Οι κρύσταλλοι είναι κυτταρικές δομές που έχουν κανονικό επαναλαμβανόμενο σχέδιο και υπάρχουν σε ανόργανα ορυκτά και μέταλλα. Διαφορετικά υλικά έχουν συγκεκριμένες οπτικές ιδιότητες όταν εκτίθενται σε συχνότητες ορατού φωτός ή υψηλότερη ενέργεια ακτίνων Χ. Ένα περιθλασίμετρο ακτίνων Χ παράγει ακτινοβολία ή ενέργεια σε συχνότητες ακτίνων Χ και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη κρυσταλλικών δομών. Περίθλαση είναι ένας όρος που αναφέρεται στην κάμψη του φωτός ή της ενέργειας από την αλληλεπίδρασή του με ένα υλικό ή υγρό.
Η κατασκευή ενός περιθλασίμετρου ακτίνων Χ περιλαμβάνει πολλά βασικά μέρη. Μια πηγή ακτίνων Χ περιλαμβάνει έναν σωλήνα πηγής και μια σχισμή ευθυγράμμισης που δημιουργεί μια στενή δέσμη. Τα δείγματα τοποθετούνται σε θήκη δειγμάτων σε σταθερή απόσταση από την πηγή. Ο ανιχνευτής περιλαμβάνει έναν μετρητή σπινθηρισμού, ο οποίος μετρά την περιθλαμένη ενέργεια. Ορισμένες μονάδες προσθέτουν ένα γωνιόμετρο, το οποίο είναι ένας κινητός ανιχνευτής που μετρά τη γωνία της ενέργειας των ακτίνων Χ.
Όταν η συχνότητα των ακτίνων Χ αποστέλλεται στο δείγμα, διαθλάται σε συγκεκριμένες γωνίες με βάση το υλικό. Αυτό προκαλείται από την αλληλεπίδραση της δέσμης ακτίνων Χ με την κρυσταλλική δομή. Η δέσμη κάμπτεται και φεύγει από την επιφάνεια του υλικού και στη συνέχεια μπορεί να μετρηθεί από τον σπινθηριστή. Ο WL Bragg ανέπτυξε έναν υπολογισμό στις αρχές του 1900 για να καθορίσει τη γωνία, και αυτός έγινε μια τυπική μέθοδος για την ερμηνεία των δεδομένων περίθλασης.
Η περίθλαση ακτίνων Χ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον χαρακτηρισμό κρυσταλλικών υλικών και μετάλλων επειδή πολύ μικρές αποστάσεις χωρίζουν την κρυσταλλική δομή. Η ενέργεια μιας ακτίνας Χ έχει μήκη κύματος παρόμοια με την απόσταση μεταξύ των κρυστάλλων. Ως αποτέλεσμα, οι κρυσταλλικές δομές θα κάμψουν την ενέργεια των ακτίνων Χ σε μετρήσιμα και συνεπή μοτίβα.
Καθώς τα υλικά έχουν εκτεθεί σε ακτίνες Χ, έχει αναπτυχθεί μια βιβλιοθήκη δεδομένων για τη σύνοψη των χαρακτηριστικών ενός ευρέος φάσματος υλικών. Τα μέταλλα, τα στερεά και ορισμένα υγρά έχουν ειδικές ιδιότητες διάθλασης. Ένα περιθλασίμετρο ακτίνων Χ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων ενός γνωστού ορυκτού ή να βοηθήσει στην ανάλυση ενός άγνωστου με αναφορά στη βιβλιοθήκη.
Η τεχνολογία λεπτής μεμβράνης χρησιμοποιείται στην κατασκευή ηλεκτρονικών για μικροκυκλώματα. Το φιλμ εναποτίθεται σε στερεό υπόστρωμα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα περιθλασίμετρο ακτίνων Χ για ποιοτικό έλεγχο. Η ανάλυση των γωνιών περίθλασης μπορεί να καθορίσει την ποιότητα της διεπιφάνειας μεμβράνης και υποστρώματος.
Υλικά με κρυσταλλικές δομές θα αναπτύξουν διαφορετικές μοριακές δομές όταν πιεστούν. Ένα περιθλασίμετρο ακτίνων Χ μπορεί να μετρήσει τις διαφορές στα καταπονημένα υλικά. Ένα πρότυπο αναφοράς άτονου κρυστάλλου συγκρίνεται με το δοκιμασμένο υλικό και η σύγκριση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της τάσης. Αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση μεταλλικών εξαρτημάτων που έχουν αποτύχει λόγω παλαιότητας ή υπερφόρτωσης.