Kristali so celične strukture, ki se redno ponavljajo in so prisotne v anorganskih mineralih in kovinah. Različni materiali imajo posebne optične lastnosti, ko so izpostavljeni frekvencam vidne svetlobe ali višji energiji rentgenskih žarkov. Rentgenski difraktometer proizvaja sevanje ali energijo v rentgenskih frekvencah in se lahko uporablja za preučevanje kristalnih struktur. Difrakcija je izraz, ki se nanaša na upogibanje svetlobe ali energije zaradi njene interakcije z materialom ali tekočino.
Konstrukcija rentgenskega difraktometra vključuje več ključnih delov. Vir rentgenskih žarkov vključuje izvorno cev in kolimacijsko režo, ki ustvarja ozek žarek. Vzorci so nameščeni v držalo za vzorce na določeni razdalji od vira. Detektor vključuje scintilacijski števec, ki meri difrakcijo energije. Nekatere enote dodajo goniometer, ki je premični detektor, ki meri kot energije rentgenskih žarkov.
Ko se rentgenska frekvenca pošlje vzorcu, se ta ukloni pod določenimi koti glede na material. To je posledica interakcije rentgenskega žarka s kristalno strukturo. Žarek se upogne in zapusti površino materiala, nato pa ga lahko izmeri scintilator. WL Bragg je v zgodnjih 1900-ih razvil izračun za opredelitev kota, ki je postal standardna metoda za razlago difrakcijskih podatkov.
Difrakcija rentgenskih žarkov se lahko uporablja za karakterizacijo kristalnih materialov in kovin, ker kristalno strukturo ločujejo zelo majhne razdalje. Energija rentgenskega žarka ima valovne dolžine, ki so podobne razmiku med kristali. Posledično bodo kristalne strukture ukrivile energijo rentgenskih žarkov v merljive in dosledne vzorce.
Ker so bili materiali izpostavljeni rentgenskim žarkom, je bila razvita knjižnica podatkov, ki povzema značilnosti širokega spektra materialov. Kovine, trdne snovi in nekatere tekočine imajo posebne lomne lastnosti. Rentgenski difraktometer se lahko uporablja za določanje lastnosti znanega minerala ali pomaga analizirati neznanega s sklicevanjem na knjižnico.
Tehnologija tankega filma se uporablja v proizvodnji elektronike za mikrovezje. Film se nanese na trden substrat, za kontrolo kakovosti pa lahko uporabimo rentgenski difraktometer. Analiza uklonskih kotov lahko določi kakovost vmesnika filma in substrata.
Materiali s kristalno strukturo bodo ob stresu razvili različne molekularne strukture. Rentgenski difraktometer lahko meri razlike v obremenjenih materialih. Referenčni standard nenapetega kristala se primerja s testiranim materialom, primerjava pa se lahko uporabi za merjenje napetosti. Ta tehnika se lahko uporablja za analizo kovinskih delov, ki so odpovedali zaradi starosti ali preobremenitve.