A röntgendiffrakció (XRD) a röntgensugarak kettős hullám-részecske jellegére támaszkodik, hogy információt nyerjen a kristályos anyagok szerkezetéről. A technika elsődleges felhasználási területe a vegyületek azonosítása és jellemzése a diffrakciós mintázatuk alapján.
A monokromatikus röntgensugarak beeső sugarának a célanyaggal való kölcsönhatásakor fellépő domináns hatás a röntgensugaraknak a célanyagban lévő atomokról történő szóródása. Szabályos szerkezetű (azaz kristályos) anyagokban a szórt röntgensugarak konstruktív és destruktív interferencián mennek keresztül. Ez a diffrakció folyamata. A röntgensugarak kristályok általi diffrakcióját a Bragg-törvény írja le, n(lambda) = 2d sin(theta). A lehetséges diffrakciók irányai az anyag egységcellájának méretétől és alakjától függnek. A diffraktált hullámok intenzitása a kristályszerkezetben lévő atomok fajtájától és elrendeződésétől függ. A legtöbb anyag azonban nem egykristályos, hanem sok apró, minden lehetséges orientációban lévő kristallitból áll, amit polikristályos aggregátumnak vagy pornak nevezünk. Ha egy véletlenszerűen orientált kristallitokat tartalmazó port röntgensugárba helyezünk, a sugár az összes lehetséges atomok közötti síkot látja. Ha a kísérleti szöget szisztematikusan változtatjuk, a por összes lehetséges diffrakciós csúcsát detektálni fogjuk.
A parafókuszáló (vagy Bragg-Brentano) diffraktométer a diffrakciós műszerek legelterjedtebb geometriája.
Ez a geometria a nagy felbontás és a nagy sugárintenzitású elemzés előnyeit kínálja a nagyon pontos igazítási követelmények és a gondosan előkészített minták árán. Ezenkívül ez a geometria megköveteli, hogy a forrás és a minta közötti távolság állandó és egyenlő legyen a minta és az érzékelő közötti távolsággal. Az igazítási hibák gyakran vezetnek a fázis azonosításának nehézségeihez és helytelen mennyiségi meghatározáshoz. A rosszul pozícionált minta elfogadhatatlan mintaeltolódási hibákhoz vezethet. A minta lapossága, érdessége és a pozícionálási korlátok kizárják az in-line mintamérést. Ezenkívül a hagyományos XRD-rendszerek gyakran nagy teljesítményigényű, terjedelmes berendezéseken alapulnak, valamint nagy teljesítményű röntgenforrásokat alkalmaznak, hogy növeljék a mintára érkező röntgenáramot, ezáltal növelve a minta észlelt diffrakciós jeleit. Ezek a források emellett nagy gerjesztési területtel rendelkeznek, ami gyakran hátrányos a kis minták vagy kis mintaelemek diffrakciós elemzése szempontjából.
A polikapilláris röntgenoptika segítségével számos ilyen hátrányt és korlátozást le lehet küzdeni az XRD-alkalmazások fejlesztése érdekében. A polikapilláris kollimáló optika az erősen divergens sugarat alacsony divergenciájú, kvázi párhuzamos sugárrá alakítja át. Ezek segítségével olyan párhuzamos sugarú XRD-műszergeometria alakítható ki, amely nagymértékben csökkenti és kiküszöböli a parafókuszáló geometriában rejlő számos hibaforrást a csúcsok helyzetében és intenzitásában, például a minta helyzetét, alakját, érdességét, laposságát és átlátszóságát. A polikapilláris fókuszáló optika összegyűjti a divergens röntgenforrásból érkező röntgensugarakat, és egy kis fókuszált sugárnyalábot irányít a minta felületére, amelynek átmérője akár több tíz mikrométer is lehet, a kis minták vagy kis mintaelemek mikro-röntgendiffrakciós alkalmazásaihoz. Mindkét típusú polikapilláris optika nagyon nagy röntgensugár-intenzitást irányít a minta felületére, így az optikát alkalmazó XRD-rendszerek kis teljesítményű röntgenforrásokat használhatnak, csökkentve a műszer méretét, költségét és energiaigényét.
A röntgenoptikát alkalmazó röntgendiffrakciót számos különböző típusú alkalmazásban alkalmazzák, beleértve a vékonyrétegek elemzését, a minta textúrájának értékelését, a kristályos fázis és szerkezet megfigyelését, valamint a minta feszültségének és alakváltozásának vizsgálatát.