Rev. Phys. Appl. (Paris) 9, 907-923 (1974)
DOI: 10.1051/rphysap:0197400905090700

Diffractomètre pour l'étude aux rayons X des structures des liquides. Application au mercure, à l'étain et au zinc

P. Andonov

Laboratoire de Physique des Solides , Université de Paris-Sud, 91405 Orsay, France

Abstract
An automatic horizontal-axis X-ray diffractometer has been set up for studies of liquid samples. The Bragg-Brentano parafocusing geometry is used with a monochromatic primary X-ray beam. It is possible to examine either the top surface or the lower surface of a liquid through a low absorption window. The measurements may be done alternately on the liquid sample and the solid one. A double furnace assembly with different heating and cooling elements is able to maintain the samples at a constant temperature between - 180 °C and 900 °C, although only experiments made between 21 °C and 550 °C are reported here. The entire set up allows the measurement of the diffracted intensity between θ = - 80° and θ = + 80° with an excluded range from - 5° to + 3°. The standard correction procedures are applied to liquid mercury at 28 °C and a comparison made between the measurements obtained on each surface. The two diffraction patterns are superimposed and the first maximum of the interference function is located at with height 2.42 ± 0.1. With tin, measurements are made by reflexion on the top surface of the liquid at 250 °C and of the solid at 21 °C, 145 °C and 230 °C. Parasitic scattering is eliminated experimentally. The results given by the new correction method are compared with the values determined by the standard procedures. The maxima of the two interference functions have the same positions : the first peak is at 2.22 Å-1 ± 0.01 Å-1 in both cases, but their heights differ by 8 %. With zinc, the new method is used only with reflexion measurements made on the top surface of the liquid at 550 °C and of the solid at 21 °C. The interference and radial distribution functions are compared with those of other workers. For liquids K is resolved to within ± 0.01 Å-1 with this diffractometer.

Résumé
Un diffractomètre automatique à axe horizontal a été construit pour l'étude d'échantillons liquides. La géométrie para-focalisante de Bragg-Brentano est utilisée avec un faisceau incident monochromatique. La réflexion se fait soit sur la surface supérieure libre, soit sur la surface inférieure à travers une fenêtre de faible absorption. Les mesures peuvent se faire alternativement sur l'échantillon liquide et l'échantillon solide. Deux enceintes étanches avec différents éléments chauffants ou réfrigérants permettent de travailler dans un domaine de température s'étendant de -180 °C à + 900 °C ; les mesures repdrtées ici se situent entre 21 °C et 550 °C. L'intensité diffractée peut être mesurée de θ = - 80° à θ = + 80° avec une région inutilisable de -5° < θ < + 3°. Avec le mercure liquide à 28 °C, l'appareil est testé pour les deux cas de réflexion possibles, les techniques habituelles de correction sont appliquées. Les deux diagrammes de diffraction sont superposés. Le premier maximum de la fonction d'interférence est situé à sa hauteur égale 2,42 ± 0,1. Avec l'étain, les mesures sont faites par réflexion sur la surface supérieure du liquide à 250 °C et du solide à 21 °C, 145 °C et 230 °C. Les diffusions parasites sont éliminées expérimentalement. Les résultats obtenus avec la nouvelle méthode de correction sont comparés aux valeurs déterminées à partir du traitement standard des données. Les positions des maxima des deux fonctions d'interférences sont identiques, mais les hauteurs du 1 er pic situé à K = 2,22 Å-1 ± 0,01 Å-1 diffèrent de 8 % : 2,50 et 2,70. Avec le zinc, seule la nouvelle méthode est appliquée à partir de mesures faites par réflexion sur la surface supérieure du liquide à 550 °C et du solide à 21 °C et 150 °C. Les fonctions d'interférences et de distribution radiale sont comparées à celles des autres auteurs. La précision est déterminée. Pour les liquides 4 π sin θ/λ est connu à ±0,01 Å-1.

PACS
0785 - X ray, gamma ray instruments and techniques.
2930K - X and gamma ray spectroscopy.
6110 - X ray determination of structures.
6120 - Classical, semiclassical, and quantum theories of liquid structure.
7450 - X ray and gamma ray equipment.

Key words
diffractometers -- liquid metals -- mercury metal -- surface structure -- tin -- X ray diffraction examination of liquids -- zinc -- Bragg Brentano parafocusing geometry -- monochromatic primary X ray beam -- 21 to 550 degrees C -- X ray diffractometer -- structural studies -- liquids -- top surface -- lower surface -- low absorption window -- double furnace assembly -- diffracted intensity -- standard correction procedures -- reflection -- parasitic scattering -- interference functions -- radial distribution functions