ca mng tinh th v g hkl = 1 hkl d . (4) - Mng o ca mng o l mng thc ca tinh th ó cho. S nhiu x tia X cú th c d oỏn nh mng o bng cỏch xõy dng hỡnh cu Ewald, da trờn c s: Cỏc im cui ca c hai vộc t súng ti k v vộc t súng phn x k u phi nm trờn hai nỳt ca mng o (iu ny c suy ra t nh lut Bragg). Hỡnh cu Ewald c xõy dng nh sau: - Xut phỏt t im cui ca k ,v vộc t k tỡm ra im u ca nú. - Ly im u ca k lm tõm,v hỡnh cu bỏn kớnh k , hỡnh cu ny ct mng o nỳt mng no thỡ ú chớnh l im cui ca k. Ta cú phng trỡnh: G = k k (5) i vi mt tinh th cho trc,ta cú nhn xột v hỡnh cu Ewald nh sau: - Hỡnh cu Ewald cú th ct mng o khụng ch mt im. iu ny tng ng vi phn x Bragg trờn nhiu h mt phng i vi cựng mt chựm tia ti. - Vi ln tng ng vi k nh,ta s cú hỡnh cu Ewald cú bỏn kớnh nh hn. V rừ rng khụng tn ti nỳt mng o nm ngoi mt cu bỏn kớnh 2/ cú th ct mt cu Ewald, do ú khụng th xy ra hin tng nhiu x tia x , bi vy mt cu bỏn kớnh 2/ l mt cu gii hn. Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** Nh vy, mi cu trỳc tinh th cú hai mng liờn hp vi nú, mng tinh th(mng thun) v mng o. nh nhiu x ca tinh th l mt bc tranh mng o ca tinh th. Hai mng ny liờn h vi nhau theo h thc (3). Do vy, khi ta quay tinh th trong giỏ ta quay c mng thc v mng o. Cỏc vộc t trong mng thc cú th nguyờn l: chiu di, cỏc vộc t trong mng o cú th nguyờn l: 1/chiu di. V- Cng nhiu x tia X: Nhiu x tia X ó chng t c kh nng ng dng rt hiu qu trong phõn tớch vi cu trỳc ca vt liu bi l nú cú th tớnh toỏn c v trớ cng nh cng tng i ca tia nhiu x vi chớnh xỏc cao. Do ú cú th so sỏnh cỏc giỏ tr tớnh toỏn vi cỏc giỏ tr o c xỏc nh cỏc thụng s mng v vỡ th xỏc nh c cỏc loi mng tinh th. Ngy nay da vo nh nhiu x chỳng ta ó xỏc nh c hu ht cu trỳc ca cỏc hp cht. tớnh toỏn cng nhiu x cỏch n gin nht l ta cng cỏc súng hỡnh sin vi biờn v pha khỏc nhau. Quỏ trỡnh xỏc nh cng nhiu x tia X c tin hnh theo ba bc sau: - Nhiu x tia X bi mt in t t do. - Nhiu x tia X bi mt nguyờn t. - Nhiu x tia X bi ụ mng c bn. a) Tỏn x bi mt in t: Thomson ó chng minh c cụng thc xỏc nh ccng tỏn x tia x bi mt in t ti khong cỏch r k t in t cú in tớch e v khi lng m l: I = I 0 4 2 2 4 e r m c .sin 2 2. (6) Trong ú I 0 cng tia X ti; c l tc ỏnh sỏng; 2 l hng tỏn x. b) Tỏn x bi mt nguyờn t: Nguyờn t gm cú ht nhõn tớch din dng v cỏc in t tớch in õm bao quanh. Tia x b tỏn x bi in t v ht nhõn. Tuy nhiờn, phng trỡnh (6) cho thy rng vỡ khi lng ca ht nhõn rt ln gp hng nghỡn ln khi lng ca in t nờn cú th b qua tỏn x tia ti bi ht nhõn. Do ú tỏn x ton phn trờn mt nguyờn t ch yu l do tỏn x ca tt c cỏc in t riờng bit. Theo hng thng s tỏn x s bng tng tỏn x bi tng in t riờng bit, tuy nhiờn iu ú khụng ỏp dng c cho cỏc hng khỏc vỡ cỏc in t cỏc v trớ khỏc nhau quanh ht nhõn s sinh ra súng tỏn x vi pha khỏc nhau v s giao thoa vi nhau. i lng tha s tỏn x nguyờn t f c s Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** dng mụ t hiu sut tỏn x trờn mt hng riờng bit v c xỏc nh bng t s sau: f = tan tan biendo song xaboi mot nguyentu biendo song xaboi mot dientu (7) Giỏ tr f bng s in t trong nguyờn t khi = 0, hay f = Z l nguyờn t s, song giỏ tr ny gim khi tng hay gim. c) Nhiu x bi ụ mng c bn: Bõy gi ta hóy xem xột nh hng ca v trớ nguyờn t trong ụ c bn n biờn súng tỏn x. Vỡ ụ c bn l phn t nh nht lp li tun hon to thnh tinh th nờn õy l bc cui cựng trong trỡnh t xỏc nh cng ca tia nhiu x. Phng phỏp tớnh toỏn cng tng t nh i vi tỏn x bi cỏc in t ti cỏc v tớ khỏc nhau trong nguyờn t song õy cú s khỏc pha do nguyờn t cỏc v trớ khỏc nhau trong ụ c bn. Cng nhiu x: Cng chựm tia nhiu x c cho bi cụng thc: Vi l hm sỳng ca chm nhiu x, cn l tha s cu trc (hay cn gi l xc sut phn x tia X), c cho bi: õy, vộct tn x ca chm nhiu x, l v tr ca nguyn t th i trong ụ n v, cn f i l kh nng tỏn x ca nguyờn t. Tng c ly trờn ton ụ n v. PHN II: NGHIấN CU CU TRC VT LIU: PHNG PHP PHN TCH BNG TIA X NHIU X TIA X HUNH QUANG TIA X PHN TCH CU TRC VT LIU XC NH HM LNG NGUYấN T TRONG MU [...]... ** Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 H16: hỡnh v cu to mỏy nhiu x bt B phn chớnh ca nhiu x k tia X l: Ngun tia X, mu, detecto tia x Chỳng c t nm trờn chu vi ca vũng trũn( gi l vũng trũn tiờu t) Gúc gia mt phng mu v tia x ti l - gúc Bragg Gúc gia phng chiu tia x v tia nhiu x l 2 Ngun tia x c gi c nh cũn detecto chuyn ng sut thang o gúc Bỏn kớnh ca vũng tiờu t khụng phi l mt... ghi cng vi nhy cao v chớnh x c hn ó c s dng rng rói nghiờn cu n tinh th,ú l nhiu x k tia X K thut phõn tớch n tinh th trờn nhiu x k vụ cựng phc tp, tuy nhiờn vi s tr giỳp ca mỏy tớnh thỡ nhiu x k tia X ó cho phộp x c nh tớnh i xng , nh hng tinh th , hng s mng chớnh x c v cỏc c trng khỏc ca n tinh th, k c khi cha bit trc cu trỳc v cỏc thụng s ca ụ c bn 2- Phng phỏp xoay n tinh th: Gia nguyờn bc... tinh th ng yờn ( =const) 1- Sau õy ta tỡm hiu nguyờn lớ to nh nhiu x v mt s ng dng ca phng phỏp nh Laue: Chựm tia X liờn tc c chiu lờn mu n tinh th v tia nhiu x c ghi nhõn bi cỏc vt nhiu x trờn phim Bc x tia X liờn tc s cho gii bc súng cn thit v chc chn tha món nh lut Bragg cho mi mt phng H8: A-Mt chựm tia X c hi t v chiu lờn mu vt nhiu x B- Ph **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành... tinh th tri trờn phng Tia x n sc c chiu ti mu v cng tia nhiu x c thu bng detecto Mu c quay vi tc cũn detecto quay vi tc 2 , cng tia nhiu x c ghi t ng trờn giy, v t ú v c gin nhiu x ca mõu Kt hp vi nh lut Bragg, ta suy ra c cu trỳc v thụng s mng cho tng pha cha trong mu bt v cng ca tia nhiu x cho phộp x c nh s phõn b v v trớ nguyờn t trong tinh th Phng phỏp bt cho phộp x c nh c thnh phn húa... mt phng phỏp tuyn ú ca mt vựng s ct cu Ewald theo mt ng trũn giao tuyn v ch nhng nỳt o nm trờn giao tuyn ny mi cho tia nhiu x Nh vy, cỏc tia nhiu x s to nờn mt hỡnh trũn tia cú trc l trc vựng v gúc m l 2 , trong ú l gúc to bi tia X vi trc vựng ( xem hỡnh v H11) Giao tuyn ca nún tia nhiu x vi phim chớnh l dng hỡnh hc ca cỏc ng vựng trờn nh Laue Khi < 450 ng vựng cú dng elớp, ú l nh truyn qua ca mu... Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 H17: Ph nhiu x (pic nhiu x) thu c bng phng phỏp bt Phng phỏp phõn tớch pha nh lng bng tia x da trờn c s ca s ph thuc cng tia nhiu x vo nng Nu bit mi quan h ú v o c cng thỡ cú th x c nh c nng pha Cỏc pha cha bit trong vt liu cú th x c nh c bng cỏch so sỏnh s liu nhn c t gin nhiu x tia x t thc nghim vi s liu chun trong sỏch tra cu, t ú ta tớnh c t l nng... v ph nhiu x tia x ca vt liu LaOFeAs **Tiểu luận này dùng cho các học viên Cao Học chuyên ngành Vật lí ** Trường THPT Nghi lộc 3 GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 X c nh cu trỳc tinh th lp phng: Vic x c nh cu trỳc tinh th l rt quan trng, vỡ t ú cho phộp ta hiu c cỏc hin tng nh bin dng n hi, hỡnh dng hp kim v chuyn pha K thut nhiu x tia x cú kh nng x c nh c cu trỳc vt rn kt tinh ( õy ch x t trng hp... 01683.751.477 h2 k 2 l 2 2 sin õy nh phng phỏp bt, ta x c nh c giỏ tr (h2 + k2+ l2) Cũn bc súng tia x cho trc, gúc quay hon ton o c nh thc o gúc CHNG III: KT LUN Ngy nay, vi s phỏt trin ca khoa hc k thut ngi ta ó ch to nhng mỏy nhiu x tia x vi phõn gii cao v x y dng c th vin s v ph nhiu x ca cỏc hp cht, cho nờn chỳng ta hiu c cu trỳc ca vt liu v x m nhp vo cu trỳc tinh vi ca mng tinh th, do ú ó to... NaCl vi catot l Cu, gúc quột 2 t 00 n 900: H14: ph nhiu x n tinh th theo t song II- Phng phỏp bt: K thut nhiu x tia X c s dng ph bin nht l phng phỏp bt hay phng phỏp Debye Trong k thut ny, mu c to thnh bt vi mc ớch cú nhiu tinh th cú tớnh nh hng ngu nhiờn chc chn rng cú mt s ln ht cú nh húng tha món iu kin nhiu x Bragg H15: Cu to mỏy nhiu x tia x bng phng phỏp bt **Tiểu luận này dùng cho các học viên... lộc 3 I- GV: Hồ Phi Cường tel: 01683.751.477 Nhiu x n tinh th: Hai phng phỏp chớnh thc hin nhiu x n tinh th l phng phỏp nh Laue v phng phỏp xoay n tinh th tha món iu kin nhiu x Bragg n = 2dhklsin , trong phng phỏp xoay n tinh th chựm tia x n sc ( = const) c chiu lờn n tinh th quay( thay i) quanh mt phng tinh th no ú, trong phng phỏp nh Luae chựm bc x vi ph liờn tc ( thay i) c ri lờn n tinh th ng yờn . Quỏ trỡnh x c nh cng nhiu x tia X c tin hnh theo ba bc sau: - Nhiu x tia X bi mt in t t do. - Nhiu x tia X bi mt nguyờn t. - Nhiu x tia X bi ụ mng. gúc . Hai tia b tỏn x bi nguyờn t P v Q cho hai tia phn x 1 v 2 cng di mt gúc so vi mt phng ny(xem hỡnh v). S giao thoa ca tia X tỏn x 1 v 2 xy ra nu