Открытые в 1895 году В.К. Рентгеном X-лучи (X-ray) занимают особое место в истории науки. Волновые свойства, обусловливающие дифракцию на периодических структурах, высокая проникающая способность, многообразие механизмов взаимодействия с веществом, а также простота регистрации привели к широкому применению рентгеновских лучей в физике, химии, медицине и технике.

Рентгенография — наиболее известный и широко используемый на практике представитель дифракционных методов исследования. Этот метод является наиболее эффективным для изучения кристаллических веществ. В основе рентгенографии лежит анализ дифракционной картины, полученной при рассеянии электромагнитного рентгеновского излучения.

Для проведения рентгенографического анализа необходимо иметь источник рентгеновских лучей. Применяемые источники используют столкновение пучка электронов с веществом. В рентгеновских аппаратах в качестве источника служит рентгеновская трубка (стеклянный баллон, откаченный до высокого вакуума). Внутри трубки создается сильное электрическое поле, ускоряющее электроны, которые при столкновении с металлической пластины создают рентгеновской излучение. Прибор, предназначенный для регистрации рентгеновского излучения, называется дифрактометром (рис. 1).

Различают две группы рентгенографических методов:

1. Рентгеноструктурный анализ – является наиболее общим, информативным и трудоемким, позволяет однозначно определить все детали кристаллической структуры. Объектом исследования является монокристалл.

2. Рентгенофазовый анализ – позволяет определить характер фазы и некоторые параметры кристаллической структуры; объектами исследования являются поликристаллические образцы, чаще всего в виде порошков.

В основе рентгеноструктурного анализа лежит открытое в 1912 году М. Лауэ, В. Фридрихом и П. Книппингом явление дифракции рентгеновских лучей на кристалле. Дифракционная картина зависит от взаимного расположения и рассеивающей способности атомов. Длина волны рентгеновского излучения сопоставима с межатомными расстояниями, поэтому, анализируя дифракционную картину, можно установить химический состав кристалла и координаты атомов в его элементарной ячейке. Эти соображения позволили У.Г. Брэггу и У.Л. Брэггу создать рентгеноструктурный анализ, за что в 1915 году получили Нобелевскую премию. Традиционной задачей рентгеноструктурного анализа было и остается установление атомной структуры кристаллов.

Уильям Лоренц Брэгг является самым молодым нобелевским лауреатом. На момент получения премии ему было 25 лет.

Рентгенофазовый анализ позволяет определить фазовый состав материала, который наряду с химическим составом важно знать при выполнении научных исследований в различных отраслях промышленности: металлургической, химической, электронной. Химический состав – перечень химических элементов. Фазовый состав – это перечень фаз, которые есть в данном сплаве. Под фазой понимают часть однородного состояния вещества, отделённую от других его частей границей раздела, при переходе через которую свойства меняются скачком. Рентгенофазовый анализ сводится к идентификации кристаллических фаз.

Задачи, которые можно решать с помощью рентгенографии: идентификация твердой фазы, определение качественного и количественного фазового состава, изучение фазовых переходов, определение кристаллических структур, определение параметров элементарных ячеек, исследование строения твердых растворов, изучение структурных изменений при внешних воздействиях, определение типа химической связи.