Ce tube est un tube à cathode froide qui va servir de source d'électrons. Ils sont ensuite accélérés par la différence de potentiel régnant entre la cathode et l'anticathode, puis brusquement ralentis par l'anticathode. Ce freinage brutal va engendrer l'émission de rayons X à la hauteur d'environ 1% ( des électrons freinés), le reste étant dissipé en chaleur ou faisant l'objet d'une recombinaison non radiative par effet Auger.

Les rayonnements généralement obtenus sont de l'ordre de 0,03 à 20 Å.

Les tubes actuels utilisent un Wehnelt qui s'emploie comme un potentiomètre permettant la régulation de l'intensité du faisceau d'électrons. Grâce à lui, seuls les électrons en mesure de créer un rayonnement X lors de l'impact et du freinage sur l'anticathode peuvent passer.

Les faisceaux sont de plus focalisés sur l'anticathode afin d'accroître le rendement et d'utiliser des anticathodes de taille différentes.

Fig.1

La brillance se définit comme étant la densité d'énergie sur le foyer. Ainsi si on dirige un faisceau d'électrons de 1000 sur un foyer de 10 on aura une brillance de 1000/10 soit 100 . Par conséquent, plus la taille du foyer sera petite plus la brillance sera élevée et plus la cathode va chauffer. Cet échauffement va correspondre à une perte d'énergie pour l'émission de photons X. L'intensité du faisceau X sera donc d'autant moins importante que la brillance sera forte. Cela va nous amener à réaliser un compromis entre l'intensité du faisceau, la longueur d'onde et la tache focale.

Par exemple, pour une diffraction sur monocristaux des faisceaux très collimatés sont nécessaires, on utilisera donc des tubes à haute brillance soit à foyer fin. (Utilisé dans l'étude des surfaces cf. B). Inversement en diffractométrie des poudres les faisceaux nécessaires doivent être larges, l'intensité n'étant plus primordiale, dans ce cas les tubes à foyer large seront utilisés.
Les fenêtres en Béryllium permettent de régler la divergence du faisceau (en général de 3° à 6°) tout en ayant comme foyer l'anticathode.
Les anticathodes usuelles sont en Argent(Ag), Molybdéne(Mo), Cuivre(Cu), Cobalt(Co), Fer(Fe), Chrome(Cr), Or(Au) et Tungstène(W).

C'est une source de grande puissance. Le faisceau d'électrons tombe sur une anticathode tournant à une vitesse de 3 à 3000 tours par minute. L'énergie du faisceau d'électrons est alors répartie sur la totalité du cylindre tournant ce qui permet de gagner à la fois en brillance et en puissance.
Par exemple des puissances de 15 à 20 kW pour une brillance de 1200 .

Les rayons X couvrent un domaine allant des rayons Gamma aux ultraviolets. Ils sont ainsi répartis en deux catégories principales:
    - les " X mous " avec une longueur d'onde de 5 à 100 Å
    - les " X durs " avec une longueur d'onde de 0.01 à 0.5 Å
L'étude des surfaces s'effectue en très grande partie dans le domaine des "X mous ".
Le rayon X est une onde électromagnétique avec un vecteur champ électrique perpendiculaire au vecteur d'onde de la propagation. Si on considère que est l'intensité du faisceau incident alors : =< >² et l'énergie transportée par unité de temps et par unité de surface par une onde de fréquence ( joule.. ) est :

I()=N() h

avec N() : nombre de photons d'énergie h par unité de surface et par unité de temps.
Le rayonnement X pourra soit être considéré comme étant un flux de particules (N) soit comme une onde électromagnétique ().

Il possède une forme caractéristique de chaque anticathode, mais il est toujours constitué de deux parties :
    - un spectre continue
    - un spectre de raie.

Ce rayonnement est issu de la violente décélération des électrons qui se manifeste sous deux formes :
    - une dissipation de chaleur
    - et l'apparition d'onde électromagnétique : les rayons X

Soit par exemple un électron accéléré par un champ produit par une tension ; son énergie cinétique sera = e et si on considère que lors de la décélération une partie de son énergie cinétique se transforme en chaleur, alors il pourra émettre un rayonnement tel que :

Soit pour la longueur d'onde :

Ainsi la plus grande longueur d'onde émise sera :     soit     .

L'intensité du rayonnement blanc sera donnée par la forme empirique :

   avec i : intensité
                                                 V : tension accélératrice
                                                 Z : numéro atomique de la matière de l'anticathode

Ainsi plus l'anticathode a un numéro atomique important (W-74-,Hg-42-,Ag-47-) plus le bruit blanc (ou spectre d'émission continue) sera intense.

Les raies caractéristiques :
Elles sont dues à une manifestation quantique des atomes constituant l'anticathode. En effet au dessus d'une tension critique l'énergie cinétique des électrons est suffisante pour pouvoir éjecter un électron des couches internes K du cortège électronique.

L'atome est alors dans un état excité instable et se réorganise en comblant le déficit de sa couche par une transition électronique d'un autre de ses niveaux.

Cette réaction ne dépend donc que de la tension accélératrice et de la matière constituant l'anticathode.
L'émission de photons X s'effectue lors de la transition d'un électron d'une couche supérieur vers le " trou ".

Par exemple, suivant la couche dont est originaire l'électron, le photon aura une fréquence telle que :
puis ou en une seule transition : .
Cela va donner naissance à plusieurs séries de raies dont les plus intéressantes sont les K et L.

La loi de Mosley permet d'écrire plus précisément l'émission du photon :

:

                                                - R : constante égale à 1 Rydberg :13.56 eV
                                                - Z : nombre de protons du noyau.