Islas canarias

DIFRACCIÓN DE RAYOS X

Cátedra de Mineralogía Facultad de Ciencias Naturales y Museo Universidad Nacional de La Plata

Abril de 2008

DIFRACCIÓN DE RAYOS X

Los rayos X forman parte del espectro de radiaciones electromagnéticas, en la porción correspondiente a longitudes de onda comprendidas entre 0,02 y 100 Å (fig 1). La radiación X se produce cuando un haz de electrones de energíasuficiente impacta sobre átomos de un elemento dado, los cuales emitirán un tipo de energía X así llamada cuando fue descubierta por Röentgen en 1895, a raíz de las incógnitas que existían acerca de su naturaleza y características.

Figura 1: Espectro electromagnético.

Los rayos X se pueden producir también irradiando sobre un elemento rayos X primarios generándose rayos X secundarios. A estefenómeno se lo llama fluorescencia de rayos X. TUBOS DE RAYOS X La construcción de los tubos generadores de rayos X se ha ido perfeccionando con el tiempo desde los antiguos tubos de gas que usó Röentgen. Estos consistían en un tubo de vidrio evacuado, es decir con escaso gas contenido. El cátodo era de aluminio de forma parabólica y el ánodo de platino o wolframio-aluminio. Al crearse el campoeléctrico en el tubo los escasos átomos ionizados del gas y los electrones libres son acelerados al ánodo y al cátodo. Luego de bombardear el cátodo los iones positivos tienden a extraer electrones del mismo, los que entonces se dirigen al ánodo (rayos catódicos). Luego de ser impactado, el ánodo produce rayos X. Cuanto mayor sea el número atómico de los átomos bombardeados, más intensos serán los rayosX producidos. Actualmente los tubos de rayos X son sellados y con alto vacío. El cátodo es un filamento de wolframio que es calentado por el paso de una corriente y por ello emite electrones (emisión termoiónica). Para acelerar esa corriente electrónica producida se le aplica una diferencia de potencial grande y su impacto sobre el ánodo generará los rayos X. La cantidad de electrones emitidos porel cátodo sólo depende de la temperatura del filamento. El tipo de rayos X generado, es decir su longitud de onda, depende del metal usado como ánodo y el voltaje aplicado. ESPECTRO CONTINUO. Los rayos X se producen cuando el voltaje aplicado supera un mínimo; a partir de allí se produce el llamado espectro continuo de rayos X, que contiene todas las longitudes de onda dentro de un rango. Laintensidad de las longitudes de onda mínimas decrecen. Los límites de la longitud de onda de la radiación y la distribución de la longitud de onda varían con la intensidad del voltaje aplicado (Fig 2 a). Al aumentar el voltaje aparecerá una radiación característica sobre el espectro continuo, que es generalmente más intensa que este último. Se trata de varias longitudes de onda aisladas que soncaracterísticas del elemento usado como ánodo. Cada longitud de onda corresponde a las emisiones de un orbital determinado del átomo (Fig. 2 b).

Figura 2: a) Espectro continuo de rayos X; b) radiación Kα y Kβ característica de cada elemento.

El origen cuántico de la radiación característica es evidente por el hecho que las líneas de una determinada longitud de onda para un elemento aparecen sólocuando el voltaje aplicado excede un valor mínimo. Este voltaje mínimo corresponde a la energía requerida para eyectar un electrón de las capas “K” de los respectivos átomos, dejando entonces a esos electrones en estado excitado. Luego de la excitación de la capa “K”, un electrón de la capa externa puede caer en la vacante dejada en “K”, acompañado de una simultánea emisión de radiacióncaracterística, en este caso una de las líneas de la serie “K”. Si un electrón “L” llena la vacante de “K” se emite una radiación Kα, si en lugar de ello lo hace un electrón de “M” se emite una radiación Kβ; de la misma manera transiciones electrónicas de capas externas a huecos en “L” producen líneas de la serie L. Para los métodos de difracción de rayos X se usa radiación X monocromática (generalmente...