DIFRACCIÓN

YESSICA TATIANA BAREÑO TRIANA

ESTEFANY CAMPOS MARTÍNEZ

MONICA DIAZ

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

FACULTAD: INGENIERÍA INDUSTRIAL / NOCT

MATERIALES EN INGENIERÍA

TERCER SEMESTRE

BOGOTÁ D.C

OCTUBRE 14 DE 2014

DIFRACCIÓN

YESSICA TATIANA BAREÑO TRIANA

ESTEFANY CAMPOS MARTÍNEZ

MONICA ANYELA DIAZ VELOZA

DOCENTE: GERMAN BERNAL

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

FACULTAD: INGENIERÍA INDUSTRIAL / NOCT

MATERIALES EN INGENIERÍA

TERCER SEMESTRE

BOGOTÁ D.C

OCTUBRE 14 DE 201

TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN .…………………………………………………………………………….1

HISTORIA DE LOS RAYOS X…………………………………………....…………..2

INTRODUCCION…………………………………………...………………………….3

OBJETIVOS………………………………………………..………………….………..4

QUE SON RAYOS X……………………………………………………….….………5

COMO SE PRODUCEN……………………………………………………..….…….6

CARACTERISTICAS DE LA RADIACION………………………………….……….7

INTERFERENCIAS CONSTRUCTIVAS Y DESTRUCTIVAS…………..…….8 Y 9

DIFRACTOR DE RAYOS X…………………………………………………....…….10

MÉTODO MÁS USADO EN EL ANÁLISIS DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X......11

CONDICIONES DE DIFRACCIÓN…………………………………………… 12 Y 13

DIAGRAMA DE TUBO DE RAYOS X……………………………………….…14 Y 15

CONCLUSIONES……………………………………………………..…………….….16

BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………….17

WEBGRAFIA…………………………………………………………………………….18

1. RESUMEN

Como es bien conocido, los rayos X son un tipo de radiación electromagnética

descubierta por Röntgen en 1895. Puede describirse en forma de ondas “o” en

forma de partículas de energía. En su imagen corpuscular, los rayos X se

transmiten mediante cuantos de energía denominados fotones. Un fotón es una

partícula que transporta una unidad elemental de energía (E) pero no tiene masa.

En el vacío, todos los fotones viajan a la velocidad de la luz (c) en línea recta y

constituyen el haz de rayos X. En su imagen ondulatoria, los rayos X se propagan

en forma de ondas con máximos y mínimos en su distribución de campo

electromagnético siempre perpendiculares a la dirección de propagación. Estas

ondas se caracterizan por una frecuencia de oscilación “n” y una longitud de onda

“l” características.

En el caso de la aplicación espectrométrica de los rayos X, la excitación de una

muestra se produce mediante el haz primario emergente de la fuente de rayos X.

Esta radiación primaria produce la excitación de los átomos presentes en la

muestra, los que, tras su recombinación electrónica, reemiten radiación X

característica denominada secundaria. Es a este fenómeno a lo que se denomina

fluorescencia de rayos X. La radiación secundaria, emitida por los átomos

presentes en la muestra, es registrada usualmente en forma de histograma, donde

se representa el número de fotones emitidos por intervalo de energía

(fluorescencia por dispersión de energía, EDXRF). Otra forma alternativa del

espectro de la radiación secundaria es utilizando los principios de la difracción y

obteniendo un espectro de intensidad respecto a la longitud de onda de los

fotones re-emitidos (fluorescencia por dispersión de longitud de onda, WDXRF).

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2. HISTORIA DE LOS RAYOS X

Los rayos X fueron descubiertos accidentalmente por Wilhelm Conrad Rongten

(1845-1923) en 1895 cuando experimentaba con la producción de rayos catódicos

en tubos de descarga cubiertos con papel negro. Descubrió que el haz de

electrones producido en el cátodo incidía en el vidrio y producía una radiación X

de pequeña intensidad. Rongten no llegó a determinar la longitud de onda de ese

nuevo tipo de radiación electromagnética.

W. Rongten demostró que los nuevos rayos se propagaban en línea recta con una

velocidad análoga a las de la luz capaz de atravesar materiales opacos a la luz. A

principios de 1912, Laue se dio cuenta que los rayos X tenían longitud de onda

adecuada para ser difractados por los átomos que componen los cristales.

En 1912, el físico alemán Max Von Laue (1879-1960) y su equipo sugirieron que

los átomos de un cristal están espaciados a una distancia tan pequeña que les

permite servir como electos de una rejilla de difracción tridimensional para los

rayos X. Se llevaron a cabo ensayos con un cristal de sulfato de cobre, al que se

le sometió a la acción de los rayos X, haciendo que el haz incidiera en una placa

fotográfica. El resultado fue la impresión de la placa por una serie de manchas

distribuidas geométricamente alrededor de una mancha central producida por el

haz directo de rayos X, demostrándose así que se producía difracción. Este era el

comienzo de la cristalografía de rayos X. La disposición de los puntos resultantes

del modelo de Laue depende de las disposiciones relativas de los átomos de

cristal. Los rayos X son la radiación electromagnética cuya longitud de onda varía

de 0.1 a 100 A.

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3. INTRODUCCIÓN.

La difracción de los rayos X se produce al bombear un metal con electrones de alta energía, cuando los electrones penetran en el metal se desaceleran y emiten radiación en un intervalo de longitudes de onda denominándose esta radiación continua, sobre esta aparece picos agudos de alta intensidad, estos tienen origen a la interacción de electrones incidentes con electrones de capas internas de los átomos, una colisión expulsa un electrón y otro electrón de mayor energía desciende en su lugar emitiendo el exceso de energía como fotón de rayos X.

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4. OBJETIVOS.

1.1 OBJETIVO GENERAL.

Investigar la temática de la difracción, características y como se producen las diferentes interferencias en los rayos X.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Averiguar que son los rayos X y como se producen

Examinar cuales son las diferentes interferencias de los rayos X a través de los cristales

Indagar que es un difractor de rayos X. Averiguar los métodos más utilizados por el análisis de difracción

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DIFRACCIÓN

5. QUE SON RAYOS X

Los rayos x, son energía electromagnética que no se ve o que nuestros ojos no

pueden observar, y se utilizan como una manera para tomar imágenes internas de

los huesos, tejidos y órganos de nuestro cuerpo, también para ver los órganos y

tejidos.

Esta radiación tiene la propiedad de penetrar los cuerpos opacos, los rayos x son

invisibles a nuestros ojos, pero tienen la propiedad de producir imágenes visibles

cuando usamos placas fotográficas o detectores especiales para ello.

Es por medio de esta energía electromagnética, que un doctor determina si los

huesos de una persona están rotos o dañados. Así mismo, los doctores se pueden

enterar de lesiones en los órganos. También se utilizan para ver si las personas

tienen algún tumor o abscesos en el cuerpo.

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6. COMO SE PRODUCEN

Los rayos X son productos de la desaceleración rápida de electrones muy

energéticos (del orden 1000eV) al chocar con un blanco metálico. Según la

mecánica clásica, una carga acelerada emite radiación electromagnética, de este

modo, el choque produce un espectro continuo de rayos X (a partir de cierta

longitud de onda mínima). La producción de rayos X se da en un tubo de rayos X

que puede variar dependiendo de la fuente de electrones y puede ser de dos

clases: tubos con filamento o tubos con gas.

El tubo con filamento es un tubo de vidrio al vacío en el cual se encuentran dos

electrodos en sus extremos. El cátodo es un filamento caliente de tungsteno y el

ánodo es un bloque de cobre en el cual está inmerso el blanco. El ánodo es

refrigerado continuamente mediante la circulación de agua, pues la energía de los

electrones al ser golpeados con el blanco, es transformada en energía térmica en

un gran porcentaje. Los electrones generados en el cátodo son enfocados hacia

un punto en el blanco (que por lo general posee una inclinación de 45°) y producto

de la colisión los rayos X son generados. Finalmente el tubo de rayos X posee una

ventana la cual es transparente a este tipo de radiación elaborada en berilio,

aluminio o mica.

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7. CARACTERÍSTICAS DE LA RADIACIÓN.

¿Cuál es la característica de la radiación de los rayos x y su origen?

Calidad y cantidad del haz de Rayos X. Calidad y voltaje del haz de rayos X.La longitud de onda determina la energía y el poder de penetración de la radiación: los Rayos X con longitud de onda más corta tienen mayor poder de penetración, mientras que los de longitud de onda mayor son menos penetrantes y es más probable que la materia los absorba.

Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética (EM) de alta energía. La radiación de rayos X tiene longitudes de ondas mucho más cortas que la luz visible , por lo que los fotones de rayos X tienen mucha mayor energía que los fotones de luz.

Los rayos X se encuentran entre la "luz" ultravioleta y los rayos gamma del espectro electromagnético. Los rayos X tienen longitudes de ondas entre 10 nanómetros (10 x 10-9 metros) y 10 picometros (10 x 10-12 metros). La radiación de rayos X oscila de 30 petahertz (PHz ó 1015 hertz) hasta 30 exahertz (EHz ó 1018hertz).

Los rayos X se encuentran subdivididos en rayos X duros y rayos X blandos. La baja energía de los rayos X blandos tienen longitud de onda más larga, mientras que los rayos X duros de elevada energía tienen longitud de onda más corta. La división entre los dos tipos de rayos X se encuentra a una longitud de onda aproximada de 100 picómetros, o a un nivel de energía aproximado de 10 keV por fotón. Los rayos X con energías entre 10 keV y unos cuantos cientos de keV se consideran rayos X duros.

No hay una distinción precisa entre los rayos X de mayor energía y los rayos gamma de menor energía. De hecho, la distinción entre los rayos X y los rayos gamma se basa en el origen de la radiación y no en la frecuencia o longitud de onda de las ondas electromagnéticas. Los rayos gamma se producen a causa de transiciones nucleares, mientras que los rayos-X son resultado de la aceleración de electrones.

Desde hace tiempo los rayos-X son utilizados para poder "ver" a través de la piel y tejido muscular, a fin de realizar imágenes de rayos X con fines médicos durante la examinación en busca de fractura de huesos. Los rayos X que llegan a la Tierra desde el espacio son absorbidos por nuestra atmósfera antes de que puedan llegar a la superficie.

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8. INTERFERENCIAS CONSTRUCTIVAS Y DESTRUCTIVAS.

¿Cuáles son las diferencias entre las interferencias constructivas y destructivas de los ases de rayos x a través de los cristales?

INTERFERENCIA CONSTRUCTIVA

La interferencia constructiva se produce en los puntos en que dos ondas de la misma frecuencia que se solapan o entrecruzan están en fase; es decir, cuando las crestas y los valles de ambas ondas coinciden. En ese caso, las dos ondas se refuerzan mutuamente y forman una onda cuya amplitud es igual a la suma de las amplitudes individuales de las ondas originales.

INTERFERENCIA DESTRUCTIVA

La interferencia destructiva se produce cuando dos ondas de la misma frecuencia están completamente desfasadas una respecto a la otra; es decir, cuando la cresta de una onda coincide con el valle de otra. En este caso, las dos ondas se cancelan mutuamente. Cuando las ondas que se cruzan o solapan tienen frecuencias diferentes o no están exactamente en fase ni desfasadas, el esquema de interferencia puede ser más complejo.

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9. DIFRACTOR DE RAYOS X

Longitudes de onda de los rayos X aproximadamente iguales a la distancia interplanar en solidos cristalinos, producen picos de difracción de intensidades variables cuando un haz de rayos X incide sobre un sólido cristalino. Por simplicidad, sustituimos los planos cristalinos de centro atómico de dispersión por los planos cristalinos que actúan como espejos reflejando el haz de rayos X incidente. Las líneas horizontales representan un conjunto de planos cristalinos paralelos con índices de Miller. Cuando un haz incidente de rayos X monocromático de longitud de onda (incide sobre un conjunto de planos a un ángulo tal que las ondas que abandonan los diferentes planos no están en fase, no se produce un reforzamiento Haz. Así, se dan interferencias destructivas. si las ondas reflejadas en los diferentes planos están en fase, tienen lugar un reforzamiento de Haz o interferencias constructivas.

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10.MÉTODO MÁS USADO EN EL ANÁLISIS DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X

Análisis de difracción de rayos X por el método de muestra en polvo. Es la técnica de difracción de rayos X más comúnmente utilizada. En esta técnica se utiliza una muestra en polvo de las partículas estén orientadas e el Haz de rayos X para satisfacer las condiciones de difracción de la ley de Bragg. Para los modelos d análisis de cristales por rayos X se utiliza un difractometro de rayos X que un contador de radiación para detectar el ángulo y la intensidad del haz de difractor de rayos X de la intensidad del haz difractor en función de ángulos de difracción para la muestra de metal puro en polvo. De esta forma, se registra al mismo tiempo los ángulos de los haces difractados y sus intecidades. Algunas veces se utiliza una cámara de polvo con rollo de película en lugar de un difractometro, pero este método es mucho más lento y en mayoría de los casos menos convenientes.Condiciones de difracción para celdilla

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11.CONDICIONES DE DIFRACCIÓN.

Condiciones de difracción para celdas cubicas

Las técnicas de difracción de rayos x permiten determinar las estructuras de

solidos cristalinos. La interpretación de los datos de difracción de rayos X para la

mayoría de las sustancias cristalinas es compleja, por ello se considera el caso de

difracción de metales de estructura cubica. Para que cumplan las condiciones de

difracción de la ley de Bragg.

Los datos de los análisis de rayos x por difracción de las celdas unitarias pueden

simplificarse expresando la longitud de onda así:

⋋=2d sin θ

dhkl=a

√h2+k 2+l2

Finalmente:

⋋= 2d sin θ

√h2+k2+l2

Empleando la anterior ecuación junto con los datos de difracción de rayos x

podemos determinar si una estructura es cúbica centrada en el cuerpo (BCC) o

cúbica centrada en las caras (FCC). Para esto debe conocerse cuáles planos

cristalinos son planos de difracción para cada tipo de estructura cristalina:

Para la red cúbica sencilla, todos los planos (hkl) son planos de reflexión.

Para la estructura BCC la difracción solo se da en los planos cuyos índices

de Miller sumados (h+k+l) dan un número par.

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En la estructura FCC los principales planos de difracción son los que sus

índices son todos pares o todos impares (el cero se considera par).

Reglas para determinar los planos de difracción {hkl} en los cristales cúbicos:

Redes de Bravías Reflexiones Presentes Reflexiones Ausentes

BCC (h+k+l)= par (h+k+l)= par

FCC(h+k+l) son todos pares o

todos impares

(h+k+l) no todos son

pares o todos impares

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12.DIAGRAMA DE TUBO RAYOS X

Realizar un diagrama de un tubo de rayos x y explicar su funcionamiento.

El tubo de rayos X es el lugar en donde se generan los rayos X, en base a un

procedimiento mediante el cual se aceleran unos electrones en primer lugar, para

después frenarlos bruscamente. De esta forma se obtienen los fotones que

constituyen la radiación ionizante. Para ello, dicho tubo consta de un filamento

metálico (cátodo) que, al ponerse incandescente, produce una nube de electrones

a su alrededor -efecto termoiónico-. Estos electrones son acelerados mediante

una elevada diferencia de potencial (kV), y se les lleva a chocar contra el ánodo,

en donde son frenados liberando su energía cinética como fotones que

constituyen los rayos X.

Diagrama esquemático de un tubo de rayos X

Para obtener rayos X para su uso en difracción, es necesario suministrar un

voltaje en torno a los 35 kV entre un cátodo emisor de electrones y un ánodo

metálico o

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blanco, ambos contenidos en vacío, cuando se calienta el filamento de tungsteno

del cátodo se liberan electrones por emisión termoiónica y son acelerados a través

del vacío por la diferencia del potencial entre el cátodo y el ánodo con lo que

aumenta su energía cinética. Cuando los electrones golpean el metal o blanco se

emiten rayos X. sin embargo la mayor parte de la energía cinética (en torno al

98%) se libera en forma de calor por lo que el metal o blanco tiene que enfriarse

externamente.

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CONCLUSIONES

Se investigó la temática de la difracción, características y como se producen las diferentes interferencias en los rayos X.

Se averiguo que son los rayos X y como se producen

Se Examinaron cuáles son las diferentes interferencias de los rayos X a través de los cristales

Se indago que es un difractor de rayos X el cual proporciona información

detallada de la estructura tridimensional en estado sólido de las muestras

cristalinas de compuestos orgánicos, inorgánicos y consistiendo en la

descripción geométrica en términos de distancia y ángulos

Se averiguaron los métodos más utilizados por el análisis de difracción

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BIBLIOGRAFÍA.

SMITH, William. Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Tercera edición. Madrid. ISBN 0-07-059241-1.

CORTES HERNÁNDEZ, Héctor Fabio; MARTÍNEZ YEPES Pedro Nel; VALENCIA SANCHEZ, Hoover Albeiro. Fundamentos de Cristalografía. Armenia. ISBN 978-958-44-04-34-3

Askeland Donald R. and Phulé Pradeep P. “CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES”. 4ta Edición. International Thompson Editores S.A. México. 2004, ISBN 970-688-361-3

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WEBGRAFIA.

http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/30/3-cristalografia/ Elementos básicos de los equipos y haces de rayos X- Miguel Alcaraz

Baños https://webs.um.es/mab/miwiki/lib/exe/fetch.php?id=temas&cache=cache&media=t5.pdf

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