Способ получения монохроматического рентгеновского излучения

Способ получения монохроматического рентгеновского излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано для получения монохроматического рентгеновского излучения. Целью изобретения является повышение интенсивности моно хроматического излучения на регулируемом расстоянии R от монокристалла . Для этого релятивистских электронов пропускают через монокристалл под углом 0 к выбранной системе атомных плоскостей и отбирают излучение в брэгговских направлениях . Монокристалл вырезают в виде пластины так, что выбранные плоскости расположены под углом я/2 - 0 к ее торцам, пластину изгибают с радиусом R и помещают в однородное магнитное поле величиной Н р E/eR, где /i- относительная скорость, е - заряд,-Б - энергия электрона. Направление магнитного п оля изгибает траектории электрон ов к вогнутой поверхности пластины. Для регулирования фокусного расстояния R одновременно изменяютрадиус изгиба пластины монокристалла и величину магнитного поля так, что Н -R const при . данной энергии электронов. За счет фокусирования рентгеновского излучения его интенсивность возрастает на порядок и больше, при этом фокусное расстояние R может плавно регулироваться при сохранении монохроматичности рентгеновского излучения. 1 ил. . СЛ

„.SU„, 302933

ССИОЭ СОВЕТСКИК

СООИАЛИСТИЧЕСКИК

РЕСПУБЛИК

А1 (51)5 G 21 К 1/06

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 30.05.92. Бюл. У 20 (21) 3892556/25 (22) Il.05.85 (7I) Научно-исследовательский инсти-. тут ядерной Физики при Томском поли техническом институте им. С.М.Кирова (72) С.А.Воробьен, В.В.Каплин и С.Д..Пак (53) 621.386(088.8) . (56).Русакон А.А. Рентгенография металлов. М., Атомиздат,,1977, с.l92193

Baryshevsky .V.G. et al . J. Physique, 1983,. v. 44, р. 913.

I (54) СПОСОВ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОХРОМАТИ-..

ЧЕСКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к области экспериментальной физики и мо- жет быть использовано для получения монохроматического рентгеновского излучения. Целью изобретения янляется повышение интенсивности монохроматического излучения на регулируемом расстоянии R от монокристалла. Для этого пучок-релятинистских электронов пропускают через монокристалл под углом g к выбранной системе атомных плоскостей и отбирают излучение в брэггонских направлениях. Монокристалл вырезают в виде пластины так, что выбранные плоскости расположены под углом 7/2 — 6 к:ее торцам, пластину иэгибают с радиусом R н помещают в однородное магнитное поле величиной H = p E/eR, где А- относительная скорость, е— заряд,-Š— энергия. электрона. Направление магнитного поля изгибает траектории электронов к вогнутой поверхности пластины. Для регулирования фокусного расстояния К одновременно изменяют радиус изгиба пласти- . Q ны монокристалла и величину магнитного поля ТВК что Н R = cotlst IIpH данной энергии электронов. За счет фокусирования рентгенонского излу" чения его интенсивность возрастает на порядок и больше, при этом фокусное расстояние R может плавно регу" лироваться при .сохранении монохро- матичности рентгенонскога излучения.

1 ил. ЬР

@Р

lЗО29ЗЗ

1

Изобретение относится к области экспериментальной и технической физики и может быть использовано в рентгенотехнике как источник моно. хроматического рентгеновского излучения с перестраиваемой частотой.

Целью настоящего изобретения является повышение интенсивности излучения на регулируемом расстоянии от монокристалла.

На чертеже схематично изображена реализация предлагаемого способа.

Пучок релятивистских электронов

l направляют на изогнутую по дуге радиуса К монокристаллическую пластину 2, которая ориентирована торцом перпендикулярно лучку электронов н помещена в однородное магнитное поле величиной Н =- PE/eR„ (p=v/с, v — скорость частицы, е — ee заряд, с — скорость света), силовые линии которого (на чертеже изображены крестиками) параллельны большой поверх.ности пластины. Пластина .монакристалла вырезана так, что выбранные атомные плоскости расположены под углом (ti/2 — 8 ) к ее торцам. При этом пучок электронов пересекает под углом 0 систему выбранных плоскостей °

Способ осуществляется следующим образом.

Пучок релятивистких электронов направляют перпендикулярно торцу мо3 нокрнсталлической пластины так, что электроны проходят под углом. 9 через систему вь,бранных атомных плоскостей (hkl). Под действием поперечного од". нородного магнитного поля электроны 4 движутся по дуге окружности с радиусом R, равным радиусу изгиба плас" тины, когда величина магнитного поля строго равна Н = P Е/eR..В таком случае пучок электронов пересекает вы- 4 бранные атомные плоскости (hkl) под одним и тем же углом 9 и в изогнутом кристалле. Как и в прототипе, . при пролете релятивистских электронов через монокристалл происходит дифрак-.

5 ция собственного электромагнитного поля заряда на системе кристаллогра, фических плоскостей. При этом в брэгговских направлениях излучаются монохроматические рентгеновские фотоны с частотой, определяемой формулой: где а - постоянная решетка кристалла, n — порядок дифракцине и = О, 1, 2. ° ° °

Бяагодаря изгибу кристаллической пластины рентгеновское излучение фокусируется в определенной точке иа расстоянии R от кристалла. Для изменения величины R фокусного расстояния с целью сохранения условия пере- . сечения всего семейства плоскостей под одним и тем же углом д необходимо изменить величину поля Н так. чтобы соблюдалось постоянство Н R = const. При этом условии рент-. геновское излучение сохраняет монохроматичность.

Генерация рентгеновского излучения происходит по всей длине крис-аллической пластины с длиной L. Длину пластины, которую целесообразно использовать в данном способе, можно оценить по формуле, учитывающей мно» гократное рассеяние: „„„с выбирают так, Чтобы пучок электронов не выбывал из-за многократного рассеяния при прохождении через пластину толщиной t. Здесь

L0 - радиационная длина; E = ? МэВ.

Например, для пластины S; величина

Ь = 9,36 см. Помимо ограничения на дйину пластины эффект многократного . рассеяния может привести только к некоторому размыванию монохроматичности пучка рентгеновских фотонов.

Для многих физических задач это уширение несущественно по сравнению с выигрышем в интенсивности излучения.

Излучаемые рентгеновские фотоны с частотой ио поглощаются в материале пластины. Поглощение определяется линейным коэффициентом поглощення p(e). С учетом этого эффекта толщину пластины целесообразно ограничить как t p или пропускать пучок в пластине большей толщины на расстоянии t < p. — от края ее вогнутой ловерхности. Предельный радиус, изгиба пластины также определяется ее толщиной как. К„,и„ lO t. СВыигрыш в интенсивности рентгеновского излучения согласно предложенному способу, по сравнению с прототипом, можно оценить следующим образом. Так как генерация фотонов идет со всей траектории электрона нри пров интенсивности по сравнению с прототипом составляет К L/ д Ц 15 раэ.

Чтобы изменить фокусное расстояние

К получаемого излучения, изменяют изгиб кристаллической пластины с од-. новременным изменением величины магнитного поля так, что Н " R -" const для данной энергии E электронов. Так, для электронов с энергией Е = 1 ГэВ, проходящих через пластину (110) Si для изменения фокусного расстояния с

Rz 300 см до R g = 600 см одновременно изменяют величину магнитного поля ю с Н = 10 кГс до Н = 5 кГс.

Формула изобретения

Способ гголучения монохроматического рентгеновского излучения, заключающийся в пропускании пучка релятивистских эпектронон через монокристаллическую пластину под брэгговским углом Я к выбранной системе кристаллографических плоскостей и отборе рентгеновского излучения в направлении брэгговского отражения, о т л ич а ю шийся тем, что, с цепью повьппенггя интенсивности излучения на регулируемом расстоянии R от монокристалла, пучок электронов направляют на торцовую поверхность изогнутой по радиусу R монокристаллической пластины, кристаллографические плоскости которой расположены под углом

7/2 — д к торцовой поверхности пластины, помещают ее в однородное магнит- ное поле величиной

Н = /3Е/е R, где p — относительная скорость элек-. трона; е - заряд электрона;, Š— энергия электрона, отклоняющее пучок электронов к вог нутой поверхности монокристалпической пластины.

3 1302933 хождении через пластину, то интенсивность излучения растет пропорционально длине L пластины. Тогда, если д à — размер сфокусированного пучка рентгеновского излучения на расстоянии R от кристалла, выигрыш в интенсивности составляет К Ь/ а f= Ь/R d g где з — расходимость падающего пучка заряженных частиц.

Если собственная расходимость рентге- 10 новского излучения д6 о j >)hY как, например, для квазипараллельного пучка электронов, то К «Ь/В. 60 . В таком предельном случае; например, для энергии электронов Е = 10 ГэВ 15 и длины пластины Ь 30 см при радиусе изгиба R = 1О м выигрыш в уве личении интенсивности рентгеновского излучения составляет К " б00 раз.

Пример конкретной реализации. 20

В качестве источника релятивистских заряженных частиц используют синхротрон СИРИУС с энергией пучка электронов Е = I ГэВ и угловой рас ходимостью пучка д<р= б 10 рад. 25

Монокристаллическая пластина выполнеэ на иэ кремния размерами 30х10х0,3 мм так, что кристаллографические плоскости (110} наклонены к большой грани пластины под углом 8 = 20 . Плас- 30 тину ориентируют так, чтобы ее торец. был перпендикулярен пучку электронов.

Затем пластину иэгибают по дуге радиуса R = 300 см и помещают в одно-. родное магнитное поле величиной Я =

= pE/е R -"10 кГс, которому соответ. ствует радиус изогнутой траектории электронов R - =300 см. При этом при пересечении электронами с энергией

Š— l ГэВ йлоскостей (110) кристал- 40 ла Si под углами 8 206 испускается рентгеновское излучение с частотой ц, 9,4 кэВ в. первом максимуме . спектра, которое фокусируется на расстоянии R * 300 см от кристалла в, 45 пятно размером Д г, 0,2 см. Выигрыш

1302933

Составитель Т.Владимирова

Редактор Г.Федотов Техред Л.Олейник Корректор Л.Патай,Заказ 2442 Подписное

ВНИИЙИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035 Москва - Pa ская наб. . 4 5

5 35, уи д /

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæroðîä, ул.Проектная, 4