NHIỄU XẠ TIA X


I. LÝ THUYẾT TIA X VÀ NHIỄU XẠ TIA X:
Tia X :
Tia X là bức xạ điện từ có năng lượng cao . Năng lượng của nó nằm trong khoảng từ 200 eV – 1 MeV . Bước sóng của nó nằm trong khoảng tia  và vùng tử ngoại , tuy nhiên không có ranh giới rõ ràng giữa các vùng khác nhau trong thang sóng điện từ.
Năng lượng bức xạ lượng tử E của hạt photon :

E = h

h: Hằng số planck có giá trị 4.136 x 10-15 eV.s hay bằng 6.626x10-34 J.s
 : Tần số ánh sáng.
Mối liên hệ giữa tần số và bước sóng :



Tia X có bước sóng trong khoảng 10nm-1pm.

Cách tạo ra tia X:
Tia X được tạo ra từ 1 ống tia, bên trong ống là môi trường chân không gồm có 2 điện cực kim loại , xem sơ đồ .



Hình 1: Sơ đồ ống tạo tia X
Điện cực catot được làm bằng sợi dây mảnh tungsten, khi đốt nóng nó sẽ tạo ra các electron. Catot có điện thế âm cao . Các electron sẽ được gia tốc hướng về anot, thông thường anot được nối với đất và được làm lạnh bằng nước.
Khi các electron với vận tốc rất cao va chạm với anot và nó sẽ bị mất năng lượng đồng thời sẽ sinh ra tia X. Trên thực tế chỉ có một phần nhỏ (khoảng 1%) dòng electron có thể chuyển đổi thành tia X , còn lại phần lớn chúng bị tiêu hao dưới dạng nhiệt . Đó là lý do ta phải làm lạnh catot bằng nước.
Khi va chạm, nếu năng lượng electron tới đủ lớn để làm bật một electron nằm trong các quỹ đạo sâu bên trong các nguyên tử anot (chẳng hạn anot làm bằng chất molybdenum), và tạo ra một lỗ trống , thì một electron ở các lớp vỏ ngoài sẽ chuyển dịch tới lấp đầy lỗ trống này. Trong quá trình ấy nguyên tử sẽ phát ra photon tia X đặc trưng để cân bằng giữa các mức năng lượng.

Theo mẫu nguyên tử của Born thì ta có các mức quỹ đạo là K, L, M, N…..
Nếu 1 electron chuyển từ lớp L – K : ta được tia X K
Nếu 1 electron chuyển từ lớp M – K : ta được tia X K
Nếu 1 electron chuyển từ lớp M - L : ta được tia X L

Ngoài ra trong các lớp quỹ đạo nguyên tử còn có các phân lớp , chẳng hạn tại lớp quỹ đạo L ta có 3 phân lớp L1, L2 và L3.

Khi 1 electron chuyển từ lớp L3 – K : ta được tia X K1
Khi 1 electron chuyển từ lớp L2 – K : ta được tia X K2
Khi 1 electron chuyển từ lớp L1 – K : ta được tia X K3



Hình 2: phổ tia X của molybdenum ở điện thế 35 kV . Từ tia K tách thành 2 tia K1 và K2 ở hình bên phải.
Nhiễu xạ:
Nhiễu xạ là một đặc điểm chung của tất cả các loại sóng , có thể xem nhiễu xạ là sự thay đổi tính chất ánh sáng hoặc sóng do sự xuyên sâu vào vật thể . Trong phần này ta xem xét sự nhiễu xa tia X để xác định cấu trúc tinh thể.
Nếu chiếu một chùm tia X tới nguyên tử, thì các electron trong nguyên tử sẽ dao động quanh vị trí cân bằng của nó . Ta nhận thấy một photon tia X bị hấp thụ bởi nguyên tử thì có một photon khác phát ra với cùng mức năng lượng . Khi không có sự thay đổi năng lượng giữa photon tới và photon phát ra , ta nói bức xạ là tán xạ đàn hồi . Nếu photon bị mất năng lượng thì tán xạ không đàn hồi.




Hình 3a: Sơ đồ tán xạ tia X bởi nguyên tử




Hình 3b: Sơ đồ nhiễu xạ tia X bởi tinh thể

Hiệu quang lộ xuất phát từ hai mặt liên tiếp trong họ mặt biểu diễn được tính theo công thức :



m = 1,2,3…… (Định luật Bragg) là bậc cực đại cường độ của phản xạ.
II. MẠNG VÀ CẤU TRÚC TINH THỂ

Phân loại vật rắn : Có 3 loại
- Đơn tinh thể
- Đa tinh thể
- Vô định hình.

Tinh thể có vị trí sắp xếp xác định, có cấu trúc mạng tinh thể , do đó nó có tính dị hướng. Vô định hình có cấu trúc vô trật tự, mọi phương mọi chiều đều như nhau, do đó nó có tính định hướng



Hình 4: (a) Đơn tinh thể ; (b) Đa tinh thể ; (c) vô định hình
Mạng tinh thể :
Mạng tinh thể