Монохроматор рентгеновского излучения

Монохроматор рентгеновского излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

7145О6

Союз Советских

Социалистических

Респубпик т! -!-,1,;,. .,"p

/ (53)M. Кл.

I (61) Дополнительное к авт. свид-ву () Заявлено 26.10.77 (2l ) 2534050/) 825

6 21 К 1/06 с присоединением заявки М

Геаудеретееиньй иемитет

СССР ао делам нзобретений и еткрмтий (23) Приоритет (5Ç) УДК 548. .732:621. .386 (088.8) Опубликовано 05,02.80Льюллетень Ж 5

Дата опубликования описания 05.02.80 (72) Авторы изобретения

A. Г. Ростомян и П, А. Безирганян (71) Заявитель

Ереванский государственный университет (54) МОНОХРОМАТОР РЕНТГЕНОВСКОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам для получения сфокусированных монохроматических пучков рентгеновского излучения и может применяться в рентгеноспектральном и рентгеноструктурном анализе.

Известны плоские кристаллы-монокроматоры с асимметричностью отражения, которые позволяют уменьшить, сечение пучка и повысить его интенсивность 11).

Известны монохроматоры рентгеновского излучения, содержащие систему скрещенных кристаллов, отражающие поверхности которых представляют собой поверхности второго порядка, что позволяет пот5 лучить фокус, близкий к точечному 21.

Известны устройства для монохроматизации рент1.еновского излучения, содержащие жестко установленные на основании два параллельных кристалла с малым нараметром асимметричности 13).

Известные устройства не позволяют получать высокую степень фокусировки, причем, если использовать несколько кристаллов с последовательным уменьшением фокусировки, то значительно усложняется схема юстировки, Кроме того, известные устройства не обеспечивают получения достаточно острого фокуса и связаны со сложной обработкой отражающей поверхности, не обеспечена также достаточная степень фокусировки, Известен также монохроматор рентгеновского излучения, соперкаший несколько отражающих поверхностей, выполненных в монокри таллическом блоке, отверстия для входа я выхода рентгеновского излучения (4).

В этом монохроматоре отражающие поверхности параллельны отражающим плоскостям и фокусировка рентгеновского излучения не достигается.

Пель предлагаемого изобретения — повышение степени фокусировки монохроматизированного излучения. для этого в монокристаллическом блоке вырезан многогранник, ориентировангде

3 71450 ный пб "отйошению к системам" отра>ФЙоmHX ПЛОСКОСтЕй МОНОКРИСтаЛЛИЧЕСКОГо 6irOс nlh аю ка таким образом, что wlII + Ф„=álI.I,II где 9< <, glI — углы падения и от= «ЙЖенйя ", жответствуюшие махсималь5 ному коэффициенту . отражения излучения данной длины волны, для " -1 и

% отражающей поверхности многогран» ника, p q, И -угол между системами отражающих плоскостей, соответствуюших " .-1 - и " отражающим поверхностям.В частйости, в монокристалле, содер "- жащем взаимнбперпендикулярные систеMbI отражающих IUIocKOGTeN sblpasaH HpIIмой параллелепийед, в противоположных сторонах которого выполнены входное и Ььтходное отверстия для рентгеновского излучения.

Кроме того, МоНохроМВТор содержит

20 второй аналогичный монокристаллический блок, направление фокусировки которого перпендикулярно направлению фокусировки первого блока.

Это обеспечивает повышение степени фокусировки по сравнению с известными, а в случае использования второй системы кристаллов позволяет получить точечный, а не ленточный, сфокусированный монохроматический пучок.

На фиг, 1 показано циклическое расположение отражающих поверхностей крис таллов 1, когда их число равно четырем, входное 2 и выходное 3 окна, расположение атомных плоскостей 4, углы 5 асимметричностей отражений и ход лучей, нов ясняюший сущность фокусировки в плоскости, Первичный широкий пучок 6, содержащий непрерывный и характеристический спектры, через входное окно 2 падает на первый кристалл. Из-за асимметричности " отражений на всех гранях угол отражения скольжения меньше угла падения скольжения. После первого цикла правый 7 и левый 8 края пучка 9 становятся очень

C близки друг другу и к фокусу 10, показанных в увеличенном масштабе 11 На фотопластинке 12.

На фиг. 2 пояснена сущность фокусировки в пространстве. Gee идентичные фокусируюшне системы 13 и 14 кристаллов поставленв так, что их фокальные плоскости перпендикулярны друг другу. Кристаллическая система 14 съюстирована no отношению к системе 13 так, что фокусированный пучок 15 даййой- длины волны, вышедший из системы 13, может циркулировать в 14. На фиг. 2 показано, что

6 первичный пучок 16 кусируется сначала, в вертикальной плоскости в системе 13, а затем в горизонтальной плоскости в системе 14, Сфокусированный пучок 17 имеет то же направление, что и первичный.

Условия фокусировки рентгеновского излучения в устройстве циклически раоположенных систем из любого 0J числа таутозональных отражающих атомных плоскостей (фиг. 1) следующие:

X Г X I (q) - расстояние от фокуса до точки отражения на д -ом кристалле; — номер кристалла; р — номер текущего цикла; — общи и параметр асимметричности отражения в цикле:

Ф (lh) . (neo)

r=(-0 O. ЕМп(Ю„Ч„ /ь В„- У)=

Щю 1

=H) П р (с и- (щ ) (No)

Q„и Ои - исправленные углы ВульфаБрегга падения и отражения с учетом асимметричности, соответствующие максимальному коэффициенту отражения циркулируемого излучения с длиной волны р, - угол между отражающей поверхностью tl -ого кристалла и ее отражающими атомными плоскостями, ) - параметр асимметричности И -oro кристалла.

Как видно из формул (1) и (2), точки отражения Xg стремятся к фокусу при Ц 1 и g + .

Параметр фокусировки Г, определяе мый формулой (2), не только характеризует степень фокусировки на и -ом криоталле, т,е. закон стремления точек отражения к фокусу, а также определяет суммарное уменьшение поперечного сечения пучка за Один цикл, Асимметричности всех кристаллов выбираются из условия: (ЮЬ) (ltd) (- ) где б,.,q - угол между отражающими атомными плоскостями (n -1)-ым и

И -ым кристаллами, В системе кристаллов одновременно с фокусировкой происходит монохроматизация. рентгеновского пучка. цикличность позволяет иметь большое количество отражений, вызывающих увеличение степени монохроматичности цир; кулирующего излучения.

5 7 145

Поскольку фокусировка происходит в плоскости, то совокупность двух таких устройств в двух взаимноперпендикуляр- ных направленнях позволяет получить точечный пучок с бесконечно удаленным фоKусом.

Сфокусированные пучкн (ленточный при использования фокусировки в одной плоскости и игольчатый прн использовании фокусировки в двух перпендикулярных . 10 плоскостях) могут применяться в таких. областях физических исследований как рентгеновская интерферометрия, рентгеновская топография, рентгеноспектрапьный и структурный анализы,. голография микрообъектов и т.д.

Для экспернментального доказательства фокусировки в плоскости исследо. вания проводились на бездислокационном монокрил тапле германня (плотность диспо-2О капий меньше 10 на 1 см ) с использованнем излучения К, кобальта. Отражающими атомными плоскостями были выбраны семейства {220) и (440) (фигура 1 (4)), Число кристаллов И = 4. Coramÿÿ

25 пельность германия, из монокристалла был вырезан монолитный прямой паралле1 лепнпед, на третьем кристалле (д =3) которого прорезали продолговатое окно, .на нервом кристалле (И = 1) выходное

30 отверстие.

Асимметричности всех кристаллов бы ли выбрань1 из условия по формуле (3), гдето < И=+, а 16И6 4 таким обра-!

35 зом, чтобы длина волны ииркулируемого излучения 7«о совпадала с длиной волны, соответствующей максимуму интенсивности излучения Клл кобальта, а коэффициенты отражений каждого кристалла имели бы максимальные значения для Ло .

Углы асимметричностей отражений кристаллов

«4 « Ь= — 22 28 43"; (2 =

- 58o19 25".

Параметры аснмметричностей крнстал. лов: — 10, 571 6; 2%2 Ц= 9,5420.

Параметр фокусировки (т.е. параметр аснмметрнчностн одного Бнкла) равен 10 5р

Ширина и высота входного окна равны

7ммн1мм.

Выходное отверстие имеет диаметр

1 мм.

После изготовления крнсталла в нужном виде производится механическая обработка алмазными порошками, а для снятия поверхностных шероховатостей и дефектов, 06 6 возникающих в результате шлифовки, кристалл протравлнвают в травителе CP-4.

Испытання проводятся следующим образом. (см. ход лучей на фнг. 1). Пучок шириной в 6 мм и высотой в 1 мм через входное скно падает на первый кристалл, Правый край пучка отстоит от фокуса на 3 мм, а левый край — на 9 мм.

После первого цикла ширина пиркулирующего рентгеновского пучка становится

0,6 мкм и удаление фокуса равно 0,3 мкм.

Исследования и измерения показывают, что инркулируемый пучок имеет следующие геометрическую Р, угловую Ь9 и спектральнуюД, ширины:

ЬЯ = 0,6 мкм; 58= 3",&о=* 1,2 х х 1О A.

Суммарный коэффипиент отражения R : дпя Х@ имеет значение: P . 0,4062, Сфокусированные пучки (ленточный при использовании фокусировки в одной ппоскостн и игольчатый прн использования фокусировки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях) могут применяться в

;таких областях, как рентгеновская интерферометрня, рентгеновская топография, рентгеноспектральный и рентгеноструктурный анализ, голография мнкрообъектов и

lip„

Формула нэобретення

1. Монохроматор рентгеновского изпучення, содержащий несколько отражающнх поверхностей в монокристаллическом блоке, отверстия для входа и выхода рентгеновского излучения, о т и н ч а ющ н и с я тем, что, с пелью повышения степени фокуснровки, в монокрнстаплическом блоке вырезан многогранник, ориентированный по отношению к системам отражающих плоскостей монокристаллического блока таким образом, что И >no где и-л и и-л,И вЂ” углы падения и отражения, соответствующие максимальному коэффициенту отражения излучения. данной длины волны, лля "и-1" и у}" отражающей поверхности многогранника; А Л, И— утоп между системами отражающих плоскостей, соответствующих "И-1" и "ц" отражающим поверхностям.

2, Монохроматор по и. 1, o т и ич а ю щ н и с я тем, что в монокристалпе, содержащем взаимнопернендикулярные системы отражающих плоскостей, выре- ..

714506 зан прямой параллелепипед, в противойоложных сторонах которого выполнены входное и . и выходное отверстия для рентгеновского излучения. ге

3. Монохроматор. по пп. 1-2, о т л ич а ю m и и с я тем, что он содержит второй аналогичный монокристаллический блок, направление фокусировки которого перйендикулярно направлению фокусировки первого блока.

Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе

1. Хейкер Q. М., Зевин Л. С. Рентновская дифрактометрия, М„, 1963, с. 136-138, 2. Патент США ¹ 2688094, кл. 250-51.5, опублик. 1954, 3. Патент США ¹ 3160749, кл. 250-51.5, опублик, 1964. о 4. Патент ФРГ ¹ 1216628, кл. 42 Н 20/02, опублик. 1967.

714506

Составитель К. Кононов

Редактор В. Павлов Техред О. Ледей Корректор С. Шекмар

Зжаз 9302/52 Тираж- 505 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскан наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4