Kristaller är cellulära strukturer som har ett regelbundet upprepande mönster och finns i oorganiska mineraler och i metaller. Olika material har specifika optiska egenskaper när de utsätts för frekvenser av synligt ljus eller högre energi från röntgenstrålar. En röntgendiffraktometer producerar strålning eller energi i röntgenfrekvenser och kan användas för att studera kristallina strukturer. Diffraktion är en term som hänvisar till böjning av ljus eller energi från dess interaktion med ett material eller en vätska.
Konstruktionen av en röntgendiffraktometer innehåller flera nyckeldelar. En röntgenkälla inkluderar ett källrör och kollimerande slits som skapar en smal stråle. Prover placeras i en provhållare på ett fast avstånd från källan. Detektorn inkluderar en scintillationsräknare, som mäter den diffrakterade energin. Vissa enheter lägger till en goniometer, som är en rörlig detektor som mäter vinkeln på röntgenenergin.
När röntgenfrekvensen skickas till provet diffrakteras den i specifika vinklar baserat på materialet. Detta orsakas av att röntgenstrålen interagerar med kristallstrukturen. Strålen böjs och lämnar materialets yta och kan sedan mätas med scintillatorn. WL Bragg utvecklade en beräkning i början av 1900-talet för att definiera vinkeln, och detta blev en standardmetod för att tolka diffraktionsdata.
Röntgendiffraktion kan användas för att karakterisera kristallina material och metaller eftersom mycket små avstånd separerar kristallstrukturen. Energin hos en röntgenstråle har våglängder som liknar avståndet mellan kristallerna. Som ett resultat kommer kristallstrukturerna att böja röntgenenergin i mätbara och konsekventa mönster.
Eftersom material har exponerats för röntgenstrålar har ett databibliotek utvecklats för att sammanfatta egenskaperna hos ett brett spektrum av material. Metaller, fasta ämnen och vissa vätskor har specifika brytningsegenskaper. En röntgendiffraktometer kan användas för att bestämma egenskaperna hos ett känt mineral, eller hjälpa till att analysera en okänd genom att referera till biblioteket.
Tunnfilmsteknik används vid elektroniktillverkning för mikrokretsar. Filmen avsätts på ett fast substrat och en röntgendiffraktometer kan användas för kvalitetskontroll. Analys av diffraktionsvinklarna kan bestämma kvaliteten på filmen och substratgränsytan.
Material med kristallina strukturer kommer att utveckla olika molekylära strukturer vid stress. En röntgendiffraktometer kan mäta skillnaderna i stressade material. En referensstandard för ospänd kristall jämförs med det testade materialet och jämförelsen kan användas för att mäta spänningen. Denna teknik kan användas för analys av metalldelar som har gått sönder på grund av ålder eller överbelastning.