¿Cómo funciona la cámara Debye Scherrers?

La cámara Debye-Scherrer es un equipo utilizado en la difracción de rayos X para determinar la estructura cristalina de los materiales policristalinos (materiales compuestos de muchos cristales pequeños orientados al azar). Se basa en la difracción de rayos X por los planos de red de cristal dentro de la muestra. Así es como funciona:

1. Fuente de rayos X: Se genera y colimación un haz de rayos X monocromático (que significa rayos X de una sola longitud de onda) (se estrecha en una viga fina) usando hendiduras. Esto asegura que un haz bien definido llegue a la muestra.

2. Muestra: Una muestra finamente en polvo del material está montada en el centro de una cámara cilíndrica. El polvo asegura que un número estadísticamente significativo de cristalitos esté orientado en cada dirección posible en relación con el haz de rayos X incidente. Crucialmente, esta orientación aleatoria es necesaria para que funcione la técnica.

3. Difracción: Cuando el haz de rayos X golpea la muestra, los rayos X interactúan con los planos de red de cristal de cristalitos individuales. De acuerdo con la ley de Bragg (Nλ =2d sinθ), la interferencia constructiva (y, por lo tanto, un haz difractado) ocurre solo cuando el ángulo de incidencia (θ) satisface la ecuación, donde:

* n es un entero (el orden de difracción)

* λ es la longitud de onda de las radiografías

* D es el espaciado interplanar (distancia entre planos de celosía de cristal paralelo)

4. Conos de difracción: Debido a la orientación aleatoria de los cristalitos, la difracción ocurre no solo en un solo ángulo sino a lo largo de los conos. Para cada conjunto de planos de red con un espacio particular (D), se produce un cono de rayos X difractados. El ángulo semi-vertical del cono es 2θ.

5. Detección de películas: Se coloca una tira cilíndrica de película fotográfica alrededor del interior de la cámara, concéntrica con la muestra. Las radiografías difractadas se cruzan en la película, creando una serie de arcos (o anillos Debye-Scherrer si la muestra está perfectamente orientada al azar). La posición de estos arcos en la película está directamente relacionada con el ángulo 2θ.

6. Análisis de datos: Después de desarrollar la película, se miden las posiciones de los arcos de difracción. Usando el radio de la cámara (R) y las posiciones de arco (x), el ángulo de difracción 2θ se puede calcular usando la relación geométrica simple:2θ =x/r. Este ángulo, junto con la longitud de onda conocida de los rayos X (λ), se usa con la ley de Bragg para calcular el espaciado interplanar (d) para cada arco de difracción. Esta información se utiliza para determinar la estructura cristalina del material.

En resumen, la cámara Debye-Scherrer utiliza la orientación aleatoria de cristalitos en una muestra de polvo y la geometría de la difracción para medir los espacios interplanares, que luego se utilizan para identificar la estructura cristalina. Las técnicas modernas a menudo utilizan detectores digitales en lugar de película, proporcionando una adquisición de datos más rápida y precisa.