X射线粉末衍射仪的聚焦原理
引言粉末衍射仪是以特征X射线照射粉末样品，并以辐射探测器记录衍射信息的衍射实验装置，具有操作方便、处理快速、测量准确和数据自动处理等诸多优点，目前已经基本取代了照相法，成为材料晶体结构分析中最基本的分析方法之一。在阐述X射线粉末衍射仪的工作原理时，最大的难点是如何理解当具有一定发散度的线状X光束照射平板状多晶样品时，样品中的中同名衍射线在衍射仪赤道平面出现衍射线强峰的现象，即聚焦几何问题。1．问题的提出：在晶体材料中，凡具有相同晶面间距的晶面组称之为等同晶面，所有等同晶面参与X射线衍射时，具有完全相同的衍射结果。图1为X射线粉末衍射仪的结构示意图。由狭缝S发出的线状X光束具有一定的发散度，照射到平板状多晶样品上时，在接收光栏F处将检测到由满足衍射矢量方程的同名晶面及其等同晶面组所产生的衍射线因聚焦而形成的衍射线强峰。对此现象的合理解释是：X射线粉末衍射仪采用具有一定发散度的线状X入射光束，多晶样品中产生同名衍射的各小晶粒的同名衍射晶面及其等同晶面与S和F处于同一个聚焦圆周上由于“同一圆周上的同弧圆周角相等”的几何规律，，在组成多晶样品的各小晶粒中，凡处于与聚焦圆吻合的弧面上的、满足衍射矢量方程的同名衍射晶面极其等同晶面所产生的衍射线都将在F处聚焦，从而形成衍射线强峰。要满足上述解释的合理性，必须保证多晶样品中的各衍射晶粒的同名晶面极其等同晶面处于与S和F共同决定的聚焦圆的圆周上，这就要求样品的衍射面呈一弧面，该弧面应与聚焦圆吻合（图2）；随着与记数管一体的接收光栏F的扫描移动，狭缝S、样品台轴心O和接收狭缝F的相对位置将不断改变，由三者决定的聚焦圆也随之改变。这将要求样品的衍射弧面随聚焦圆的改变而同步变化，以满足各衍射晶粒产生的同名衍射线在F处聚焦而形成衍射强峰。显然，
f在实际操作中样品表面是不可能实现这一要求的。那么，不变的平板状多晶样品是怎样满足各衍射晶粒的同名衍射线在F处聚焦而形成衍射强峰的条件的？2．原理阐述：我们知道，X射线具有一定的材料穿透性，不同波长的X射线在相同的材料中具有不同的辐射深度；相同波长的X射线在不同材料中也具有不同的辐射深度。在通常的衍射分析条件下，其辐射深度大约在几微米至几十微米以内。在不存在系统消光的前提下，多晶样品的辐射范围内凡是满足衍射矢量方程的晶粒都会产生衍射。在衍射仪连动扫描的过程r