Радиационный способ измерения плотности

 

Изобретение относится к области плотнометрии твердых тел по обратному рассеянию быстрых электронов методом порошковой металлургии и предназначено для измерения плотности в подслоях объектов, состоящих из слоев материалов разного вида, изготовленных преимущественно методами порошковой металлургии или гальваники. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения распределения плотности в подслоях измеряемых объектов, состоящих из слоев, для каждого из которых известны атомный номер, средняя плостность и средняя толщина. Поток электронов направляют на поверхность объекта, регистрируют обратно рассеянные электроды, вышедшие за пределы экранируемой области поверхности объекта, при этом ступенчато увеличивают энергию электронов и размеры экранируемой области, причем при каждой энергии получают результаты регистрации для контролируемого объекта и для модельных образцов и по результатам регистрации судят о плотности глубинного слоя объекта. Дополнительно регистрируют обратно рассеянные электроны, выходящие из любой точки поверхности, при этом ступенчато увеличивают энергию электронов в пучке в соответствии с массовыми толщинами слоев эталонного объекта, причем при каждой энергии получают результаты регистрации для контролируемого объекта и модельного образца, который изготавливают с учетом результатов регистрации обратно рассеянных электронов, выходящих из любой точки поверхности, и результатов регистрации обратно рассеянных электронов, выходящих за пределы экранируемых областей, при всех предыдущих энергиях как для объекта, так и модельных образцах, а также виде материалов слоев и порядка их следования по глубине объекта. 14 ил.

Изобретение относится к средствам определения плотности материалов и предназначено для измерения плотности спеченных материалов, изготавливаемых методами порошковой металлургии или гальваники. Цель изобретения обеспечение возможности измерения распределения плотности в подслоях измеряемых объектов, состоящих из слоев, для каждого из которых известны атомный номер, средняя плотность и средняя толщина. На фиг. 1 изображен измеряемый объект; на фиг.2 схема измерения в геометрии прямой видимости; на фиг.3 геометрия измерения с регистрацией обратно рассеянных электронов, выходящих из области за пределами экранируемой торцом коллиматора области поверхности; на фиги.4-14 схемы осуществления способа. Измеряемый объект состоит (фиг.1) из двух или нескольких слоев материалов различного вида. Количество, порядок следования слоев и вид материалов известны. Известно, также, что материалы слоев имеют неизменный элементный состав, а значит и неизменные эффективные атомные номера. Известны номинальная средняя плотность материалов каждого слоя и номинальная толщина каждого слоя t_i³. Известно, что возможное отклонение действительной средней плотности материала каждого слоя объекта от его номинальной средней плотности мало по сравнению со средней плотностью слоя, а возможное отклонение действительной толщины каждого слоя объекта t_i^o от его номинальной толщины t_i³ мало по сравнению с толщиной слоя. Известно, что распределение плотности по толщине каждого слоя неравномерное, а отклонение действительной средней плотности материала каждого слоя от номинальной средней плотности обусловлено отклонением распределения по толщине слоя. Настоящий способ позволяет определить распределение плотности по глубине каждого слоя объекта, т.е. определить среднюю плотность в нескольких подслоях в пределах слоя. Способ реализуется с помощью электронного плотномера, выполненного на основе источника электронного пучка с регулируемой энергией электронов. При направлении пучка быстрых электронов на поверхность объекта распределение F плотности тока обратно рассеянных электронов по поверхности объекта определяется толщинами слоев, распределениями плотности материала в пределах слоев и элементными составами (эффективными атомными номерами) материалов слоев. Это выражается как в зависимости суммарного тока обратно рассеянных электронов из поверхности объекта, так и в зависимости формы распределения плотности тока обратно рассеянных электронов по поверхности объекта. В "геометрии первой видимости" детектором 1 (фиг.2) всей области поверхности объекта, в пределах которой обратно рассеянные электроны выходят из объекта, результат регистрации практически не зависит от формы распределения плотности тока обратно рассеянных электронов по поверхности объекта и пропорционален суммарному току обратно рассеянных электронов из поверхности объекта, который практически определяется только массовыми толщинами слоев, полностью лежащих в пределах глубины контроля и эффективными атомными номерами материалов всех слоев в пределах глубины контроля, но практически не зависит прямо от плотности материалов слоев. В геометрии регистрации обратно рассеянных электронов, выходящих из участка поверхности за пределами экранируемой торцом коллиматора 2 области поверхности (фиг. 3), результат регистрации сильно зависит от формы распределения F плотности тока обратно рассеянных электронов по поверхности объекта, которая определяется не только массовыми толщинами слоев, полностью лежащих в пределах глубины контроля, и эффективными атомными номерами материалов слоев, но сильно зависит от распределения плотности материалов во всех слоях в пределах глубины контроля. Использование коллиматора с оптимальным радиусом торца обеспечивает наибольшую чувствительность к изменениям плотности при установленной энергии электронов и существующих распределениях плотности материала в слоях, их толщинах и элементных составов материалов. Например, увеличение плотности от ρ_ij до ρ_ij+Δρ_ij в каком-либо подслое в пределах глубины контроля приводит к сужению распределения плотности тока по поверхности и к уменьшению результата регистрации обратно рассеянных электронов, выходящих за пределами экранируемой торцом коллиматора области поверхности объекта. Допустим, что достаточно определить среднюю плотность в двух подслоях каждого слоя. Такая низкая дискретность позволит сократить объем изложения примера реализации способа без ущерба для его иллюстрации. 1. а) Исходя из номинальной средней плотности материала первого слоя объекта и его номинальной толщины t₁^э устанавливают энергию электронов в пучке Е₁ и коллиматор с радиусом торца R1, при которых массовая глубина контроля D₁ составляет ≈ 0,5t₁^э в соответствии с принятой дискретностью определения распределения плотности. Изготавливают модельные образцы N 1-1 и 2-1 (фиг.4). Модельный образец N 1-1: материал образца материал, идентичный по составу с материалом первого слоя объекта, имеющего эффективный атомный номер Z₁, средняя плотность материала образца ρ₁₁*, близкая к номинальной средней плотности материала первого слоя объекта ρ^x₁₁≈ , толщина t₁₁* такая, что массовая толщина образца превышает массовую глубину контроля при E_t, t₁₁* ρ₁₁* > D₁. (1) Модельный образец N 2-1: материал образца такой же, как материал первого слоя объекта; средняя плотность материала образца ρ₁** равна ρ₁₁** ρ₁₁*** + Δρ₁₁; толщина t₁₁** такая, что массовая толщина образца превышает массовую глубину контроля при Е₁ (nR₁), t₁₁** ρ₁₁** > D₁ Устанавливают последовательно модельные образцы на торец коллиматора (фиг.4) и регистрируют обратно рассеянные электроны, вышедшие из участка поверхности за пределами экранируемой торцом коллиматора области. Различие результатов регистраций на модельных образцахN 1-1 и N 2-1 обусловлено только различием плотностей ρ₁₁** ρ₁₁* U₁₁** U₁₁* K₁₁ (ρ₁₁** ρ₁₁*) (1) и позволяет найти чувствительность К₁₁ к изменениям плотности в слое, ограниченном массовой глубиной D₁, в диапазоне плотностей, в котором находится номинальная средняя плотность, а значит и действительная средняя плотность первого слоя. Устанавливают объект на торец этого коллиматора (фиг.4) и регистрируют обратно рассеянные электроны, вышедшие за пределы экранируемой области поверхности объекта. Поскольку регистрация на объекте проводилась в такой же геометрии и при таких же Е₁ и R₁, что и регистрация на модельных образцах N 1-1 и N 2-1, то различие результатов регистрации на объекте U₁₁^о и на одном из модельных образцов, например, N 1-1, можно представить через К₁₁ в виде U₁₁^o U₁₁* K₁₁ (ρ₁₁^o ρ₁₁*). (2) Тогда из (1) и (2) находят ρ₁₁^о плотность в подслое первого слоя, ограниченном массовой глубиной D₁
ρ^o₁₁= (ρ^**₁₁-ρ^*₁₁)+. (2) Толщина этого подслоя определяется по массовой глубине D₁ и найденной плотности ρ₁₁^о из соотношения
t₁₁ D₁/ρ₁₁^o. (3)
Изготавливают пластину N 1 толщиной t₁₁ с плотностью ρ₁₁^o из материала того же вида, что и материал первого слоя. б) Исходя из номинальных массовых толщин первого и второго слоев объекта устанавливают энергию электронов Е⁽¹⁾, при которой массовая глубина контроля D⁽¹⁾ при регистрации обратно рассеянных электронов в "геометрии полной видимости" всей области поверхности объекта, в пределах которой вообще выходят обратно рассеянные электроны (фиг.5), заведомо расположена в пределах второго слоя объекта (например, D¹ ≈ ρ^э₁t^э₁+ 0,5, t₂^э, (4), материал которого имеет эффективный атомный номер Z₂. Изготавливают модельный образец N 3-1 (фиг.5). Первый слой образца N 3-1 изготовленная ранее пластина N 1 с толщиной t₁₁ и плотностью ρ₁₁^о из материала с эффективным атомным номером Z₁. Второй слой образца N 3-1 пластина из материала с тем же эффективным атомным номером Z₂, какой имеет материал второго слоя объекта. Плотность материала второго слоя образца N 3-1 ρ₂¹ выбрана близкой к номинальной средней плотности второго слоя объекта, т.е.
Толщина второго подслоя образца N 3-1 t₂¹¹ выбирается такой, при которой массовая толщина образца N 3-1 превышает массовую глубину контроля D⁽¹⁾, т. е. исходя из условия
ρ₁₁^ot₁₁+ρ₂⁽¹⁾ t₂⁽¹⁾ > D⁽¹⁾ (5)
t₂⁽¹⁾ > (D⁽¹⁾ ρ₁₁ t₁₁)/ρ₂⁽¹⁾ (6)
Устанавливают последовательно модельный образец N 3-1 и объект на фиксированное расстояние L от торца коллиматора (фиг.5) и регистрируют обратно рассеянные электроны в "геометрии полной видимости". Допустим, что результат регистрации в этой геометрии на объекте V₁^опревышает (при Z₂ < Z₂) или меньше (при Z₂ > Z₁) результата регистрации обратно рассеянных электронов на модельном образце N 3-1 V₁^к. Это означает, что массовая толщина первого подслоя объекта превышает массовую толщину пластины N 1, имеющей толщину t₁₁ и плотность ρ₁₁^о, глубина контроля при энергии Е₁ (nR₁) в геометрии (фиг.4) меньше действительной массовой толщины первого подслоя объекта, а значит пластина N 1 и слой толщиной t₁₁ первого подслоя объекта имеют одинаковые средние плотности, равные ρ₁₁^о. Таким образом, действительные параметры подслоя ρ₁₁^о и t₁₁^о равны и ρ₁₁ t₁₁ ρ₁₁^o ρ₁₁, t₁₁^o t₁₁. Если соотношение между V₁ и V₁* оказалось бы противоположным, то это означало бы, что массовая глубина контроля при Е₁ (nR₁) в геометрии (фиг.4) и оказалось больше действительной массовой толщины первого подслоя, а ρ₁₁ и t₁₁ не характеризуют первый подслой объекта из-за влияния второго подслоя в геометрии фиг.4. В таком случае следует установить другую энергию электронов E₁¹ < E₁(nR₁¹ < R₁) и в геометрии фиг.4 повторить измерения, а по ним найти соответствующие (ρ₁₁)¹ и (t₁₁)¹ и изготовить пластину N 11 с такими параметрами. Затем проверить, удовлетворяется ли соотношение между (V₁*)₁ и (V₁^o)¹. Если соотношение между V₁^о и V₁* (или V₁^o)¹ и (V₁*)¹удовлетворяется, то переходит к определению плотности следующего подслоя. II. а) Исходя из номинальной массовой толщины первого слоя t, учитывая принятую дискретность определения распределения плотности, устанавливают энергию электронов в пучке Е₂ и коллиматор с радиусом R₂(E₂ > E_n R₂ > R₁), при которых массовая глубина контроля D₂ t (фиг.6). Изготавливают модельный образец N 1-2. Первый слой модельного образца N 1-2 пластина N 1, толщина которой t₁₁^o t₁₁^o, а плотность ρ^o₁₁=ρ₁₁ (набор из одной пластины). Второй слой модельного образца N 1-2 пластин из того же материала, что и пластина N 1; плотность материала пластины ρ₁₂*≈ρ₁₁^o; толщина пластины такая, при которой суммарная массовая толщина образца N 1-2 превышает массовую глубину контроля D₂, т.е. исходя из условия
ρ₁₁^o t₁₁^o + t₁₂* ρ₁₂* > D₂
t₂* > (D₂ ρ₁₁^o t₁₁^o)/ρ₁₂* (7) Устанавливают модельный образец N 1-2 на торец коллиматора и определяют результат регистрации U₁₂*
б) Изготавливают модельный образец N 2-2. Первый слой модельного образца такой же, как у модельного образца N 1-2. Второй слой модельного образца N 2-2 отличается от второго слоя образца N 1-2 тем, что плотность материала пластины ρ₁₂^**=ρ₁₂^*+Δρ₁₂, а толщина выбирается из условия
t₁₁^o ρ₁₁^o + t₁₂** ρ₁₂** > D₂, т.е. t₁₂** > (D₂ t₁₁^o ρ₁₁^o)/ρ₁₂** (8)
Устанавливают модельный образец N 2-2 на торец коллиматора и определяют результат регистpации U₁₂**. Учитывая, что модельные образцы N 1-2 и N 2-2 отличаются в пределах массовой толщины D₂ только плотностью вторых пластин ρ₁₂* и ρ₁₂**, различие между U₂₁** и U₁₂** можно записать в виде
U₁₂** U₁₂* K₁₂ (ρ₁₂** ρ₁₂**), (9) где К₁₂ чувствительность к изменениям плотности к подслое, ограниченном массовыми глубинами t₁₁^o ρ₁₁^o и D₂. Устанавливают объект на торец коллиматора и определяют результат регистрации U₁₂^o. В пределах массовой глубины D объект и, например, модельный образец N 1-2 в пределах подслоя до глубины t₁₁^о имеют плотность ρ₁₁^о, а различаются плотностью в глубинном слое, ограниченном массовыми глубинами t₁₁^o ρ₁₁^o и D₂, значение которой находится в том же диапазоне плотности, что и ρ₂* и ρ₁₂**. Различие между U₁₂^o и U₁₂* может быть выражено соотношением
U₁₂^o U₁₂* K₁₂ (ρ₁₂ ρ₁₂*), из которого с учетом (3) определяется
ρ₁₂= (U^o₁₂-U^*₁₂)+ρ^*₁₂ (10)
Изготавливают пластину N 2 с плотностью ρ₁₂ и толщиной t₁₂, удовлетворяющей условию t₁₁^o ρ₁₁^o + t₁₂ ρ₁₂ D₂, т.е. t₂ (D₂ t₁₁^o ρ₁₁^o)/ρ₁₂ (11)
в) Устанавливают энергию электронов Е¹. Изготавливают модельный образец N 3-2 (фиг.7). Первый слой модельного образца пластина N 1. Второй слой модельного образца пластина N 2. Третий слой пластина из материала того же вида, что
материал второго слоя объекта, имеющий эффективный атомный номер Z₂. (Пластины N 1 и N 2 набор пластин). Плотность материала третьего слоя ρ₃⁽¹⁾ выбрана близкой к номинальной средней плотности второго слоя объекта, т.е. ρ⁽₃¹⁾≈
Выбирают толщину третьего слоя образца t₃⁽¹⁾, при которой суммарная массовая толщина образца N 3-1 превышает массовую глубину контроля D⁽¹⁾, т.е. исходя из условия
ρ₁₁^o t₁₁^o + ρ₁₂ t₁₂ + t₃⁽¹⁾ ρ₃⁽¹⁾ > D⁽¹⁾, откуда
t₃⁽¹⁾ > (D⁽¹⁾ ρ₁₁^o t₁₁^o ρ₁₂ t₁₂)/ρ₃⁽¹⁾ (12)
Устанавливают модельный образец N 3-2 на такое же расстояние от торца коллиматора, на какое устанавливался при энергии Е⁽¹⁾электронов модельный образец N 3-1 (фиг.7), и получают результат регистрации V₁** в "геометрии прямой видимости". Возможны три случая соотношения между V₁^о и V₁**. Случай первый. Если V₁^о меньше (при Z₂ < Z₁) или больше (при Z₂ > Z₁) V₁**, то это означает, что действительная массовая толщина первого слоя объекта меньше, чем суммарная толщина пластин N 1 и N 2. Из этого следует, что при энергии Е₂ (nR₂) в геометрии фиг.6 массовая глубина контроля D₂ оказалась за пределами первого объекта во втором слое, материал которого имеет эффективный атомный номер Z₂. Поскольку модельные образцы N 1-2 и N 2-2 были выполнены только из материала с эффективным атомным номером Z₁ в предположении, что D₂находится в пределах первого слоя объекта, то параметры пластины N 2 как t₁₂, так и ρ₁₂, не характеризуют соответствующего интервала глубины первого слоя объекта из-за влияния на них второго слоя. Вместе с тем, т.к. V₁^o, V₁*, V₁** получены в одних и тех же условиях, то по V₁* и V₁* можно определить чувствительность К₁ к изменениям массовой толщины первого слоя объекта из соотношения
V₁** V₁* K₁t₁₂, а затем из соотношения
V₁^o V₁* K₁ (d₁ t₁₁^o ρ₁₁^o) действительную массовую толщину d₁ первого слоя объекта
d₁= t₁₂ρ₁₂+t^o₁₁ρ^o₁₁ (13) После этого о первом слое объекта известно, что его действительная массовая толщина равна d₁, а подслой в пределах толщины t₁₁^o имеет плотность ρ₁₁^о. Так как действительная толщина t₁^о всего первого слоя объекта неизвестна, то неизвестен и действительный интервал толщины первого слоя объекта от t₁₁^o до t₁^o. Если действительную плотность материала первого слоя в интервале от t_11o до t₁₁^о обозначить ρ₁₂^о, то имеем d₁ t₁₁ρ₁₁^o + (t₁^o t₁₁^o) ρ₁₂, что не дает возможности по d₁ и t₁₁^o ρ₁₁^oнайти как t₁^o t₁₁^o, так и ρ₁₂^о, а только (t₁^o t₁₁^o) ρ₁₂^о. Для определения как t₁^o t₁₁^o, так и ρ₁₂^о необходимо установить энергию Е_2к и коллиматор с радиусом торца коллиматора R_2к, при которых глубина контроля D_2к d₁, т.е. глубина контроля точно совпадает с границей первого слоя объекта (фиг.8). На торец коллиматора устанавливают образцы N 1-2 и N 2-2 и определяют результаты регистрации U_12к* и U₁₂к** по которым определяют чувствительность К_12к к изменениям плотности теперь уже в слое от t₁₁^одо t₁^о при Е_1к и R_2к из соотношения
U_12к** U_12к K_12к (ρ₁₂** ρ₁₂*). Устанавливая объект на торец коллиматора при Е_2к и R_2к, получают U_12к^о, а затем из соотношения
U_12к^о U_12к* К_12к (ρ_12к ρ₁₂*) находят
ρ_12K= (ρ^**₁₂-ρ^*₁₂)+ρ^*₁₂ (14)
Так как D_2к d₁, то t₁₁ ρ₁₁^o + t_12к ρ_12к d₁, откуда находят
t_12к (d₁ t₁₁ ρ₁₁^o) ρ_12к (15)
Именно t_12к и ρ_12к, а не t₁₂ и ρ₁₂ являются наряду с t₁₁^о и ρ₁₁^одействительными параметрами первого слоя объекта ρ₁₂^о ρ_12к, t₁₂= t_12к, т. к. они характеризуют весь первый слой объекта и не искажены влиянием другого слоя. Изготавливают пластину N 2k из материала с эффективным атомным номером Z₁, толщиной t_12к и плотностью ρ_12к, которую используют в модельных образцах вместо пластины N 2. Совместно пластины N 1 и N 2k моделируют первый слой объекта. Второй случай. Если V₁^o V₁**, то это означает, что при Е₂ и R₂ глубина контроля оказалась на границе слоя. При этом определенные при этих Е₂ и R₂значения t₁₂ и ρ₁₂ являются действительными характеристиками первого слоя ρ₁₂^о ρ₁₂, t₁₂^о t₁₂ и в совокупности с t₁₁^о и ρ₁₁^о полностью характеризуют распределение плотности в нем с принятой дискретностью (в данном случае равной 2). Третий случай. Если V₁^о больше (при Z₂ < Z₁) или меньше (при Z₂ > Z₁)V₁*, то это означает, что действительная массовая толщина первого слоя объекта больше, чем суммарная массовая толщина пластин N 1 и N 2. При этом значения t₁₂ и ρ₁₂ являются действительными характеристиками первого слоя, но t₁₁^o ρ₁₁^o и t₁₂, ρ₁₂ не характеризуют полностью первый слой. Возникает возможность либо по V₁*, V₁**, V₁^o определить d₁, установить по d₁ E_2к и R_2к и получить t_12к, ρ_12к; а t₁₂, ρ₁₂ не использовать для характеристики первого макрослоя, либо, приняв более высокую дискретность определения распределения пластин в слое, перейти к большим энергиям и радиусу торца и на этом шаге выйти на первый или второй случай. Допустим, что реализовался первый случай, как наиболее общий, и пластины N 1 и N 2 моделируют первый слой объекта. III. Исходя из номинальной средней плотности материала второго микрослоя объекта и его номинальной толщины t₂³, а также уже определенной массовой толщины первого слоя d₁ t₁₁^o ρ₁₁o + t_12к ρ_12кустанавливают энергию электронов в пучке Е₃ и коллиматор с радиусом торца R₃, при которых массовая глубина контроля D₃ составляет D₃≈ t^o₁₁ρ^o₁₁+t_12K+0,5 t в соответствии с принятой дискретностью определения распределения плотности. а) Изготавливают модельный образец N 1-3 (фиг.9). Первый и второй слои модельного образца пластины N 1 и N 1k (набор пластин). Третий слой пластина из того же материала, имеющего эффективный атомный номер Z₂, из которого выполнен второй слой объекта. Плотность материала этой пластины выбирается ρ^*₂₁≈ , а толщина выбирается из условия, что суммарная массовая толщина образца N 1-3 превышает D₃, т.е. в соответствии с условием
ρ₁₁^o t₁₁^o + ρ_12к t_12к + ρ₂₁* t₂₁* > D₃, откуда
t₂₁* > (D₂ ρ₁₁^o t₁₁^o ρ_12к t_12к)/ρ₂₁* (16)
Устанавливают модельный образец N 1-3 на торец коллиматора и определяют результат регистрации U₂₁* (фиг.9). б) Изготавливают модельный образец N 2-3 (фиг.9). Первый и второй слои модельного образца те же, что у модельного обpазца N 1-3. Третий слой пластина из того же материала, из которого выполнен слой объекта, плотность материала пластины ρ₂₁** ρ₂₁* + Δρ₂₁; толщина пластины устанавливается из условия, что суммарная массовая толщина образца N 2-3 превышает D₃, т.е. в соответствии с условием
ρ₁₁^o t₁₁^o + ρ_12к t_12к + ρ₂₁** t₂₁** > D₃,
(17)
t₂₁** > (D₂ ρ₁₁^o t₁₁^o ρ_12к t_12к)/ρ₂₁**. Устанавливают модельный образец N 2-3 на торец коллиматора и определяют результат регистрации U₂₁** (фиг.9). Устанавливают объект на торец коллиматора и определяют результат U₂₁^о. Из соотношений
определяют плотность первого подслоя второго слоя объекта ρ₂₁,
ρ₂₁= (ρ^**₂₁-ρ^*₂₁)+ ρ^*₂₁ (18) Толщина этого слоя определяется по массовой глубине D₃ и массовой толщине первого слоя объекта из соотношения
D₃ t₁₁ ρ₁₁^o + t₁₂ ρ_12к + t₂₁ ρ₂₁, откуда
t₂₁ (D₃ t₁₁ ρ₁₁^o t_12к ρ_12к)/ρ₂₁ (19)
Изготавливают пластину N 3 с плотностью ρ₂₁ и толщиной t₂₁. в) Исходя из номинальных массовых толщин первого, второго и третьего слоев объекта устанавливают энергию электронов Е⁽²⁾, при которой массовая глубина контроля D¹² при регистрации обратно рассеянных электpонов в "геометрии полной видимости" всей области поверхности объекта, в пределах которой вообще выходят обратно рассеянные электроны (фиг.9), заведомо расположена в пределах третьего слоя объекта (например,
D²¹ ≈ρ₁₁^o t₁₁^o + ρ_21к t_21к + ρ₂³ t₂³ +
+ 0,5 ρ₃^э t₃^э) (4) материал которого имеет эффективный номер Z₃. Изготавливают модельный образец N 3-3 (фиг.10). Первый, второй, третий слои образца пластины N 1, N 2, N 3 (набор пластин). Четвертый слой образца N 3-3 пластина из материала с эффективным атомным номером Z₃ материала третьего слоя объекта, плотность материала пластины ρ⁽₄²⁾≈ ; толщина четвертого слоя образца N 3-3 выбирается из условия, что суммарная массовая толщина модельного образца N 3-3 превышает D⁽²⁾
ρ₁₁^o t₁₁^o + ρ_12к^о t_12к^о + ρ₂₁ t₂₁+
+ ρ₁⁽²⁾ t₄⁽²⁾ > D⁽²⁾
t₄⁽²⁾ > (D⁽²⁾ ρ₁₁^o t₁₁^o ρ_12к^o t_12к^o
ρ₂₁ t₂₁)/ρ₄⁽²⁾ (20)
Устанавливают последовательно модельный образец N 3-3 и объект на фиксированном расстоянии L от коллиматора (фиг.10) и регистрируют обратно рассеянные электроны в "геометрии полной видимости". Допустим, что результат регистрации обратно рассеянных электронов на объекте V₂^о оказался меньше (при Z₃ < Z₂) или больше (при Z₃ > Z₂) результате регистрации обратно рассеянных электронов на модельном образце N 3-3 V₂*. Это означает, что действительная массовая толщина второго слоя объекта оказалась меньше массовой толщины пластины N 4, массовая глубина D₃ при энергии Е₃ (nR₃) оказалась в пределах третьего слоя, и поэтому параметры ρ₂₁ и t₂₁ не характеризуют второй слой объекта. г) Устанавливают энергию электронов в пучке, равной Е₄ и коллиматор с радиусом торца R₄ (E₂ < E₄ < E₃, R₂ < R₄ < R₃), обеспечивающие массовую глубину контроля, равную D₄ (D₂ < D₄ < D₃). Проводят те же операции, что при энергии Е₃ с коллиматором, имеющим радиус торца R₃, с использованием модельных образцов N 1-3 и N 2-3. В результате получают скорректированные параметры t_21к и ρ_21к (фиг.11). Изготавливают пластину N 3k с такими параметрами из материала с эффективным атомным номером Z₂. В образце N 3-3 пластину N 3 заменяют пластиной N 3k. Устанавливают энергию электронов в пучке Е⁽²⁾, устанавливают этот образец N 3-3k с пластиной N 3k на то же расстояние L и регистрируют обратно рассеянные электроны в "Геометрии видимости" (фиг.12). Допустим, что результат регистрации обратно рассеянных электронов на модельном образце N 3-3k/V_2к^т оказался меньшим (при X₃ < Z₂ или большим (при Z₃ > Z₂ результате регистрации обратно рассеянных электронов на объекте V₂^o. Это означает, что массовая толщина второго слоя объекта превышает массовую толщину пластины N 3k и массовая глубина контроля при энергии E₄(nR₄) находилась в пределах второго слоя, а материал в глубинном слое толщиной t_21к у верхней границы второго слоя объекта имеет плотность ρ_21к, т.е. t₂₁^o t_21к, ρ₂₁^о ρ_21к. Так как образцы N 3-3 и N 3-3k отличаются в пределах массовой глубины D¹² контроля в "геометрии прямой видимости" только массовыми толщинами третьих пластин, диапазон которых совпадает с диапазоном массовых толщин, в котором лежит действительная массовая толщина второго слоя объекта, то по соотношениям
V₂* V_21к* K₃ (t₂₁ ρ₂₁ t_21к ρ_21к),
V₂^o V_2к* K₃ (d₃ t_21к ρ_21к) определяют действительную массовую толщину второго слоя объекта d₂
d₂= + t_21Kρ_21K (7)
д) Устанавливают энергию электронов Е₅ и коллиматор с радиусом торца R₅, при которых глубина контроля D₅ равна действительной массовой толщине первого и второго слов объекта,
D₅ d₁ + d₂. Изготавливают модельный образец N 1-4. Первый, второй, третий слои модельного образца пластины N 1, 2k, 3k (набор пластин). Четвертый слой пластина из материала с эффективным атомным номером Z₂; плотность материала пластины ρ₂₂* ρ_21к; толщину пластины выбирают из условия, что суммарная массовая толщина образца N 1-4 превышает D₅. ρ₁₁^o t₁₁^o + ρ_12к t_12к + ρ_21к Е_21к +
+ ρ₂₂* t₂₂* > D₅, откуда
t₂₂* > (D₅ ρ₁₁^o t₁₁^o ρ_12к t_12к
ρ₂₁^к t_21к)/ρ₂₂* (21)
Устанавливают модельный образец N 1-4 на торец коллиматора и определяют результат регистрации U₂₂*. Изготавливают модельный образец N 2-4 (фиг.13). Первый, второй и третий слои модельного образца пластины N 1, 2k, 3k (набор пластин). Четвертый слой пластина из материала с эффективным атомным номером Z₂; плотность материала пластины ρ₂₂** ρ₂₂* + Δρ₂₂, толщину пластины выбирают из условия
ρ₁₁^о t₁₁^o + ρ_12к t_12к + ρ_21к t_21к +
+ ρ₂₂** t₂₂** > D₅ откуда
t₂₂** > (D₅ ρ₁₁^o t₁₁^o ρ_12к t_12к
ρ_21к t_21к)/ρ₂₂** (22)
Устанавливают модельные образцы N 2-4 на торец коллиматора и определяют результат регистрации U₂₂**. Устанавливают объект на торец коллиматора и определяют результат регистрации U₂₂^о. Из соотношений
U₂₂** U₂₂* K₂₂ (ρ₂₂** ρ₂₂*),
U₂₂^o U₂₂* K₂₂ (ρ₂₂^o ρ₂₂*) определяют плотность второго подслоя второго слоя объекта ρ₂₂^о
ρ^o₂₂ (ρ^**₂₂ ρ^*₂₂)+ρ^*₂₂ (23)
Толщину второго подслоя второго слоя объекта определяют из соотношения
t₁₂^o (D₅ ρ₁₁^o t₁₁^o ρ_12к t_12к
ρ_21к t_21к)/ρ₂₂^o (24)
Параметры ρ_12к t_12к и ρ₂₂^о; t₂₂^о являются действительными характеристиками распределения плотности во втором слое объекта в соответствии с принятой дискретностью. Таким образом, найдены действительные параметры распределения в первом и втором слоях ρ₁₁^o,t₁₁^o,ρ₁₂^o;t₁₂^o,ρ₂₁^o,t₂₁^o, ρ₂₂^o, t₂₂^o, которые равны ρ₁₁^о ρ₁₁^о; t₁₁ t₁₁^o; ρ₁₂^o=ρ_12к; t₁₂^o t_12к; ρ₂₁^о ρ_21к;t₂₁^o t_21к ρ₂₂^o ρ₂₂^o; t₂₂^o t₂₂^o. При необходимости определения распределения плотности в третьем и более глубоких слоях объекта изготавливают пластину N 4 с параметрами t₂₂^o; ρ₂₂^o (фиг.14) и, устанавливая все более высокие энергии электронов и изготавливая подобные рассмотренным модельные образцы, определяют плотность подслоев и их толщину в третьем и других слоях аналогично тому, как это проводилось для первого и второго слоев.

Формула изобретения

РАДИАЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ, заключающийсяв том, что пучок электронов последовательно направляют на поверхность объекта и на поверхность модельных образцов, регистрируют обратно рассеянные электроны, вышедшие из области поверхности, за пределами экранируемой области, ступенчато увеличивают энергию электронов и размеры экранируемой области и по результатам регистрации определяют толщину подслоя и плотность материала в них, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения распределения плотности в подслоях измеряемых объектов, состоящих из слоев, для каждого из которых известны атомный номер, средняя плотность и средняя толщина, после проведения предыдущих измерений, в результате которых изготовлен модельный образец, который имеет слои, образованные подслоями с плотностью, толщиной и атомным номером, совпадающими с измеряемым объектом, или непосредственно в процессе первого измерения устанавливают энергию электронов, при которой глубина контроля достигает границы текущего подслоя, изготавливают первую модельную пластину материала с атомным номером текущего слоя, со средней его плотностью и толщиной, превышающей глубину проникновения электронов в модельный образец, составленный из всех предыдущих слоев, и первой модельной пластины, производят измерение обратно рассеянных электронов, выходящих из области поверхности за пределами экранируемой области на измеряемом объекте и модельном образце, по результатам измерений определяют плотность подслоя и его толщину, изготавливают вторую пластину с полученными значениями плотности и толщины и устанавливают ее взамен первой, устанавливают энергию электронов, при которой глубина контроля достигает следующего слоя, изготавливают третью пластину с атомным номером следующего слоя и толщиной, обеспечивающей полное торможение электронов модельным образцом, состоящим из всех предыдущих слоев, второй и третьей пластин, регистрируют рассеянные электроны в геометрии полной видимости на измеряемом объекте и указанном последнем модельном образце, если результат регистрации на измеряемом объекте меньше (больше), чем на модельном образце, с атомным номером следующего слоя, большим (меньшим) атомного номера текущего слоя, то энергию электронов уменьшают и повторяют определение плотности и толщины текущего подслоя, а в других возможных случаях производят измерение следующего подслоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---