X射線晶體定向儀實際上就是一只在高壓下工作的真空二極管，它有兩個電極：一個是用于發射電子的燈絲，作為陰極，另一個是用于接受電子轟擊的靶材，作為陽極，它們被密封在高真空的玻璃或陶瓷外殼內。按照產生電子的方式，X射線管可分為充氣管和真空管兩類，根據密封材質不同，可分為玻璃管、陶瓷管和金屬陶瓷管；根據用途不同，可分為醫療X射線管和工業X射線管；根據密封方式不同，可分為開放式X射線管即在使用過程中需要不斷抽真空，密封式X射線管即生產X射線管時抽真空到一定程度后立即密封，使用過程中無需要再次抽真空。X射線管提供電部分至少包含有一個使燈絲加熱的低壓電源和一個給兩極施加高電壓的高壓發生器。當鎢絲通過足夠的電流使其發生電子云，且有足夠的電壓(千伏等級)加在陽極和陰極間、使得電子云被拉往陽極。
X射線晶體定向儀利用X射線衍射原理，精密快速地測定天然和人造單晶的切割角度，與切割機配套可用于上述晶體的定向切割，是精密加工制造晶體器件*的儀器。該儀器廣泛應用于晶體材料的研究，加工，制造行業。
高壓變壓器產生的高電壓加在X射線管上產生X射線，X射線晶體定向儀照射到樣品上，在符合公式n=2dsin時，產生衍射，衍射線被計數管接收，通過放大器的微安表把它顯示出來，使用單色器時，衍射線被單色化后，被計數器接收，通過放大器的微安表把它顯示出來，這樣做就可以進步其丈量精度。
X射線晶體定向儀是測定蛋白質晶體結構的極其重要方法。生物大分子X射線晶體學是揭示分子結構與功能的科學。目前還沒有一種工具能夠用它直接觀察到蛋白質內部的原子和基團的排列。雖然電子顯微鏡接近于看到大分子的輪廓。但是仍然僅限于揭露分子的大小、形狀、對稱性和聚集狀態等。通過X射線晶體定向儀可間接地研究蛋白質晶體的空間結構。對晶體結構的研究將幫助人們從原子的水平上了解物質。
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