Kırınım araştırma yöntemleri. Moleküllerin yapısını inceleme yöntemleri

Konu: Silikat malzemelerin kristal durumu. Kristalli maddelerin yapısını inceleme yöntemleri. İyonik-kovalent yapıların inşası için temel kurallar.

4 numaralı ders.

1. Kristal halindeki silikatlar.

2. Kristalli maddelerin yapısını inceleme yöntemleri.a

3. İyonik-kovalent yapıların oluşturulmasına ilişkin temel kurallar.

DTA - diferansiyel termal analiz

TG - termogravimetrik analiz

Yapıyı incelemek için kırınım yöntemleri arasında radyografi, elektron kırınımı ve nötron kırınımı bulunur. Yöntemler, kristallerin yapısal elemanları arasındaki mesafeyle orantılı bir dalga boyuna sahip radyasyonun kullanımına dayanmaktadır. Kristalden geçen ışınlar kırılır ve ortaya çıkan kırınım modeli, incelenen maddenin yapısına tam olarak karşılık gelir.

X-ışını kırınımı yöntemi.

X-ışını kırınım analizinin gelişimi, M. Laue'nin (1912) ünlü deneyi ile başladı; bu deney, bir X-ışını ışınının geçtiğini gösterdi.
kristal boyunca kırınım yaşar ve kırınım maksimumlarının dağılımının simetrisi simetriye karşılık gelir
kristal. Kırınım maksimumları, X-ışını kırınım analizinin temel yasasına (Wulff-Bragg denklemi) karşılık gelen tüm yönlerde görünür

Kırınım yöntemleri iki gruba ayrılabilir: 1) ışının kristal üzerindeki geliş açısı sabittir, ancak ışınım uzunluğu değişir; 2) Dalga boyu sabittir ancak geliş açısı değişir.

Birinci grubun yöntemleri, polikromatik X-ışını radyasyonunun, arkasında bir fotoğraf filminin bulunduğu sabit bir tek kristale yönlendirilmesinden oluşan Laue yöntemini içerir. Çok renkli radyasyonda mevcut olan birçok dalga boyu arasında her zaman Wulf-Brzgg denkleminin koşullarını karşılayan bir dalga vardır. Laue yöntemi bir kristalin simetrisini ortaya çıkarmayı mümkün kılar. İkinci grubun yöntemleri, tek bir kristalin ve bir çok kristalli numunenin döndürülmesine yönelik yöntemleri içerir. Tek kristal döndürme yönteminde
monokromatik bir ışın, ışının yönüne dik bir eksen etrafında dönen tek bir kristale yönlendirilir. Bu durumda kristalin farklı düzlemleri kırınım koşullarına karşılık gelen bir konuma düşer ve bu da karşılık gelen kırınım modelinin oluşmasına yol açar. İntegral yoğunluğunu ölçerek ve bir dizi yapısal genliği belirleyerek kristalin yapısı çözülebilir.

Çok kristalli malzemeler incelenirken numune tek renkli radyasyonla aydınlatılır. Keyfi olarak yönlendirilmiş bir kristal kümesinde, yönelimi Wulff-Bragg denklemine karşılık gelen bir kristal her zaman olacaktır. Yansıyan ışın, bir fotoğraf yöntemi (Şekil 2) veya iyonizasyon veya sintilasyon sayaçları kullanılarak kaydedilir; sinyal, bir amplifikatör ve dönüştürücü sistemi aracılığıyla yoğunluk dağılım eğrisini kaydeden bir potansiyometreye beslenir (Şekil 3). Kırınım maksimumunun konumu, kafesin geometrisini belirler ve bunların yoğunluğu, elektron yoğunluğunun dağılımını, yani kristalin belirli bir noktasında elektron bulma olasılığını belirler (Şekil 4). Elektron yoğunluğu dağılımı, yalnızca kafesteki atomların konumunu değil aynı zamanda kimyasal bağ tipini de belirlemeyi mümkün kılar. Difraktometrelere yönelik yüksek sıcaklık eklentileri, ısıtma sırasında polimorfik dönüşümlerin kaydedilmesini ve katı faz reaksiyonlarının izlenmesini mümkün kılar.

X-ışını kırınımı aynı zamanda kristallerdeki kusurların incelenmesini de mümkün kılar.

ışın çıkışı; 4 - küçük açıların alanı 9

Pirinç. 2. Fotoğraf kayıt yöntemini kullanarak çok kristalli numunelerin X-ışını kırınım modellerinin alınması:

Pirinç. 3. Sintilasyon kayıt yöntemiyle bir düzenekte elde edilen kuvarsın X-ışını kırınım modeli

Elektron kırınım yöntemi (elektronografi). Yöntem, atomların elektrostatik alanıyla etkileşime girdiğinde bir elektron ışınının saçılması gerçeğine dayanmaktadır. X ışınlarından farklı olarak elektron radyasyonu yalnızca küçük bir derinliğe kadar nüfuz edebilir, bu nedenle incelenen numunelerin ince film biçiminde olması gerekir. Elektron kırınımı kullanılarak, bir kristaldeki düzlemler arası mesafelerin belirlenmesine ek olarak, ışık atomları tarafından zayıf bir şekilde saçılan X-ışını radyasyonu kullanılarak yapılamayan kafes içindeki ışık atomlarının konumunu incelemek mümkündür.

Nötron kırınımı yöntemi. Bir nötron ışını üretmek için bir atomik reaktör gereklidir, bu nedenle bu yöntem nispeten nadiren kullanılır. Reaktörden ayrılırken ışın önemli ölçüde zayıflar, bu nedenle geniş bir ışın kullanmak ve numune boyutunu buna göre artırmak gerekir. Yöntemin avantajı, diğer kırınım yöntemleriyle yapılamayan hidrojen atomlarının uzaysal konumunu belirleme yeteneğidir.

Pirinç. 4. Kovalent bağlı bir kristalin (elmas) elektron yoğunluğu dağılımı (o) ve yapısı (b)

Dağıldıktan sonra değişmez. Sözde elastik saçılma meydana gelir. Kırınım yöntemleri, dalga boyu ile saçılan atomlar arasındaki mesafe arasındaki basit ilişkiye dayanmaktadır.

1. X-ışını kırınım analizi, en basit bileşiklerden karmaşık proteinlere kadar kristalli maddelerin üç boyutlu uzayındaki atomların koordinatlarını belirlemeyi mümkün kılar.
2. Gaz elektron kırınımı kullanılarak gazlardaki serbest moleküllerin, yani kristallerde olduğu gibi komşu moleküllerden etkilenmeyen moleküllerin geometrisi belirlenir.
3. Elektron kırınımı katıların yapısını incelemek için bir yöntemdir.
4. Nötronografi aynı zamanda elektron kabukları üzerindeki saçılmayı kullanan ilk iki yöntemin aksine, nötronların atom çekirdeği üzerine saçılmasına dayanan bir kırınım yöntemidir.
5. Elektron geri saçılımı kırınımı, taramalı elektron mikroskobunda kullanılan kristalografik bir yöntemdir.

Wikimedia Vakfı.

• 2010.
• Nükleer manyetik rezonans

X-ışını kırınım analizi

Diğer sözlüklerde “Kırınım yöntemleri”nin neler olduğuna bakın: DİFRAKSİYON YÖNTEMLERİ - VA'daki yapıya ilişkin çalışmalar, X-ışını radyasyonunun (senkrotron radyasyonu dahil), elektron veya nötron akısı ve VO'da incelenen Mössbauer g radyasyonunun saçılma yoğunluğunun açısal dağılımının çalışmasına dayanmaktadır. Solunum ayırt etmek...

Kimyasal ansiklopedi kırınım araştırma yöntemleri - farklı kimyasal durum yöntemleri, farklı yöntemler ve farklı yöntemler. atitikmenys: İngilizce. kırınımsal araştırma teknikleri rus. kırınım araştırma yöntemleri...

Chemijos terminų aiškinamasis žodynas Kırınım yöntemleri (X-ışını, elektron, nötron)

- Nesneler ve halo-hibrit malzemeler dislokasyon kırınımı tutarlı saçılma bölgelerinin ortalama boyutunun belirlenmesi hızlı elektron kırınımı yavaş elektron kırınımı küçük açılı nötron saçılımı tutarlı bölge ... ...- bilgi toplama yöntemleri ve toplanan bilgileri analiz etme yöntemleri olarak ikiye ayrılabilir. Araştırma alanına bağlı olarak araştırmanın konusu ve nesnesi farklıdır. Spektroskopik yöntemler Ana madde: Spektroskopik yöntemler Nükleer ... ... Wikipedia

Nanoyapıların ve nanomalzemelerin teşhis ve araştırma yöntemleri- Alt bölümlerMikroskopi ve spektroskopinin prob yöntemleri: atomik kuvvet, taramalı tünelleme, manyetik kuvvet, vb. Taramalı elektron mikroskobu Transmisyon elektron mikroskobu, yüksek çözünürlüklü Lüminesans dahil... ... Ansiklopedik Nanoteknoloji Sözlüğü

FİZİKSEL ANALİZ YÖNTEMLERİ- etkileşimin neden olduğu etkinin ölçülmesine dayanır. bir kuantum veya parçacık akışının emisyonu ile. Radyasyon, kimyasal analiz yöntemlerinde bir reaktifle yaklaşık olarak aynı rolü oynar. Ölçülen fiziksel etki bir sinyaldir. Sonuç olarak... ... - VA'daki yapıya ilişkin çalışmalar, X-ışını radyasyonunun (senkrotron radyasyonu dahil), elektron veya nötron akısı ve VO'da incelenen Mössbauer g radyasyonunun saçılma yoğunluğunun açısal dağılımının çalışmasına dayanmaktadır. Solunum ayırt etmek...

KRİSTAL YAPI- Bir kristaldeki atomların, iyonların ve moleküllerin düzenlenmesi. Tanımlı kristal kimya Floy, kristal kafesinde üç boyutlu bir periyodikliğe sahip olan doğal bir kristal yapıya sahiptir. Dönem K. s. Kristal terimi yerine kullanılır. kafes gelince... Fiziksel ansiklopedi

Nano ölçekli sistemlerin üretimi, teşhisi ve sertifikasyonu- Alt bölümlerNanoyapı ve nanomalzeme elemanlarının biriktirme yöntemleriFiziksel yöntemler (lazer, elektron ışını, iyon plazma) nanometre kalınlığındaki katmanların biriktirilmesiGaz fazından kimyasal, termal ve elektrik ark biriktirme (dahil... ... Ansiklopedik Nanoteknoloji Sözlüğü

proteomik- Proteomik terimi İngilizce proteomik terimi Eş anlamlılar Kısaltmalar İlgili terimler Bir katalizörün aktif bölgesi, antikor, atomik kuvvet mikroskobu, proteinler, biyolojik motorlar, biyolojik nanonesneler, biyosensör, van der Waals... ... Ansiklopedik Nanoteknoloji Sözlüğü

proteom- Proteom terimi İngilizce proteom terimi Eş anlamlılar Kısaltmalar İlgili terimler antikor, proteinler, biyolojik nanonesneler, genom, kapsid, kinesin, hücre, lazer desorpsiyon iyonizasyon kütle spektrometresi, matris, hücre dışı,... ... Ansiklopedik Nanoteknoloji Sözlüğü

Kitaplar

• Bilgisayar optik yöntemleri. Grif Rusya Federasyonu Savunma Bakanlığı, Volkov Alexey Vasilievich, Golovashkin Dimitry Lvovich, Doskolovich Leonid Leonidovich. Geniş işlevselliğe sahip kırınımlı optik elemanların (DOE'ler) bilgisayar sentezinin temelleri özetlenmiştir. Kompleksli imarlı plakalar elde etme yöntemleri... 1116 UAH (yalnızca Ukrayna) karşılığında satın alın tartışıldı
• Nanopartiküllerin ve nanomateryallerin analizi için kırınım ve mikroskobik yöntemler ve aletler, Yuri Yagodkin. Ders kitabı, X-ışını kırınımı, elektron ve nötron kırınım analizleri, transmisyon elektron mikroskobu,…

Kırınım bir dalga olgusudur; çeşitli doğadaki dalgaların yayılması sırasında gözlenir: ışığın kırınımı, ses dalgaları, sıvı yüzeyindeki dalgalar vb. Parçacık saçılması sırasında kırınım, klasik fizik açısından imkansızdır.

Kuantum mekaniği dalga ve parçacık arasındaki mutlak ayrımı ortadan kaldırmıştır. Mikro nesnelerin davranışını tanımlayan kuantum mekaniğinin ana konumu, dalga-parçacık ikiliği, yani mikro parçacıkların ikili doğasıdır. Böylece, bazı olaylarda elektronların davranışı parçacıklarla ilgili fikirler temelinde açıklanabilirken, diğerlerinde, özellikle kırınım olaylarında, yalnızca dalgalarla ilgili fikirler temelinde tanımlanabilir. "Madde dalgaları" fikri, 1924'te Fransız fizikçi L. de Broglie tarafından dile getirildi ve kısa süre sonra parçacık kırınımı üzerine yapılan deneylerle doğrulandı. pestisit x-ışını kırınım reaksiyonu

Kuantum mekaniğine göre kütlesi m ve momentumu olan bir parçacığın serbest hareketi

(burada V parçacık hızıdır) dalga boyuna sahip bir düzlem monokromatik dalga y 0 (de Broglie dalgası) olarak temsil edilebilir.

parçacığın hareket ettiği yönde (örneğin x ekseni yönünde) yayılır. Burada h Planck sabitidir. y 0'ın x koordinatına bağımlılığı aşağıdaki formülle verilir:

y 0 ~ cos (k 0 x) (2)

burada k 0 = |k 0 | = 2p/l, dalga sayısı olarak adlandırılan sayıdır ve dalga vektörü, dalga yayılımı yönünde veya parçacığın hareketi boyunca yönlendirilir.

Dolayısıyla, serbestçe hareket eden bir mikropartikül ile ilişkili monokromatik bir dalganın dalga vektörü, onun momentumu ile orantılı veya dalga boyu ile ters orantılıdır.

Bir parçacık bir nesneyle (bir kristal, bir molekül vb.) etkileşime girdiğinde enerjisi değişir: bu etkileşimin potansiyel enerjisi ona eklenir ve bu da parçacığın hareketinde bir değişikliğe yol açar. Buna göre parçacıkla ilişkili dalganın yayılmasının doğası değişir ve bu, tüm dalga olaylarında ortak olan ilkelere uygun olarak gerçekleşir. Bu nedenle parçacık kırınımının temel geometrik modelleri herhangi bir dalganın kırınım modellerinden farklı değildir. Herhangi bir nitelikteki dalgaların kırınımının genel koşulu, gelen dalga l'nin uzunluğunun saçılma merkezleri arasındaki d mesafesi ile orantılı olmasıdır: l Ј d.

Kristaller yüksek derecede bir düzene sahiptir. İçlerindeki atomlar üç boyutlu bir periyodik kristal kafes içinde bulunur, yani karşılık gelen dalga boyları için uzamsal bir kırınım ızgarası oluştururlar. Böyle bir ızgarada dalgaların kırınımı, üzerinde saçılma merkezlerinin kesin bir sırayla yerleştirildiği paralel kristalografik düzlem sistemleri üzerindeki saçılmanın bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Daha yüksek hızlanan elektrik voltajlarında (onlarca kV), elektronlar ince madde filmlerinden geçmek için yeterli kinetik enerji elde ederler. Daha sonra hızlı elektronların kırınımı adı verilen olay meydana gelir.

Hafif atomlar ve moleküller (H, H2, He) ve yüzlerce Kelvin derecelik sıcaklıklar için dalga boyu l de yaklaşık 1 A'dır. Kırılan atomlar veya moleküller pratikte kristalin derinliklerine nüfuz etmez; Bu nedenle kırınımlarının, kristalin yüzeyinden saçılma sırasında, yani düz bir kırınım ızgarasında olduğu gibi meydana geldiğini varsayabiliriz.

Damardan salınan ve diyaframlar kullanılarak oluşturulan moleküler veya atomik bir ışın kristalin üzerine yönlendirilir ve "yansıyan" kırınım ışınları bir şekilde kaydedilir.

Daha sonra, maddenin yapısını inceleme yöntemlerinden biri olarak yaygınlaşan nötron kırınımının yanı sıra proton kırınımı da gözlemlendi. Böylece dalga özelliklerinin istisnasız tüm mikropartiküllerde mevcut olduğu deneysel olarak kanıtlanmıştır.

Kelimenin geniş anlamında, kırınım saçılması her zaman çeşitli temel parçacıkların atomlar ve atom çekirdekleri tarafından ve ayrıca birbirleri tarafından elastik saçılması sırasında meydana gelir. Öte yandan, maddenin parçacık-dalga ikiliği fikri, her zaman tipik olarak dalga olarak kabul edilen fenomenlerin analizi ile güçlendirildi; örneğin, X ışınlarının kırınımı - dalga boyu l "0.5- olan kısa elektromanyetik dalgalar - 5 E. Aynı zamanda, X-ışını ışınlarının başlangıçtaki ve saçılmış ışınları, bir parçacık akışı (foton) olarak düşünülebilir ve kaydedilebilir; bu, foton sayaçları kullanılarak bu ışınlardaki X-ışını fotonlarının sayısını belirler.

Dalga özelliklerinin her parçacıkta ayrı ayrı doğasında olduğu vurgulanmalıdır. Parçacık saçılması sırasında bir kırınım modelinin oluşması kuantum mekaniğinde şu şekilde yorumlanır. Kristalin içinden geçen elektron, numunenin kristal kafesi ile etkileşimi sonucunda başlangıçtaki hareketinden saparak, elektronları kaydetmek için kristalin arkasına yerleştirilen fotoğraf plakası üzerinde belirli bir noktaya çarpar. Elektron, fotografik emülsiyona girdiğinde kendisini bir parçacık olarak gösterir ve fotokimyasal bir reaksiyona neden olur. İlk bakışta, bir elektronun plakanın şu veya bu noktasına gelişi tamamen keyfidir. Ancak uzun pozlamayla, kristalden geçen elektronların dağılımında düzenli bir kırınım maksimum ve minimum modeli yavaş yavaş ortaya çıkar.

Belirli bir elektronun fotoğraf plakası üzerinde tam olarak nereye konacağını tahmin etmek imkansızdır, ancak saçılmanın ardından plaka üzerinde belirli bir noktaya çarpma olasılığını belirtebilirsiniz. Bu olasılık elektron dalga fonksiyonu y tarafından, daha doğrusu modülünün karesi ile belirlenir (çünkü n karmaşık bir fonksiyondur) |y| 2. Ancak çok sayıda testle olasılık güvenilirlik olarak gerçekleştiğinden, bir elektron bir kristalin içinden tekrar tekrar geçtiğinde veya gerçek kırınım deneylerinde olduğu gibi çok sayıda parçacık içeren bir elektron ışını bir numunenin içinden geçtiğinde, değer |y| Şekil 2, kırılan ışınlardaki yoğunluk dağılımını zaten belirlemektedir. Böylece, y 0 ve elektronun kristal ile etkileşiminin potansiyel enerjisi bilinerek hesaplanabilen, elde edilen elektron dalga fonksiyonu y, kırınım deneyinin istatistiksel anlamda tam bir tanımını sağlar.

Çeşitli parçacıkların kırınımının özellikleri. Atomik saçılma genliği. Kırınımın geometrik ilkelerinin genelliği nedeniyle, parçacık kırınımı teorisi, daha önce geliştirilen x-ışını kırınımı teorisinden çok şey ödünç aldı. Bununla birlikte, çeşitli türdeki parçacıkların (elektronlar, nötronlar, atomlar vb.) etkileşimi. - farklı fiziksel yapıya sahip bir maddeyle. Bu nedenle parçacıkların kristaller, sıvılar vb. üzerindeki kırınımı dikkate alındığında. Bir maddenin izole edilmiş bir atomunun çeşitli parçacıkları nasıl dağıttığını bilmek önemlidir. Çeşitli parçacıkların kırınımının özgüllüğü, parçacıkların tek tek atomlar tarafından saçılmasında kendini gösterir.

Herhangi bir atom sistemi (molekül, kristal vb.) tarafından kırınım, belirli bir parçacık türü için merkezlerinin koordinatları (ri) ve atomik genlikler (fi) bilinerek hesaplanabilir.

Parçacık kırınımının etkileri, kristaller tarafından kırınım sırasında en açık şekilde ortaya çıkar. Bununla birlikte, kristaldeki atomların termal hareketi, kırınım koşullarını bir şekilde değiştirir ve kırınan ışınların yoğunluğu, formül (6)'daki J açısının artmasıyla azalır. Sırası kristalden önemli ölçüde düşük olan sıvılar, amorf cisimler veya gaz molekülleri tarafından parçacıkların kırınımı sırasında, genellikle birkaç bulanık kırınım maksimumu gözlemlenir.

Elektronografi (elektron ve...grafiden), incelenen numune tarafından hızlandırılmış elektronların saçılmasına dayanan, maddenin yapısını incelemeye yönelik bir yöntem. Kristallerin, amorf cisimlerin ve sıvıların, gaz ve buharlardaki moleküllerin atomik yapısını incelemek için kullanılır. Elektronografinin fiziksel temeli elektron kırınımıdır; Bir maddeden geçerken, dalga özelliklerine sahip elektronlar atomlarla etkileşime girerek ayrı kırınımlı ışınların oluşmasına neden olur. Bu ışınların yoğunlukları ve uzaysal dağılımı, numunenin atomik yapısına, tek tek kristallerin boyutuna ve yönüne ve diğer yapısal parametrelere tam olarak uygundur. Bir maddedeki elektronların saçılması, kristaldeki maksimumları atom çekirdeklerinin konumlarına karşılık gelen atomların elektrostatik potansiyeli tarafından belirlenir.

Elektron kırınım çalışmaları özel cihazlarda - elektron kırınım makineleri ve elektron mikroskopları; vakum koşulları altında, içlerindeki elektronlar bir elektrik alanı tarafından hızlandırılır, dar, yüksek açıklıklı bir ışına odaklanır ve numuneden geçtikten sonra oluşan ışınlar ya fotoğraflanır (elektronogramlar) ya da bir fotoelektrik cihaz tarafından kaydedilir. Elektrik voltajını hızlandıran elektronların büyüklüğüne bağlı olarak, hızlı elektronların kırınımı (30-50 keV ila 1000 keV veya daha fazla voltaj) ve yavaş elektronların kırınımı (birkaç V'den yüzlerce V'ye kadar voltaj) arasında bir ayrım yapılır.

Elektron kırınımı, kırınım yapısal yöntemlerine (X-ışını yapısal analizi ve nötron kırınımıyla birlikte) aittir ve bir takım özelliklere sahiptir. Elektronların madde ile kıyaslanamayacak kadar güçlü etkileşimi ve ayrıca bir elektron kırınım aparatında yüksek açıklıklı bir ışın oluşturma olasılığı nedeniyle, elektron kırınım modellerini elde etmek için maruz kalma süresi genellikle yaklaşık bir saniyedir, bu da yapısal çalışmayı mümkün kılar. dönüşümler, kristalleşme vb. Öte yandan, elektronların madde ile güçlü etkileşimi, transilüminasyonlu numunelerin izin verilen kalınlığını bir mikronun onda biri ile sınırlar (1000-2000 keV voltajda maksimum kalınlık birkaç mikrondur).

Elektronografi, yalnızca ince kristalli bir durumda bulunan çok sayıda maddenin atomik yapılarını incelemeyi mümkün kılmıştır. Aynı zamanda, ağır atomların varlığında hafif atomların konumunu belirlemede X-ışını yapısal analizine göre bir avantaja sahiptir (bu tür çalışmalar nötron kırınım yöntemleri için mevcuttur, ancak yalnızca elektron kırınımında çalışılanlardan çok daha büyük boyutlardaki kristaller için).

Elde edilen elektron kırınım desenlerinin türü, incelenen nesnelerin doğasına bağlıdır. Oldukça doğru karşılıklı yönelime sahip kristallerden veya ince tek kristal plakalardan oluşan filmlerden gelen elektron kırınım desenleri, doğru göreceli konuma sahip noktalar veya noktalar (refleksler) tarafından oluşturulur. Filmlerdeki kristaller belirli bir yasaya (dokuya) göre kısmen yönlendirildiklerinde yay şeklinde yansımalar elde edilir. Rastgele düzenlenmiş kristallerden oluşan örneklerden gelen elektron kırınım desenleri, Debye desenlerine benzer şekilde, tekdüze kararmış daireler halinde ve hareketli bir fotoğraf plakası üzerinde fotoğraflandığında (kinematik fotoğraf), paralel çizgilerle oluşturulur. Listelenen elektron kırınım desenleri türleri, elastik, ağırlıklı olarak tek saçılma (kristal ile enerji alışverişi olmadan) sonucunda elde edilir. Çoklu esnek olmayan saçılmalarda, kırınımlı ışınlardan ikincil kırınım desenleri ortaya çıkar. Bu tür elektron kırınım desenlerine kikuchi elektron kırınım desenleri adı verilir (bunları ilk elde eden Japon fizikçinin adı verilmiştir). Gaz moleküllerinden elektron kırınım desenleri az sayıda dağınık hale içerir.

Bir kristal yapının birim hücresini ve simetrisini belirlemenin temeli, elektron kırınım modellerindeki yansımaların konumunun ölçülmesidir. Kristaldeki düzlemler arası mesafe d aşağıdaki ilişkiden belirlenir:

burada L saçılan numuneden fotoğraf plakasına olan mesafedir, l elektronun enerjisiyle belirlenen de Broglie dalga boyudur, r yansımadan dağılmamış elektronlar tarafından oluşturulan merkezi noktaya olan mesafedir. Elektron kırınımında kristallerin atomik yapısını hesaplama yöntemleri, x-ışını yapısal analizinde kullanılanlara benzer (yalnızca bazı katsayılar değişir). Yansıma yoğunluklarının ölçülmesi yapısal genliklerin |Fhkl| belirlenmesini mümkün kılar. Kristalin elektrostatik potansiyeli j(x, y, z)'nin dağılımı Fourier serisi biçiminde temsil edilir. j(x, y, z)'nin maksimum değerleri, kristalin birim hücresi içindeki atomların konumlarına karşılık gelir. Böylece, genellikle bilgisayar tarafından gerçekleştirilen j(x, y, z) değerlerinin hesaplanması, atomların x, y, z koordinatlarını, aralarındaki mesafeleri ve diğer özellikleri belirlemeye olanak tanır.

Birçok bilinmeyen atomik yapıyı belirlemek, hidrojen atomlarının ilk kez lokalize edildiği birçok zincir ve siklik hidrokarbonlar, geçiş metali nitril molekülleri dahil olmak üzere çok sayıda madde için X-ışını yapısal verilerini hassaslaştırmak ve tamamlamak için elektron kırınım yöntemleri kullanıldı. (Fe, Cr, Ni, W), sırasıyla N ve O atomlarının lokalizasyonunun yanı sıra 2 ve 3 bileşenli yarı iletken bileşikler, kil mineralleri ve katmanlı yapılara sahip geniş bir niyobyum, vanadyum ve tantal oksit sınıfı. Elektron kırınımı kusurlu yapıların yapısını incelemek için de kullanılabilir. Elektron mikroskobu ile birlikte elektronografi, modern teknolojinin çeşitli alanlarında kullanılan ince kristal filmlerin yapısının mükemmellik derecesini incelemeyi mümkün kılar. Epitaksi işlemleri için, kikuchi elektron kırınım desenleri kullanılarak gerçekleştirilen film biriktirmeden önce alt tabaka yüzeyinin mükemmellik derecesinin kontrol edilmesi önemlidir: yapısındaki küçük bozukluklar bile kikuchi çizgilerinin bulanıklaşmasına yol açar.

Bu elektron kırınım desenlerinin her bir noktasının yoğunluğu hem bir bütün olarak molekül hem de onun içerdiği atomlar tarafından belirlenir. Yapısal çalışmalar için moleküler bileşen önemlidir; atomik bileşen bir arka plan olarak kabul edilir ve elektron kırınım modelinin her noktasındaki moleküler yoğunluğun toplam yoğunluğa oranı ölçülür. Bu veriler, 10-20 atoma kadar moleküllerin yapılarının yanı sıra geniş bir sıcaklık aralığında termal titreşimlerinin doğasını belirlemeyi mümkün kılar. Bu sayede birçok organik molekülün yapısı, halojenürlerin, oksitlerin ve diğer bileşiklerin moleküllerinin yapısı incelenmiştir. Amorf cisimlerde, camlarda ve sıvılarda kısa menzilli düzenin atom yapısını (bkz. Uzun menzilli düzen ve kısa menzilli düzen) analiz etmek için benzer bir yöntem kullanılır.

X-ışınları, değişen derecelerde de olsa tüm maddelere nüfuz edebilen görünmez radyasyondur. Dalga boyu yaklaşık 10-8 cm olan elektromanyetik radyasyondur.

Görünür ışık gibi, X ışınları da fotoğraf filminin siyaha dönmesine neden olur. Bu özellik tıp, endüstri ve bilimsel araştırmalar için önemlidir. İncelenen nesnenin içinden geçen ve ardından fotoğraf filminin üzerine düşen X-ışını radyasyonu, onun iç yapısını onun üzerinde gösterir. X-ışını radyasyonunun nüfuz etme gücü farklı malzemelere göre değiştiğinden, nesnenin ona karşı daha az şeffaf olan kısımları, fotoğrafta radyasyonun iyi nüfuz ettiği bölgelere göre daha açık alanlar oluşturur. Bu nedenle kemik dokusu, deriyi ve iç organları oluşturan dokuya göre röntgen ışınlarına karşı daha az şeffaftır. Bu nedenle röntgende kemikler daha açık renkli alanlar olarak görünecek ve radyasyona karşı daha şeffaf olan kırık bölgesi oldukça kolay tespit edilebilecektir. X ışınları ayrıca diş hekimliğinde diş köklerindeki çürük ve apseleri tespit etmek için, endüstride ise döküm, plastik ve kauçuklardaki çatlakları tespit etmek için kullanılır.

X ışınları kimyada bileşikleri analiz etmek için ve fizikte kristallerin yapısını incelemek için kullanılır. Kimyasal bir bileşikten geçen bir X-ışını ışını, karakteristik ikincil radyasyon üretir; bunun spektroskopik analizi, kimyagerin bileşiğin bileşimini belirlemesine olanak tanır. Kristalin bir maddenin üzerine düştüğünde, bir X-ışını ışını kristalin atomları tarafından saçılır ve fotoğraf plakası üzerinde net, düzenli bir nokta ve şerit resmi verir, bu da kristalin iç yapısının oluşturulmasını mümkün kılar.

X ışınlarının kanser tedavisinde kullanılması, kanser hücrelerini öldürmesine dayanmaktadır. Ancak normal hücreler üzerinde de istenmeyen etkileri olabilir. Bu nedenle X ışınlarını bu şekilde kullanırken çok dikkatli olunmalıdır.

X-ışını radyasyonu Alman fizikçi W. Roentgen (1845-1923) tarafından keşfedildi. Adı, bu radyasyonla ilgili diğer bazı fiziksel terimlerle ölümsüzleştirilmiştir: Röntgen, iyonlaştırıcı radyasyonun uluslararası doz birimidir; X-ışını makinesinde çekilen bir resme radyografi denir; Hastalıkları teşhis etmek ve tedavi etmek için x ışınlarını kullanan radyolojik tıp alanına radyoloji denir.

Bazı durumlarda, özellikle optik sistemlerin imalatında çözünürlük, kırınımla değil, kural olarak mercek çapının artmasıyla artan sapmalarla sınırlanır. Fotoğrafçıların bildiği olgu buradan geliyor: Objektif durdurulduğunda görüntü kalitesinin belirli sınırlara çıkarılması.

Radyasyon optik olarak homojen olmayan ortamlarda yayıldığında, homojensizliklerin boyutu dalga boyuyla karşılaştırılabilir olduğunda kırınım etkileri gözle görülür şekilde ortaya çıkar. Homojen olmayanların boyutu dalga boyunu önemli ölçüde aştığında (3-4 büyüklük veya daha fazla), kırınım olgusu kural olarak ihmal edilebilir. İkinci durumda, dalga yayılımı geometrik optik yasalarıyla yüksek derecede doğrulukla tanımlanır. Öte yandan, ortamın homojensizliklerinin boyutu dalga boyuyla karşılaştırılabilir düzeydeyse kırınım bir etki olarak kendini gösterir.

Başlangıçta, kırınım olgusu şu şekilde yorumlandı: bir engelin etrafında dalganın bükülmesi yani dalganın geometrik gölge bölgesine nüfuz etmesi. Modern bilim açısından bakıldığında, ışığın bir engel etrafında bükülmesi olarak kırınım tanımının yetersiz (çok dar) ve tamamen yeterli olmadığı düşünülmektedir. Bu nedenle kırınım, homojen olmayan ortamlarda dalgaların yayılması sırasında (uzaysal sınırlamaları dikkate alınırsa) ortaya çıkan çok çeşitli olaylarla ilişkilidir.

Dalga kırınımı kendini gösterebilir:

En iyi çalışılan, elektromanyetik (özellikle optik) ve dalgaların yanı sıra dalgaların (bir sıvının yüzeyindeki dalgalar) kırınımıdır.

“Kırınım” teriminin yorumlanmasında incelikler[ | ]

Kırınım olgusunda önemli bir rol oynanır Dalga alanı bölgesinin başlangıç ​​boyutları ve başlangıç ​​yapısı Dalga alanı yapısının elemanları dalga boyuyla karşılaştırılabilir veya ondan daha azsa, önemli bir dönüşüme tabi olan dalga alanı.

Örneğin uzayda sınırlı bir dalga ışını, uzayda bile yayılırken uzayda "ıraksaklaşma" ("yayılma") özelliğine sahiptir. homojençevre. Bu fenomen geometrik optik yasalarıyla tanımlanmaz ve kırınım fenomenini (kırınım sapması, dalga ışınının kırınım yayılması) ifade eder.

Uzaydaki dalga alanının başlangıçtaki sınırlaması ve spesifik yapısı, yalnızca soğuran veya yansıtan elemanların varlığından kaynaklanmaz, aynı zamanda örneğin belirli bir dalga alanının oluşumu (oluşumu, radyasyonu) sırasında da ortaya çıkabilir.

Dalga hızının noktadan noktaya düzgün bir şekilde (dalga boyuyla karşılaştırıldığında) değiştiği ortamlarda, dalga ışınının yayılımının eğrisel olduğu unutulmamalıdır (bkz. gradyan optik, serap). Bu durumda dalga da etrafta dolaşmak izin vermek. Bununla birlikte, bu tür eğrisel dalga yayılımı geometrik optik denklemleri kullanılarak açıklanabilir ve bu fenomen kırınım ile ilgili değildir.

Aynı zamanda, çoğu durumda kırınım, bir engelin yuvarlanmasıyla ilişkili olmayabilir (ancak her zaman onun varlığından kaynaklanır). Bu, örneğin emici olmayan (şeffaf) sözde yapılar üzerindeki kırınımdır.

Bir yandan ışık kırınımı olgusunu ışın modeli açısından, yani geometrik optik açısından açıklamanın imkansız olduğu ortaya çıktığından, diğer yandan kırınım Dalga teorisi çerçevesinde kapsamlı bir açıklama olmasına rağmen, bunun tezahürünü şu şekilde anlama eğilimi vardır: geometrik optik yasalarından herhangi bir sapma.

Bazı dalga olaylarının geometrik optik yasalarıyla tanımlanmadığına ve aynı zamanda kırınımla ilgili olmadığına dikkat edilmelidir. Bu tür tipik dalga fenomeni, örneğin, bir ışık dalgasının optik olarak aktif bir ortamda polarizasyon düzleminin dönmesini içerir; bu, kırınım değildir.

Aynı zamanda, optik dönüşüm ile eşdoğrusal kırınım olarak adlandırılan şeyin tek sonucu, kırılan dalga ışını orijinal yayılma yönünü korurken, polarizasyon düzleminin tam olarak dönmesi olabilir. Bu tür bir kırınım, örneğin, optik ve akustik dalgaların dalga vektörlerinin birbirine paralel olduğu, çift kırılımlı kristallerde ışığın ultrason yoluyla kırınımı olarak gerçekleştirilebilir.

Başka bir örnek: Geometrik optik açısından bakıldığında, eşleştirilmiş dalga kılavuzlarında meydana gelen olayları açıklamak imkansızdır, ancak bu olaylar aynı zamanda kırınım ("sızdıran" alanlarla ilişkili dalga olayları) olarak da sınıflandırılmamaktadır.

Optik bölümünün bir ortamın optik anizotropisiyle ilgilenen "Kristal Optik" bölümünün de kırınım sorunuyla yalnızca dolaylı bir ilişkisi vardır. Aynı zamanda kullanılan geometrik optik kavramlarını da ayarlaması gerekiyor. Bunun nedeni ışın kavramı (ışığın yayılma yönü) ve dalga cephesi yayılımı (yani ona normalin yönü) arasındaki farktır.

Güçlü yerçekimi alanlarında da ışığın yayılmasının düzlüğünden bir sapma gözlemlenir. Büyük bir nesnenin, örneğin bir yıldızın yakınında geçen ışığın, yerçekimi alanında yıldıza doğru saptığı deneysel olarak doğrulanmıştır. Dolayısıyla bu durumda ışık dalgasının bir engeli “büktüğünden” bahsedebiliriz. Ancak bu olay kırınım için de geçerli değildir.

Özel kırınım durumları[ | ]

Tarihsel olarak, kırınım probleminde, ilk olarak bir engelle (delikli bir ekran) sınırlamaya ilişkin iki aşırı durum dikkate alınmıştır. küresel dalga ve bu da Fresnel kırınımıydı düzlem dalgası bir yarık veya delik sistemi üzerinde - Fraunhofer kırınımı

Yarık kırınımı[ | ]

Bir yarıktan kırınım sırasında ışık yoğunluğunun dağılımı

Örnek olarak, ışık opak bir ekrandaki bir yarıktan geçtiğinde oluşan kırınım modelini düşünün. Bu durumda ışık yoğunluğunu açının fonksiyonu olarak bulacağız. Orijinal denklemi yazmak için Huygens prensibini kullanıyoruz.

Genliği olan tek renkli bir düzlem dalgayı düşünün Ψ ′ (\ displaystyle \ Psi ^(\ prime )) dalga boyu ile λ (\displaystyle \lambda) yarık genişliğinde bir ekranda olay a (\displaystyle a).

Boşluğun düzlemde olduğunu varsayacağız x' − y' orijinde merkezi olan. Bu durumda kırınımın radyal olarak ayrılan bir ψ dalgası ürettiği varsayılabilir. Kesikten uzakta yazabilirsin

(\displaystyle \Psi =\int \limits _(\mathrm (yarık) )(\frac (i)(r\lambda ))\Psi ^(\prime )e^(-ikr)\,d\mathrm (yarık) ) .) İzin vermek ( , X' ey′ , 0) kesimin içinde integral aldığımız bir noktadır. Noktadaki yoğunluğu bilmek istiyoruz ( X , 0) kesimin içinde integral aldığımız bir noktadır. Noktadaki yoğunluğu bilmek istiyoruz (, 0, z). Boşluğun son boyutu var yön (dan x ′ = − a / 2 (\displaystyle x^(\prime )=-a/2) ile+ a / 2 (\displaystyle +a/2) ) ve sonsuz yön ([ y ′ = − ∞ , ∞ (\displaystyle y"=-\infty ,\infty )]).

Mesafe R boşluktan şu şekilde tanımlanır:

Delik kırınımı[ | ]

Ses kırınımı ve ultrasonik aralık[ | ]

Kırınım ızgarası[ | ]

Kırınım ızgarası, ışık kırınımı prensibiyle çalışan ve belirli bir yüzeye uygulanan çok sayıda düzenli aralıklı çizginin (yuvalar, çıkıntılar) birleşiminden oluşan optik bir cihazdır. Bu fenomenin ilk tanımını kuş tüylerini kafes olarak kullanan James Gregory yaptı.

X-ışını kırınımı[ | ]

Işığın ultrasonla kırınımı[ | ]

Ultrason yoluyla ışık kırınımının açık örneklerinden biri, ışığın bir sıvı içinde ultrason yoluyla kırınımıdır. Böyle bir deneyin ayarlarından birinde, bir piezomalzeme plakası kullanılarak optik olarak şeffaf bir sıvı ile dikdörtgen paralel uçlu optik olarak şeffaf bir banyoda ultrasonik frekansta duran bir dalga uyarılır. Düğümlerinde suyun yoğunluğu daha düşüktür ve bunun sonucunda optik yoğunluğu daha düşük, antinotlarda ise daha yüksektir. Böylece, bu koşullar altında, bir su banyosu, bir ışık dalgası için bir faz kırınım ızgarası haline gelir; burada, faz kontrast yöntemini kullanarak bir optik mikroskopta gözlemlenebilen, dalgaların faz yapısında bir değişiklik şeklinde kırınım meydana gelir. veya karanlık alan yöntemi.

Elektron kırınımı[ | ]

Elektron kırınımı, elektronun bir dalganın özelliklerine benzer özellikler sergilediği, bir maddenin bir dizi parçacığı üzerinde elektron saçılması işlemidir. Belirli koşullar altında, bir malzemeden bir elektron ışınının geçirilmesi, malzemenin yapısına karşılık gelen bir kırınım modelini kaydedebilir. Elektron kırınımı süreci metallerin, alaşımların ve yarı iletken malzemelerin kristal yapılarının analitik çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bragg kırınımı[ | ]

Bir kristaldeki atomlar gibi üç boyutlu periyodik bir yapıdan gelen kırınıma Bragg kırınımı denir. Bu, dalgaların bir kırınım ızgarası tarafından saçılması durumunda olana benzer. Bragg kırınımı, kristal düzlemlerden yansıyan dalgalar arasındaki girişimin bir sonucudur. Girişimin ortaya çıkma koşulu Wulf-Bragg yasasına göre belirlenir:

D - kristal düzlemler arasındaki mesafe, θ sıyırma açısı - geliş açısına ek açı, λ - dalga boyu, n (n = 1,2...) - adı verilen bir tamsayı kırınım sırası.

Bragg kırınımı, X ışınları gibi çok kısa dalga boylarındaki ışık veya dalga boyları atomlar arası mesafeyle karşılaştırılabilir veya bundan çok daha kısa olan nötronlar ve elektronlar gibi madde dalgaları kullanılarak gerçekleştirilebilir.

Kristallerin yapısını ve yapısal kusurlarını incelemek için kullanılan geleneksel yöntemler, x-ışını kırınım yöntemleridir. Onların yardımıyla numunenin yapısı ve bileşimi ile kusurların alanı üzerindeki dağılımı belirlenir. Elektronların aksine, X-ışını kuantumunun kristale çok daha fazla nüfuz etme derinliği vardır, bu da kristalin büyük kısmındaki kusurların yoğunluğu hakkında bilgi elde edilmesini mümkün kılar. X-ışını yöntemleri, iki ortam (örneğin, bir dielektrik - bir yarı iletken) arasındaki arayüzlerdeki bireysel dislokasyonları, mozaik blokları, istifleme hatalarını (SF), mekanik gerilimleri tanımlamayı mümkün kılar. Uygulamada, aşağıdaki X-ışını kırınım analizi yöntemleri en yaygın olarak kullanılmaktadır:

Laue yöntemi - tek kristallerin yönünü belirlemek için;

Debye-Scherer yöntemi - polikristalleri ve tek kristal tozları incelemek için;

tek kristallerin incelenmesi için difraktometrik ölçümler kullanılarak numune döndürme yöntemi.

Tüm X-ışını kırınım yöntemleri Wulff-Bragg yasasına ve numuneyle etkileşimden sonra X-ışını ışınının yoğunluğunun analizine dayanmaktadır.

Wulff-Bragg Yasası:

Nλ=2 D günah θ ,

burada λ x-ışını radyasyonunun dalga boyudur; D- düzlemler arası mesafe; θ - Bragg açısı; N- tamsayı).

X-ışını kırınımı, katılar, atomik yapıları ve kristal şekillerinin yanı sıra sıvılar, amorf katılar ve büyük moleküller hakkında da önemli bilgiler sağlar. Kırınım yöntemi aynı zamanda atomlar arası mesafelerin doğru (1∙10-5'ten az hatayla) belirlenmesi, gerilimlerin ve kusurların tanımlanması ve tek kristallerin yönünün belirlenmesi için de kullanılır. Kırınım desenini kullanarak, bilinmeyen malzemeleri tanımlayabileceğiniz gibi, numunedeki yabancı maddelerin varlığını da tespit edebilir ve bunları tanımlayabilirsiniz. Modern fiziğin ilerlemesi için X-ışını kırınım yönteminin önemi fazla tahmin edilemez, çünkü maddenin özelliklerine ilişkin modern anlayış, sonuçta çeşitli kimyasal bileşiklerdeki atomların düzenlenmesi ve aralarındaki bağların doğası hakkındaki verilere dayanmaktadır. ve yapısal kusurlar. Bu bilgiyi elde etmenin ana aracı X-ışını kırınım yöntemidir.

Laue yöntemi

Laue yöntemi, sabit bir tek kristale yönlendirilen sürekli bir "beyaz" X-ışını radyasyonu spektrumunu kullanır. Belirli bir dönem değeri için D Bragg-Wulf koşuluna karşılık gelen dalga boyu, tüm spektrumdan otomatik olarak seçilir. Bu şekilde elde edilen Lauegramlar, kırınıma uğrayan ışınların yönlerini ve dolayısıyla kristalin düzlemlerinin yönelimlerini değerlendirmeyi mümkün kılar; bu aynı zamanda kristalin simetrisi, yönelimi ve varlığına ilişkin önemli sonuçlar çıkarmayı da mümkün kılar. içindeki kusurlardan. Ancak bu durumda uzaysal döneme ilişkin bilgiler kaybolur. D. Şekil 1 bir Lauegram örneğini göstermektedir. X-ışını filmi, kristalin, kaynaktan gelen X-ışını ışınının düştüğü tarafın karşısındaki tarafına yerleştirildi. Kırınım ışınları Lauegram'daki parlak noktalara karşılık gelir.

Böylece, Wulff-Bragg yasasının karşılandığı düzlemlerden yansıyan bir "beyaz" X-ışını radyasyonu ışını, bir X-ışını fotoğraf plakasına düştüğünde yansımaların ortaya çıkmasına neden olan birçok kırınımlı ışın üretir (kırınım maksimumu). ). Her yansıma, sabit Miller indekslerine sahip bir paralel düzlemler sisteminden yansımaya karşılık gelir ( hkl). Hiperbollerin üzerinde bulunan bu noktaların dağılımının doğası ve simetrisi, kristalin yönelimi ile belirlenir. Standartlarla karşılaştırıldığında analiz hızlandırılır.

Şekil 2 yönlendirilmiş bir beril tek kristalinin Lauegramını göstermektedir. Birincil X-ışını ışını 2. derece simetri ekseni boyunca yönlendirilir. Lauegram'daki koyu noktalar kırınım ışınlarına karşılık gelir. Tek kristal, hafifçe yanlış yönlendirilmiş iki bloktan oluşur, bu nedenle bazı noktalar çifttir.

Debye-Scherer yöntemi

Çok kristalleri ve tek kristal tozları (Debye-Scherer yöntemi) analiz ederken, X ışınına duyarlı fotoğraf filmi silindirik bir odanın yüzeyi üzerine yerleştirilir. Bir numune monokromatik X-ışını radyasyonu ile ışınlandığında, kırılan ışınlar, her biri indeksli bir düzlem ailesinden kırınıma karşılık gelen koaksiyel konilerin yüzeyi boyunca yerleştirilir ( hkl) (Şekil 1)

Önceki yöntemin aksine, burada tek renkli radyasyon kullanılıyor (  =const) ve açı değişir  . Bu, aralarında Bragg-Wulf koşulunu karşılayanların da bulunduğu çok sayıda rastgele yönelimli küçük kristalitten oluşan çok kristalli numuneler veya tek kristalli tozlar kullanılarak elde edilir. Kırılan ışınlar, ekseni X-ışını ışını boyunca yönlendirilen koniler oluşturur. Çekim için genellikle silindirik bir kasetteki dar bir X-ışını filmi şeridi kullanılır ve X-ışınları, filmdeki deliklerden çap boyunca yayılır (Şekil 3).

Koni filmle kesiştiğinde bir kararma çizgisi belirir. Konilerin eksenleri birincil ışının yönü ile çakışır ve koninin açılma açısı düzlemler için Bragg açısının dört katına eşittir ( hkl). Radyograftaki çizgilerden düzlemler arası mesafeler belirlenir ve standart tablolar kullanılarak malzeme tanımlanır. D hkl. Belirleme doğruluğu D hkl 0,001 nm'dir. Filmlerde doku varsa kararma eğrilerinde daha yoğun çizgiler ve noktalar belirir.

Bu şekilde elde edilen Debyegram (Şekil 4, a) döneme ilişkin doğru bilgiler içermektedir. D hkl yani kristalin yapısı hakkındadır ancak Lauegram'ın içerdiği bilgiyi sağlamaz. Bu nedenle Laue ve Debye-Scherer yöntemleri birbirini tamamlamaktadır.

Modern difraktometrelerde, kırılan X-ışını ışınlarını kaydetmek için sintilasyon veya oransal sayaçlar kullanılır (Şekil 4, b). Bu tür kurulumlar, karmaşık yapıların çok sayıda (10.000'e kadar) yansıma üretebilmesi nedeniyle çok önemli olan otomatik veri kaydını gerçekleştirir.

Debye-Scherrer yönteminin bazı uygulamaları.

Kimyasal elementlerin ve bileşiklerin tanımlanması. Debyegramdan belirlenen açıda  belirli bir elemanın veya bağlantının düzlemler arası mesafe karakteristiğini hesaplayabilirsiniz D hkl. Şu anda birçok değer tablosu derlendi D sadece şu veya bu kimyasal elementi veya bileşiği değil aynı zamanda aynı maddenin farklı faz durumlarını da tanımlamayı mümkün kılar ki bu da kimyasal analizle her zaman mümkün değildir. İkame alaşımlarında ikinci bileşenin içeriğini döneme bağlı olarak yüksek doğrulukla belirlemek de mümkündür. D konsantrasyon konusunda.

Mekanik stres analizi. Kristallerdeki farklı yönler için düzlemler arası mesafelerde ölçülen farka dayanarak, malzemenin elastik modülünü bilerek içindeki küçük gerilimleri yüksek doğrulukla hesaplamak mümkündür.

Kristallerde tercihli yönelim çalışmaları. Çok kristalli bir numunedeki küçük kristalitler tamamen rastgele yönlendirilmemişse, Debye modelindeki halkalar farklı yoğunluklara sahip olacaktır. Açıkça ifade edilen bir tercihli yönelimin varlığında, yoğunluk maksimumları görüntüdeki tek tek noktalarda yoğunlaşır ve bu, tek bir kristalin görüntüsüne benzer hale gelir. Örneğin, derin soğuk haddeleme sırasında, metal bir levha bir doku kazanır - kristalitlerin belirgin bir yönelimi. Debyegram, malzemenin soğuk işlenmesinin doğasını değerlendirmek için kullanılabilir.

Tane boyutlarının incelenmesi. Bir polikristalin tane boyutu 1∙10-3 cm'den fazlaysa, o zaman Debye diyagramındaki çizgiler ayrı noktalardan oluşacaktır, çünkü bu durumda kristalitlerin sayısı tüm q açı aralığını kapsamaya yeterli değildir. Kristalit boyutu 1∙10-5 cm'den küçükse kırınım çizgileri genişler. Genişlikleri kristalitlerin boyutuyla ters orantılıdır. Genişleme, yarık sayısı azaldığında kırınım ızgarasının çözünürlüğünün azalmasıyla aynı nedenden dolayı meydana gelir. X-ışını radyasyonu, 1·10 -7 - 1·10 -6 cm aralığındaki tane boyutlarının belirlenmesini mümkün kılar.