Трехкристальный рентгеновский спектрометр

 

С:ол

Союз Советских

Со@ивпистических

Республик

ОП ИС

ЙЗОБР (Ill 71 8769 (61) Дополнительное (22) Заявлено 19.12, (51) М. Кд.

G 01 М 23/207 с присоединением зая

Гасударственный камитат (23) Приоритет

Опубликовано 2

Дата опубликов

СССР по делам нэабретеикй н открытий (53) УДК548.73:

:535 853 4:621.

38б (088.8) (72) Автор изобретения

В. Д. Супов (71) Заявитель

Горьковский исследовательский физико-технический институт при Горьковском государственном университете им. НИ. Лобачевского (54) ТРЕХКРИСТАЛЬНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ CHEKTPOMETP

Изобретение относится к рентгеновским спектрометрам для прецизионного измерения деформаций кристаллов после внешних воздействий различного типа (термообработка, легирование и др.).

Известны двухкристальные спектрометры для исследования изменений периода решетки образца (1(.

Известны также трехкристальные спектрометры (2) — (5).

Наиболее близкое к изобретению техническое решение — трехкристальный спектрометр, содержащий источник рентгеновского излучения, кристалл-монохроматор, держатель исследуемого кристалла, кристалл-анализатор, механизмы поворота и юстировки кристаллов, детекторы, шелевое устройство для выделентнт. спектральной составляющей излучения, продифрагировавшсго на кристалле-монохроматоре (6(.

Недостатком спсктромстра является низкая разрешающая способность при измерении малых угловых приращений, которые нс превышают

0,5 — 1,0. Вследствие этого при измерении ма2 лых величин деформаций, вызывающих соответствующие угловые приращения, прибор необходимо перестраивать на бсльшие порядки дифракции, что является существенным ограничением, поскольку возрастание угла отражения приводит к увеличению глубины проникновения рентгеновского излучения, т.е. к невозможности исследовать приповерхностный слой.

Цель изобретения заключается в том, чтобы повысить разрешающую способность спектрометра.

Поставленная цель достигается тем, что в трехкристальном рентгеновском спектрометре, содержащем кристалл-монохроматор, щелевое устройство, держатель исследуемого кристалла, кристалл-анализатор, механизмы поворота и юстировки кристаллов, по крайней мере один детектор, установленныи с возможностью поворота относительно оси поворота кристаллаанализатора, между держател ем исследуемого кристалла и кристаллом-аналиэагором установлено выпуклое зеркало полного внешнего отражения.

3 71

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого рентгеновского спектрометра, на фиг. 2 — схема хода лучей нри отражении от зеркала.

Рентгеновские лучи от источника 1 падают на кристалл-монохроматор 2, где происходит выделение спектрального дублета К . 1Целевое устройство 3 отделяет спектральную составляющую К, которая затем отражается от исследуемого кристалла 4. Прежде чем попасть»а кристалл-анализатор 5, по которому проводится отсчет углового приращения а8 луч, отраженный от кристалла 4, претерпевает полное внешнее отражение от цилиндрического зеркала 6; отраженный от анализатора 5 луч фиксируется детектором 7.

С каждым из держателей кристаллов 4 и 5 связан свой механизм поворота (рычаг, микрометрический вш т) и индикатор. Цилиндрическое зеркало 6 при юстировке прибора устанавливается так, чтобы между лучом, отраженным от эталона (эталонный луч), и касательной к окружности (след сечения зеркала плоскостью отражения, т.е. плоскостью, в «оторой лежат падающий и отраженный лучи) в точке пересечения зеркала эталонным лучом угол был равен половине предельного угла полного внешнего отражения (ч.) для.материала, из которого изготовлено зеркало., На фиг. 1 этот угол обозначен через с .

Поскольку сК.= 1/2 1, то измеряемые угловые приращения h,Q попадают в интервал углов от О до Ч, т.е. отрицательные значения 68 лежат в интервале от Ч /2 до О, а положительные — от Р до Ч /2.

К чистоте обработки поверхности зеркала предъявляются такие же требования, как и к поверхности призм, используемых при определении предельного угла полного внешнего отражения рентгеновских лучей.

При измерениях h9 сначала на место кристалла 4 устанавливают эталон (недеформированный кристалл). Отраженный от него луч, претерпев полное внешнее отражение на зеркале

6, падает HB кристалл-анализатор 5. Угол отражения от анализатора 9, фиксируется по индикатору и служит началом отсчета при определении приращения а О = Й - 6 о - Затем на место эталона устанавливается исследуемый образец. Если образец деформирован, то отраженный от него луч гудет падать на зеркало

6 прад углом p, = p (69, P ) и в зависимости от радиуса кривизны зеркала и разности

А8 отраженный от зеркала 6 луч попадает на анализатор под углом Ю который не равен а О . Между Ч н дО существует простая аналитическая связь

8769 4 где 1 -- растояние от осн вргппания кристалла 4 до точки нересечснии эталонного луча с зеркалом 6; радиус кривизны зеркала; сх= 1/2Ч, 5 где Y — предельный угол полного внешнего отражения, зависит от свойств материала зеркала.

Для дсп<азательства формулы (1) рассмотрим фиг. 2. Здесь точка 0 — проекция оси

1О врашеп кристалла 4, Л -- центр зеркала, 0В соответствует отраженному от эталона лучу, ОИ вЂ” лучу, отраженному от исследуемсго кристалла. Учитывая, что в области пол} .nt o внешнего отражсния рентгеновские лучи подчння|атся законам оптических лучей, нолучыат (фнг. 2)

jg.Å=1 а9/ т.е. (5)

Постановкой выражения (5) в выражение (2) получают формулу (1) .

Оценим, во сколько раз повысится предел разрешения спектрометра по отношению к а9.

Рассмотрим цилиндр из алюминия, для которого при использовании СоК -излучения предельный угол полного внешнего отражения равен 4 х 10 град. Пусть Д =10 м, 1 = 200 мм, тогда 2L/g =0,1 10, т.е. V= О,1 ° 1G2Ь8.

Если минимальное значение угла, которое фиксирует данная измерительная система, как и в выражении (1), равно 0,5, то для предельного значения а 9 ьО = 25 10 (0,1 ° 10 ) = 0,05

Таким образом, с помощью предлагаемого спектрометра повышается предел измерений малых деформаций монокристаллов. С помошьв этого спектрометра можно также исследовать совершенство приповерхностных областей кристаллов, поскольку расположение зеркала полного внешнего отражения не зависит от порядка дифракции (в расчетную формулу не входит угол 9 ) .

Использование зеркала приводит к угловому размыпгив рабочего пучка, падавшего на кристалл-анализатор. Однако тошость измерения а 8 может быть сохранена, если источником рентгеновских лучей является острофокусная

718769 трубка и определение h,Î проводится по центt ру тяжести кривых качания.

Формула изобретения

Трехкристальный рентгеновский спектрометр, содержагций источник рентгеновского излучения, кристалл-монохроматор, щелевое устройство, держатель исследуемого кристалла, кристалл-анализатор, механизмы поворота и юстировки кристаллов, по крайней мере один детектор, установленный с возможностью поворота отно ительно оси поворота кристалла-анализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности; 15 между держателем исследуемого кристалла и кристаллом-анализатором установлено выпуклое зеркало полного внешнего отражения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Русаков А. А, Ренттенография металлов.

"Атомиздат", М., 1977, с. 262 — 265.

2 Чоь M. Aenninger Acta ст yst ptopr

1955, М 8, р. 597.

Ь R. ВоЪсвйочсъ, Cxehos9, Х. Phve )962, В 12, р. 776.

4.Е. Вефввол et ot, Trans CheCm, Чп1ч Techn 1961, Р 29, р. 1.

5. Ковальчук И. В. и др. Трехкристальный рентгеновский спектрометр для исследования структурного совершенства реальных кристаллов. ПТЭ, 1976, N 1, с. !94 — 196.

6. Скупов В. В., Успенская Г. И. Калиброванный рентгеновский спсктрометр для измерения деформации в монокристаллах. ПТУ, 1975, У 2, с. 210 — 213 (прототип). г ,, ° . ° Э

Ф

718769

Составитель K. Кононов

Те сред . H.Áàáóðêà

Редактор Т, Рыбалова

Корректор В. Сининкан

Заказ 1154/52

Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектнан, 4