Xác định hàm hấp thu tổng quát dùng nhiễu xạ x quang cho bề mặt ellipsoid sử dụng phương pháp đo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HOÀNG THÔNG

XÁC ĐỊNH HÀM HẤP THU TỔNG QUÁT
DÙNG NHIỄU XẠ X QUANG CHO BỀ MẶT ELLIPSOID
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO Ψ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 4 4 1 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

----------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HOÀNG THÔNG

XÁC ĐỊNH HÀM HẤP THU TỔNG QUÁT DÙNG
NHIỄU XẠ X QUANG CHO BỀ MẶT ELLIPSOID
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

----------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HOÀNG THÔNG

XÁC ĐỊNH HÀM HẤP THU TỔNG QUÁT DÙNG
NHIỄU XẠ X QUANG CHO BỀ MẶT ELLIPSOID
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103
Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ CƯƠNG

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: NGUYỄN HOÀNG THÔNG
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 21/10/1989

Nơi sinh: Bình Dƣơng
Quê quán: Bình Dƣơng
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 85/12/4, P.Phú Lợi, tp.TDM, Bình Dƣơng
Điện thoại: 0974.453 626
Điện thoại nhà riêng:0650.3833799
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:
Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:

Thời gian đào tạo từ…/ … đến …/ ……

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui
Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 06/2012
Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật tp.Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp.
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ

TẠO ĐỒ GÁ THỰC TẬP HÀN.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 12/2011 tại ĐH.SPKT tp.HCM
Ngƣời hƣớng dẫn:Kỹ sƣ NGUYỄN MINH CHÍNH
3. Trình độ ngoại ngữ:
- Tiếng Anh: trình độ B1.
- Tiếng Nhật: trung cấp.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:

Thời gian
Từ 12/2013

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Cty CỔ PHẦN TÔN ĐÔNG Á

i

Kỹ sƣ cơ khí


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…

ii


LỜI CẢM TẠ
Sau hai năm theo học chƣơng trình đào tạo sau đại học tại trƣờng Đại học Sƣ
Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, em đã trang bị đƣợc những kiến thức bổ
ích cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dƣới hình thức luận văn thạc
sĩ, tôi đã vận dụng những kiến thức mà mình đƣợc trang bị để tiến hành giải quyết
bài toán đặt ra.Vì đề tài luận văn là nghiên cứu và giải quyết vấn đề khá mới mẻ nên
lúc đầu tiếp cận em đã gặp khá nhiều khó khăn, vƣớng mắc. Nhƣng với sự tận tình

của thầy hƣớng dẫn PGS.TS Lê Chí Cƣơng, cùng với sự hỗ trợ từ phía gia đình,
bạn bè đồng nghiệp, cho đến nay luận văn của em đã đạt đƣợc những kết quả nhƣ
mong muốn.
-

Đầu tiên, cho phép em gửi lời tri ân sâu sắc đến Quý thầy cô trƣờng Đại học
Sƣ phạm Kỹ thuật tp. Hồ Chí Minh và đặc biệt là thầyLê Chí Cƣơng đã tận
tình hƣớng dẫn em trong thời gian qua.

-

Cám ơn bố mẹ và anh chị trong gia đình luôn bên cạnh, động viên em trong
suốt quá trình học tập đã qua.

-

Và cuối cùng là bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho
em hoàn thành tốt chƣơng trình học này.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ, động viên nhiệt tình
của tất cả mọi ngƣời. Xin trân trọng cảm ơn!
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014
Học viên thực hiện luận văn

iii


TÓM TẮT
----

Xác định hàm hấp thu của vật liệu trong nhiễu xạ tia X đã đƣợc nghiên cứu từ lâu.
Trong đó có thể kể tới các nghiên cứu của Koistinen, Cullity, Taizo,…;các cơ sở lý thuyết
này là nền tảng cho tính toán của các máy nhiễu xạ đơn tinh thể hiện nay. Tuy nhiên, sự
hấp thụ tia X của vật liệu bị ảnh hƣởng bởi biên dạng vật mẫu, vì thế việc áp dụng công
thức tính toán của một biên dạng sẽgây hạn chế và sai số khi nhiễu xạ cho các biên dạng
khác. Do đó, tác giả chọn đề tài: “XÁC ĐỊNH HÀM HẤP THU TỔNG QUÁT DÙNG
NHIỄU XẠ X QUANG CHO BỀ MẶT ELLIPSOID SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐO
”. Từ đó, ta tìm ra một công thức tổng quát, có thể biến đổi khi nhiễu xạ trên các bề mặt
khác nhau.
Sau quá trình nghiên cứu, tác giả đã tìm đƣợc hàm hấp thu tổng quát cho bề mặt
Ellipsoid bằng phép đo ψ, cố định góc η và cố định góc η0. Sau đó, sử dụng phần mềm
Matlab tiến hành phân tích, kiểm nghiệm công thức và mở rộng ra trong các trƣờng hợp
mặt trụ, mặt phẳng cụ thể.

iv


ABSTRACT
----

Determination of the absorption factor of the material by the X-ray diffraction has been
investigated for a long time. Which may mention studies of Koistinen, Cullity,
Taizo,…;this theoriesare the basis for the calculation of the single-crystal diffraction
machine currently.However, the absorption factor of the material is affected by specimen
profiles, so the application of a formula profile will be limited and cause errors when
diffraction for the otherprofiles. Therefore, the writerchose topic: “DETERMINATION
GENERAL ABSORPT FUNCTION USE X-RAY DIFFRACTION ON ELLIPSOID
SURFACE APPLY BY Ψ MEASUREMENT METHOD”. From that, I find a the general
formula, which can change when diffraction on defferent surfaces.
After investigation process, the author found the general absorption function for

surface Ellipsoid by ψ method, fixed-η and fixed-η0.Then,writer has used Matlab
software to analysising, testing formula and expand in the cylinder case and the plane
case.

v


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học ..................................................................................................... i
Lời cam đoan ......................................................................................................... ii
Cảm tạ .................................................................................................................. iii
Tóm tắt .................................................................................................................. iv
Mục lục ................................................................................................................. vi
Danh sách ký hiệu ............................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1
2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .................................................... 2
3.Mục đích của đề tài ......................................................................................... 4
4. Ý nghĩa của đề tài .......................................................................................... 4
5. Đối tƣợng và khách thể nghiên cứu ............................................................... 4
6. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài .......................................................... 4
7. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................... 5
8. Kết cấu của luận văn ...................................................................................... 5
Chƣơng 1.TỔNG QUAN ..................................................................................... 6
1.1 Giới thiệu về tia X........................................................................................ 6

1.2 Lịch sử của tia X .......................................................................................... 7
1.3 Tạo tia X ...................................................................................................... 7
1.4 Đặc tính đƣờng bức xạ ................................................................................. 8
1.5 Ứng dụng của tia X ...................................................................................... 9
1.6 Các nghiên cứu hàm hấp thu trƣớc đây ..................................................... 10

vi


Chƣơng 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................... 17
2.1 Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X .......................................................................... 17
2.2 Mạng tinh thể ............................................................................................. 18
2.3 Định luật Bragg .......................................................................................... 21
2.4Các yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ nhiễu xạ LPA (Lorenz, hệ số
phân cực, hàm hấp thụ) ........................................................................................ 24
2.5 Các phƣơng pháp đo ứng suất dùng nhiễu xạ X quang ............................. 28
Chƣơng 3.XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN .............................................. 32
3.1 Xác định các điều kiện ban đầu ................................................................. 32
3.2 Phân tố nhiễu xạ ......................................................................................... 34
3.3 Xác định hàm hấp thu ................................................................................ 34
Chƣơng 4. KHẢO SÁT HÀM HẤP THU TỔNG QUÁT .............................. 40
4.1 Trƣờng hợp cố định góc η ......................................................................... 40
4.2 Trƣờng hợp cố định góc η0 ........................................................................ 42
4.3 Trƣờng hợp nhiễu xạ lên mặt trụ ............................................................... 46
4.4 Trƣờng hợp nhiễu xạ lên mặt phẳng .......................................................... 49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 55
PHỤ LỤC ............................................................................................................ 57

vii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

 : bƣớc sóng.
SWL : giới ha ̣n bƣớc sóng ngắ n.
2 : góc nhiễu xạ Bragg.
h,k,l:chỉ số Miller.
(hkl): mặt phẳng nhiễu xạ.
d(hkl) : khoảng cách giữa các mặt phẳng phân tử (hkl).
n : phản xạ bậc cao.
h : hằ ng số Plank.
V : hiê ̣u điê ̣n thế của điã .
(P) : mă ̣t phẳ ng nhiễu xạ chƣ́a tia tới và tia nhiễu xạ.
(Q) : mă ̣t phẳ ng vuông góc với mặt phẳng nhiễu xạ và chƣ́a hƣớng đo ƣ́ng suấ t.
ψ : góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của mẫu đo với ph ƣơng pháp tuyế n của ho ̣ mă ̣t
phẳ ng nguyên tƣ̉ nhiễu xa ̣.
ψo : góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của mẫu đo và tia tới X .
 : là góc tạo bởi tia tới (tia nhiễu xạ) với pháp tuyến của họ mặt phẳng nguyên tử
nhiễu xạ.
o : là góc tạo bởi tia tới và pháp tuyến của vật mẫu.

 : góc tạo bởi tia X tới và phƣơng ngang.
 : góc tạo bởi tia nhiễu xạ và phƣơng ngang.
 : góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của mẫu đo với mặt phẳng
phƣơng pháp nhiễu xạ side-inclination.
a : hê ̣ số tính chất của vật liệu.
b :hệ số phầ n năng lƣơ ̣ng tia tới trên mô ̣t đơn vi ̣thể tích.

 : hệ số hấ p thụ tuyến tính.

AB : chiề u dài tia tới thẩ m thấ u đế n phân tố bi ̣nhiễu xa .̣

viii

nhiễu xạ trong


BC : chiề u dài nhiễu xa ̣ tƣ̀ phân tố bi ̣nhiễ u xa ̣ đế n ra ngoài mẫu đo.
R : bán kính của mẫu đo.
r : bán kính tại phân tố bị nhiễu xạ.
dr : chiề u dày phân tố bi ̣nhiễu xa .̣

 : góc giới hạn vùng nhiễu xạ.
d : bề rô ̣ng phân tố bi ̣nhiễu xa ̣.
L : chiề u dài thẩ m thấ u của tia tới và nhiễu xa ̣ đi ra ngoài mẫu đo .

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Sơ đồ giới thiệu các thành phần chính của ống phát tiaX ..................... 8
Hình 1.2: Sơ đồ phổ tia X của Molipđen với thế tăng tốc khác nhau ................... 8
Hình 1.3:Ứng dụng của tia X ................................................................................ 9
Hình 1.4:Ứng dụng của tia X .............................................................................. 10
Hình 1.5: Nhiễu xạ lên mẫu phẳng ...................................................................... 11
Hình 1.6: Dùng phƣơng pháp đo kiểu  cố định góc o .................................... 12

Hình 1.7: Cƣờng độ nhiễu xạ trên bề mặt trụ ...................................................... 13
Hình 1.8: Phƣơng pháp đo kiểu ψ cố định góc  trên bề mặt trụ ........................ 14
Hình 1.9: Phƣơng pháp đo kiểu ψ cố định góc 0 trên bề mặt trụ ...................... 15
Hình 2.1: Cấu trúc một ô cơ sở trong mạng tinh thể. ......................................... 19
Hình 2.2: Xác định chỉ số Mile hkl của mặt phẳng trong mạng tinh thể ........... 20
Hình 2.3: Chỉ số Mile một số mặt mạng ............................................................ 20
Hình 2.4: Nguyên lý nhiễu xạ ............................................................................ 22
Hình 2.5: Nhiễu xạ trên mẫu phẳng .................................................................... 25
Hình 2.6: Hệ số Lorentz ...................................................................................... 26
Hình 2.7: Phƣơng pháp đo kiểu  cố định góc  ............................................. 29
Hình 2.8: Phƣơng pháp đo kiểu  cố định góc o ............................................. 29
Hình 2.9: Phƣơng pháp đo kiểu ψ cố định  ....................................................... 30
Hình 2.10: Phƣơng pháp đo kiểu ψ cố định o ................................................... 31
Hình 3.1:Mặt Ellipsoid tổng quát ........................................................................ 32
Hình 3.2: Mặt Ellipsoid nghiên cứu .................................................................... 33
Hình 3.3: Phƣơng pháp đo nhiễu xạ kiểu ψ ........................................................ 34
Hình 3.4: Mô hình minh họa ............................................................................... 35
Hình 3.5: Mô hình minh họa phân tố nhiễu xạ trong mặt phẳng nhiễu xạ ......... 35
Hình 3.6: Phân tích tia tới ................................................................................... 36

x


Hình 3.7: Phân tích tia nhiễu xạ .......................................................................... 38
Hình 4.1: Hệ số hấp thụ trong phép đo cố định góc η......................................... 42
Hình 4.2: Hệ số hấp thụ trong phép đo cố định góc η......................................... 43
Hình 4.3: Hệ số hấp thụ trong phép đo cố định góc η0 ....................................... 45
Hình 4.4: Hệ số hấp thụ trong phép đo cố định góc η0 ....................................... 46
Hình 4.5: Hệ số hấp thụ trên bề mặt trụ .............................................................. 48
Hình 4.6: Nhiễu xạ trên mặt trụ có Ra = 10 cm, chiều dài L = 14 cm,

góc ψ = 300 ........................................................................................................... 49
Hình 4.7: Phân tích độ cong bề mặt .................................................................... 50
Hình 4.8: Nhiễu xạ trên bề mặt phẳng ................................................................ 51
Hình 4.9: Hệ số hấp thu trên bề mặt phẳng ......................................................... 52
Hình 4.10: Hệ số hấp thu trên bề mặt phẳng, R = 10 cm .................................... 53
Hình 4.11: Hệ số hấp thu trên bề mặt phẳng, R = 5 cm ...................................... 54

xi


MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Ứng suất dư tồn tại trong chi tiết, phát sinh trong quá trình gia công nhiệt, gia
công cơ hoặc quá trình luyện thép, là nguyên nhân gây biến dạng hoặc phá hủy chi
tiết. Do đó, xác định ứng suất dư đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý và
cải thiện điều kiện làm việc của chi tiết.
Ngày nay, các phương pháp đo lường ứng suất không phá hủy được nghiên
cứu và ứng dụng ngày càng nhiều. Trong đó, phương pháp nhiễu xạ X quang được
sử dụng phổ biến với ưu điểm rõ rệt: xác định chính xác ứng suất dư và dễ dàng tự
động hóa.
Trong phương pháp nhiễu xạ X quang, ứng suất dư được xác định từ vị trí đỉnh
của đường nhiễu xạ. Để xác định đúng vị trí đỉnh của đường nhiễu xạ thì việc tính
toán ảnh hưởng của hệ số LPA (yếu tố Lotentz, yếu tố phân cực và yếu tố hấp thụ)
đối với chi tiết phải chính xác. Yếu tố Lorenzt và yếu tố phân cực, đã có nhiều phép
đo phổ biến,ít tác động đến vị trí đỉnh hơn so với yếu tố hấp thụ. Vì vậy việc nghiên
cứu yếu tố hấp thụ này có vai trò quan trọng đối với phương pháp đo ứng suất dùng
nhiễu xạ X quang.Koistinen đã lần đầu tìm ra công thức tính hệ số hấp thụ bằng
phương pháp đo Ω (iso-inclination) cố định góc ψ. Tuy nhiên, đo lường ứng suất
bằng nhiễu xạ còn sử dụng các phương pháp đo khác như phép đo Ω cố định góc ψ0

và phép đo ψ (side-inclination) cố định góc η và η0. Hơn thế nữa, việc xác định ứng
suất trên một diện tích bề mặt mẫu sẽ giới hạn diện tích chiếu xạ tia X. Điều này sẽ
làm cho cường độ nhiễu xạ giảm, khi chiếu xạ trên một diện tích giới hạn với góc ψ
tăng. Do đó, diện tích chiếu xạ này phải được tính đến.
Từ các phương pháp nhiễu xạ Ω (iso-inclination) và ψ (side-inclination) dẫn
đến hai trường hợp tính toán là giới hạn và không giới hạn diện tích chiếu xạ. Vì tác

Trang 1


động của hệ số LPA đến giá trị ứng suất phụ thuộc vào bề rộng đường nhiễu xạ, nên
ảnh hưởng của hệ số LPA cần được kiểm tra trên các vật mẫu có bề rộng đường
nhiễu xạ khác nhau. Chiều sâu nhiễu xạ cũng cần được kiểm tra và so sánh với
nhiều phương pháp đo.
Diện tích chiếu xạ của tia X tương đối nhỏ (1mm2 100mm2) nên khi nhiễu xạ
lên mẫu phẳng hoặc mẫu có bán kính cong lớn thì xem phần tiếp xúc giữa tia X và
mẫu đo là mặt phẳng. Nhưng khi bán kính cong của mẫu giảm thì sự tiếp xúc giữa
tia X và mẫu đo là mặt cong, độ cong này của mẫu sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới giá trị
hấp thu tia X của mẫu. Tuy nhiên, trong các máy nhiễu xạ đơn tinh thể hiện nay chỉ
áp dụng công thức hấp thu trên bề mặt phẳng để tính toán cho nhiều trường hợp
khác nhau. Điều này dẫn tới kết quả đo có sai số khi nhiễu xạ lên mặt cong. Do đó,
việc xác định hàm hấp thu tổng quát có thể áp dụng cho cả mặt phẳng và mặt cong
là vấn đề cấp thiết hiện nay.
2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
2.1 Nghiên cứu ở ngoài nước
-

Cullity đã chứng minh cường độ nhiễu xạ bị hấp thụ trên bề mặt phẳng. Từ

công thức của Cullity, Koistinen tìm ra công thức hàm hấp thụ tia X trên một mặt

phẳng với phương pháp đo kiểu . Các nghiên cứu này đã mở ra một hướng đi mới
góp phần xác định chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nhiễu xạ tia X.
-

Taizo Oguri đã tìm ra hàm hấp thu trên bề mặt trụ và bề mặt cầu với diện tích

chiếu xạ bị giới hạn. Trong nghiên cứu này, Taizo chỉ xét các phân tố nhiễu xạ từ bề
mặt vật mẫu tới một lớp vật liệu có chiều sâu thấm τ0 (khi góc ω = ψ = 00). Tuy
nhiên, tia X không phải dừng lại tại chiều sâu thấm τ0 (chiếm 96% năng lượng tia
X) mà còn tiếp tục xuyên qua.Vì thế nếu chỉ dừng lại tại chiều sâu thấm τ0khi
nghiên cứu nhiễu xạ sẽ dẫn tới sai sót trong giá trị cường độ tổng.

Trang 2


-

Thầy Lê Chí Cương đã nghiên cứu hàm hấp thu trên bề mặt phẳng cho các

phương pháp đo  và  khi giới hạn và không giới hạn diện tích nhiễu xạ. Đây là
một nghiên cứu hoàn thiện, làm cơ sở cho các nghiên cứu, tính toán sau này.
2.2 Nghiên cứu ở trong nước
-

Lê Minh Tấn đã xác định hàm hấp thụ trên bề mặt hình trụ bằng phương

pháp đo kiểu cố định góc tới  và o mà không khống chế tiết diện tia X. Trong
nghiên cứu này, tác giả đã không đề cập tới chiều dài trụ và không thể hiện giá trị
chiều dài xuyên thấu  cụ thể.
-

Nguyễn Thị Hồng đã nghiên cứu hàm hấp thu trong phương pháp đo kiểu 

không giới hạn diện tích tia X trên bề mặt Ellipsoid.Nghiên cứu này đã đưa ra được
hàm hấp thu trên bề mặt tổng quát, có thể áp dụng trên các bề mặt khác nhau bằng
phương pháp đo . Tuy nhiên, chị Hồng vẫn chưa đưa ra được một áp dụng cụ thể
nào.
-

Nguyễn Vĩnh Phối nghiên cứu hàm hấp thu trên vật liệu phi đẳng hướng,

dạng mặt phẳng, bằng phương pháp đo ψ, Ω.Tác giả đã vận dụng nhiều giả thuyết
đàn hồi tia X áp dụng cho vật liệu Texture và tiến hành mô phỏng cho các trường
hợp khác nhau. Nghiên cứu đã mở ra hướng đi mới, áp dụng phương pháp nhiễu xạ
X quang cho vật liệu phi đẳng hướng để xác định ứng suất dư.
Ở Việt Nam, nhu cầu tính toán ứng suất dư trên chi tiết máy ngày càng tăng, trong
khi đó các nghiên cứu về tính ứng suất dùng nhiễu xạ X quang vẫn còn nhiều thiếu
sót và chưa hoàn chỉnh. Xuất phát từ lý do đó, tác giả chọn đề tài: “Xác định hàm
hấp thu tổng quát dùng nhiễu xạ X quang cho bề mặt Ellipsoid sử dụng
phƣơng pháp đo ”, với mong muốn góp phần xây dựng và phát triển lĩnh vực
nghiên cứu ứng suất dư dùng nhiễu xạ X quang.

Trang 3


3. Mục đích của đề tài
Xác định ảnh hưởng của biên dạng vật mẫu tới giá trị hấp thu khi nhiễu xạ X
quang. Xác định công thức hấp thu tổng quát áp dụng cho cả mặt phẳng và mặt
cong.
4. Ý nghĩa của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học
Tìm được hàm hấp thụ tổng quát áp dụng cho cả mặt phẳng và mặt cong. Qua
đó hạn chế sai số khi tính toán cho các bề mặt khác nhau.
4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Hoàn thiện các phương pháp xác định hệ số hấp thụ còn thiếu. Từ kết quả đạt
được, tiến hành ứng dụng vào trong các máy nhiễu xạ đơn tinh thể hiện nay.
5. Đối tƣợng và khách thể nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu: sự hấp thụ tia X khi nhiễu xạ X quangcủa vật mẫu có
biên dạng Ellipsoid.

-

Khách thể nghiên cứu: đặc tính nhiễu xạ X quang; cấu trúc, biên dạng vật
mẫu; các phương pháp đo; các phương pháp tính toán,…

6. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
Nghiên cứu đặc tính của tia X, sự ảnh hưởng của biên dạng vật mẫu đến sự
hấp thụ tia X. Thông qua đó tác giả xác định hàm hấp thu của bề mặt Ellipsoid khi
nhiễu xạ X quang, sử dụng phương pháp đo . Biến đổi công thức tìm được để áp
dụng cho bề mặt phẳng và bề mặt cong.
Bề mặt Ellipsoid nghiên cứu được giới hạn với kích thước R1=R2=Ra,
R3=Rb. Sử dụng phương pháp đo , cố định góc η và cố định góc η0. Tia X sử dụng
có đặc tính Cr – Kα, có hệ số hấp thụ µ = 873.3 cm-1.

Trang 4


7. Phƣơng pháp nghiên cứu

-

Nghiên cứu lý thuyết cấu trúc tinh thể và lý thuyết nhiễu xạ X quang.Tham
khảo các tài liệu liên quan đến sự hấp thụ của vật liệu.

-

Nghiên cứu các phương pháp toán học, phần tử hữu hạn để giải quyết các
tích phân trong luận văn.

-

Sử dụng phần mềm Matlab 2010a để giải quyết các phương trình toán học.
Các hình được vẽ bằng phần mềm Autocad 2007.

8. Kết cấu của luận văn
Nội dung thuyết minh của luận văn bao gồm:
-

Phần mở đầu.

-

Chương 1: Tổng quan.

-

Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

-

Chương 3: Xây dựng mô hình bài toán.

-

Chương 4: Khảo sát hàm hấp thu tổng quát.

-

Kết luận và kiến nghị.

-

Tài liệu tham khảo.

-

Phụ lục.

Trang 5


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về tia X
Tia X quang được phát hiện vào năm 1895 bởi Rontgen, một nhà vật lý người
Đức. Không giống với ánh sáng thông thường, các tia X không nhìn thấy được
nhưng chúng di chuyển theo đường thẳng và tác dụng lên các tấm phim như ánh
sáng. Hơn nữa, tia X có khả năng xuyên qua giấy, gỗ, phần mềm của cơ thể và các

vật chắn sáng khác.
Tia X quang là bức xạ điện từ như ánh sáng tự nhiên nhưng có bước sóng ngắn
o

hơn. Đơn vị đo của tia X là angstrom ( A  1010 m ), tia X dùng trong nhiễu xạ có
o

bước sóng xấp xỉ 0.5 – 2.5 A , trong khi đó ánh sáng nhìn thấy có bước sóng
o

6000 A .
Tia X được phát ra khi các hạt mang điện chuyển động bị hãm lại đột ngột, các
điện tử thường được sử dụng cho mục đích này. Tia X được tạo ra trong một ống tia
X có chứa nguồn điện tử và hai điện cực kim loại. Điện thế cao được tạo ra giữa các
cực, khoảng 10.000 V, các điện tử sẽ bay tới cực dương hay mục tiêu và va chạm
với vận tốc cao. Tia X được tạo ra tại điểm va chạm và phát tán đi mọi hướng. Hầu
hết năng lượng chuyển động của electron va chạm vào mục tiêu sẽ chuyển thành
nhiệt, ít hơn một phần trăm năng lượng này được tạo thành tia X.[6]
Khi các tia phát ra từ mục tiêu được phân tích thì chúng gồm hỗn hợp các bước
sóng khác nhau và sự thay đổi của cường độ và bước sóng phụ thuộc vào điện thế
ống phát.

Trang 6


1.2 Lịch sử của tia X
- Năm 1912, Max Von Laue đã đề xuất một thí nghiệm nhằm kiểm tra bản
chất sóng của các tia X. Von Laue đã chỉ ra rằng nếu tia X có bước sóng  gần
bằng với khoảng cách d giữa các mặt phẳng nguyên tử trong các tinh thể, khi đó các
sóng tia X đập vào tinh thể sẽ làm xuất hiện các hiệu ứng giao thoa.

- Năm 1935 lần đầu tiên Le Galley chế tạo máy phát tia X đo tinh thể ở cấu
trúc dạng bột.
- Năm 1947, Phillip lần đầu tiên giới thiệu rộng rãi và bán máy nhiễu xạ đo
tinh thể có cấu trúc dạng bột.
- Vào đầu những thập niên 50 máy đo nhiễu xạ dạng bột dùng rộng rãi để
nghiên cứu những vật liệu có cấu trúc chưa hoàn chỉnh.
- Năm 1969 Rietveld đã phát triển phương pháp phân tích dãy dữ liệu nhiễu xạ
có cấu trúc dạng bột.
- Năm 1977 Cox, Young, Thomas và các tác giả khác lần đầu tiên ứng dụng
phương pháp Rietveld về bức xạ tia X.
1.3 Tạo tia X
Tia X phát sinh khi các điện tử hoặc các hạt mang điện khác bị hãm bởi một vật
chắn và xuất hiện trong các quá trình tương tác giữa bức xạ  với vật chất.
Thông thường để tạo tia X người ta sử dụng điện tử vì để gia tốc điện tử đòi hỏi
cường độ điện trường nhỏ hơn so với trường hợp dùng các loại hạt mang điện khác.
Để có tia X có bước sóng cực ngắn công suất lớn có thể sử dụng bêtatron. Trong
một số trường hợp nghiên cứu cấu trúc bằng tia Rơntgen người ta còn sử dụng các
nguồn đồng vị phóng xạ.
Tia X được tạo ra trong ống phát Rơntgen gồm hai cực điện trong buồng chân
không như được chỉ ra trong hình 1.1. Các điện tử được sinh ra do nung nóng catot
nhiệt vonfram. Catot có điện áp âm cao và các điện tử được tăng tốc về phía anot
thường nối đất. Các điện tử với vận tốc lớn tới đập vào anot được làm nguội bằng

Trang 7


S

K

L

0

0

2

1

5

4