Cámara de Weissenberg
Descripción
Cámara construida en el Instituto de Física Aplicada “Leonardo Torres Quevedo” (IFA), basada en el modelo desarrollado por el científico austriaco Karl Weissenberg en 1924 como técnica experimental para la detección de patrones de difracción de rayos X sobre muestras monocristalinas. Los datos obtenidos con estas cámaras pudieron ser usados para la determinación de la estructura tridimensional de materiales cristalinos sencillos.
El equipo consta de una cámara cilíndrica en cuya superficie interior se incorpora una película fotográfica sensible a los rayos X, un eje de giro coaxial con ella en donde se coloca la muestra cristalina, y un sistema de poleas que permiten la traslación vertical de la cámara mientras el cristal gira sobre sí mismo.
El instrumento del IFA permite, además, el ajuste óptico del cristal mediante un microscopio cuyo eje óptico coincide con al haz de rayos X incidente y perpendicular al eje de montaje del cristal.
El movimiento del cilindro (movimiento vertical de traslación) se realiza a través de una transmisión por cadena (sostenida entre dos poleas) impulsada por un pequeño motor (conectable a la red eléctrica). El equipo permite la regulación de la velocidad del motor mediante un reóstato progresivo.
Con precisión y ayudándose de un pequeño microscopio, la muestra cristalina (el monocristal) se monta en el extremo de una cabeza goniométrica que se ajusta en el extremo de un eje de giro coaxial con la cámara cilíndrica. Perpendicularmente a dicho eje se hace incidir sobre el cristal un haz de rayos X monocromático que pasa a través de un colimador. El paso de los rayos X a través del cristal (materia ordenada) provoca el fenómeno de la difracción (dispersión cooperativa de la radiación) y los haces difractados impresionan la película fotográfica (dispuesta en el interior de la cámara cilíndrica) en forma de manchas con diferentes intensidades (patrón de difracción).
La posición e intensidad de todas y cada una de las manchas de difracción son datos experimentales imprescindibles, aunque no suficientes, para la obtención de la estructura atómica del material cristalino, ya que, además, es necesario “averiguar” las denominadas “relaciones de fase” entre cada haz difractado.
Para poder continuar con la explicación del funcionamiento de esta cámara, el lector tendría que estar familiarizado con la interpretación matemática del fenómeno de la difracción, el modelo conocido con el nombre de red recíproca, pero este aspecto sobrepasa la meta de esta ficha explicativa. Sin embargo, para seguir con el razonamiento basta que el lector no experimentado imagine que el patrón de difracción se puede representar por dicha red recíproca, que conceptualmente es un retículo tridimensional de puntos cuya “mochila” es la intensidad de cada haz difractado. Cada uno de estos puntos, que impresionan el papel fotográfico en forma de manchas, se reconoce por un triplete de números enteros denominados índices de Miller (genéricamente representados por las letras hkl).
Habida cuenta de que el proceso de difracción contiene información tridimensional (la red recíproca), resulta imposible fotografiar dicho espacio, de una vez, sobre otro de dos dimensiones (el celuloide plano). Basándose en este problema, Weissenberg desarrolló una brillante idea para poder cortar dicho espacio en rodajas planas que contienen puntos de la red recíproca que están distribuidos en ese plano, y fotografiarlos sobre el plano que representa el celuloide fotográfico, eliminando así los solapamientos entre manchas.
Para aislar los haces difractados que corresponden a los puntos recíprocos de un plano es necesario: i) alinear el cristal para que así ocurra, ii) utilizar una rendija que, interponiéndose entre el cristal y la película fotográfica, deje pasar exclusivamente esos haces difractados, iii) girar el cristal para que dé lugar a que se muestren todos los haces difractados de ese plano, y iv) trasladar al mismo tiempo la cámara en modo vaivén, acopladamente con el giro oscilatorio del cristal. De ese modo las manchas de difracción que representan a los puntos de un plano recíproco se esparcen por todo el plano del celuloide fotográfico, eliminando así cualquier problema de solapamiento entre manchas.
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- MORENO, R. & ROMERO, A. Recuperación del instrumental científico-histórico del CSIC. El laboratorio de automática. Museo Virtual de la Ciencia del CSIC. Cámara de Weissemberg. 1997
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