Фокусирующий монохроматор рентгеновского излучения
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
РеСпУбЛИК (n) 737992 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (5 )М. Кл. (22)Заявлено 151277 (21) 2550498/18-25 с присоединением заявки М
G 21 К 1/06
Государственный комитет
СССР оо деяам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 300580. Бюллетень М 20 (53) УДК 535. 853.
° 4(088.8) Дата опубликования описания 300580 (72) Авторы изобретения
П.А.Беэирганян и Г.Р.Дрмеян
Ереванский государственный университет (71) Заявитель
Изобретение относится к монохроматорам рентгеновского излучения и может использоваться в рентгеноструктурном и рентгеноспектральном анализе.
Известны фокусирующие в линию монохроматоры рентгеновского излучения, выполненные в виде монокристаллических пластин изогнутых по Иоганну, Иоганссону илн Кошуа )1) .
При использовании таких монохроматоров фокусировка имеет место только на фокусирующей окружности, что приводит к необходимости использова----ния сложных систем механического 15 перемещения датчика или прецизион-. ной установки объекта, на который должно попасть сфокусированное излучение.
Также известны плоские концент- 20 рирующие монохроматоры с асимметричностью отражения f2) .
Такие монохроматоры не обеспечивают достаточно острой Фокусировки, в результате чего приходится ис- 25 пользовать несколько последовательных отражений от нескольких кристаллов с асимметричностью отражения, что в случае использования монолитно.го кристалла приводит к высоким 30 (54) ФОКУСИРУЮЩИЙ NOHOXPOMATOP РЕНТГЕНОВСКОГО к;, -1- р
ИЗЛУЧЕНИЯ
1 требованиям к точности обработки отражающих поверхностей, а в случае использования отдельных кристаллов— к необходимости использования прецизионных механизмов юстировки. .Известны монохроматоры-ннтерферометры, содержащие две параллельные толстые монокристаллические пластины равной толщины, выполненные иэ одного монокристалла (3) .
Такне монохроматоры раббтают на эффекте Бормана и не обеспечивают высокой степени фокусировки.
Известны устройства, в которых используется эффект дифракционной фокусировки рентгеновского излучения при -его одновременной монохроматиэации, причем условием осуществления этого эффекта является наличие двух тонких, параллельных, идентиЧных монокристаллов равной толщины (4) .
Предпочтительно такие кристаллы вырезать из одного монокристаллического блока, что обеспечивает строгую ориентацию отражающих плоскостей кристаллов друг относительно друга.
Такие монохроматоры имеют весьма ограниченное применение из-за необходимости использования очень тонких кристаллов.
737992
2 оИ 4 ъ к
Цейй йзобретения заключается в том чтобы йовысить светосилу монохроматора. Поставленная цель достигается тем, что в Фюйуойруюйем монохроматоре;.: рентгеновского излучения, содержащем два .параллельных идентичных мойбкрйсталла равной толщины, выполненных,"например, из единого монойрйстйитйческого блока, на,по краййей мере, одну иэ смежных позерхностей йрй6криоталлов, нанесен слой вещества, йойаэатель преломления рентгеновских лучей дик которого меньше показателя
Йрйдоййения рентгеновских лучей для й6нокристаллоВ".
При, этом может быть нанесен слой
aliорфйого или поликристаллического
Йещеьтва.
На фиг . 1 показан разрез фокусирую
Мего моиохроматора; на фиг. 2 — дис персионнйе поверхности в двухволно вом случае динамического рассеяния фйнтгеновских лучей. * "
Фокусирующий монохроматор содержит параллельные монокристаллы 1, 2 равиой толщины, на смежные поверх ноети которых нанесены аморфные или поликристаллические слои 3, 4 для ко торых h 7 „ (п, — показатель преломления рентгеновских лучей в слое, H — в кристалле), Рентгеновс+ кий пучок 5 проходит через монокристалл 1, расширяется в пучок б, который через слой 4 падает на кристалл 2 и фокусируется в точке (.
Изобретение основано на следующем.
В двухволновом случае динамичес "кОго рассеяния рентгеновых лучей дисперсионнйе поверхности являются гиперболоидами вращения, сечения которых с-плоскостью волновых векторов являются гиперболами, описывающимися уравнением где ф — фурье — компонента диэлектричесхой посто, янной;
К вЂ” волновое число s ва- . кууме, — фактор поляризации; ,н (, — расстояния точки рас-пространения от асимпот гиперболы. Если облучать кристалл расходя- щимся пучком рентгеновских лучей, то возбуждаются все точкй"распространения (все участки поверхностей) в об»
-ласти отражения данного реФлекоа.
При этоМ потоки энергии перпендикуJIRpHhl дисперсионным поверхностям в соответствующих точках, как sTo показано на фиг. 2, где стрелками пока занй"направления потоков энергии.
Как .видно из этой фигуры, потоки"" энергии волн, возбужденных в точка»,, 4 распространения верхней ветви дисперсионной поверхности, расходятся они не фокусируются, а потоки энер- . гии волн, возбужденных в точках распространения нижней ветви, дисперсиоиной поверхности, фокусируются — про5 исходит сужение волново фр та.
При этом коэффициент поглощения волн, возбужденных в точках распространения нижней ветви дисперсионной поэерхности гораздо больше, чем сред © ннй коэффициент поглощения кристаллом излучения с данной длиной волны. С другой стороны, коэффициент поглощения волн, возбужденных s точках верхней ветви гиперболы, меньше укаэан15 ного среднего коэффициента поглощения, но даннйе волны не фокусируются.
При нанесений на пути вхождения рентгеновского излучения во второй кристалл слоя с меньшим, чем у моноЗ) кристаллов, коэффициентом преломления роли ветвей дисперсионных гипербол относительно поглощения меняются: ко- эффициент поглощения волн, возбужденных в точках нижней ветви гиперболы, будет меньше, чем средний коэффициент поглощения кристалла, н коэффициент поглощения волн, возбужденных в точках верхней ветви будет, наоборот, больше. Следовательно, появляется возможность фокусировать рентгеновые лучи и в более толстых кристаллах, нежели это имеет место в известном случае.
Роль поглощения в первом и во
3$ втором кристаллах сводится к следующему. При узкоМ пучке, когда падающее йэлучение" практически входит в первый кристалл через одну точку его поверхн6сти падения, возбуждаются все точки обеиХ гипербол, соответствующих угловой области отражения. В таком случае, потоки энергии исходящие нз точек как верхней, так и нижней гипербол расходятся и заполняют всю угловую область шириною в 28, в пер45 вом кристалле фокусировки не происходит. В достаточно толстых кристаллах волны, возбужденные в точках нйжней (фокусирующей) ветви гиперболы, поглощаются и остаются только волны, 5Q возбуждаемые в точках верхней ветви
ГИПЕРбОЛЫ. СледоватЕльно, для пЕрво iO крйсталла нанесение аморфного (поликристаллического)" споя íà входную поверхность не нужно. Во втором
55 крйсталле происходит Фокусировка волн, воэбуждЕнных на нижней ветви гиперболы, коэффициент поглощения которых аномально велик, поэтому . второй кристалл не может быть толс тым, а так"как толщины первого и вто° © рого кристалла должны быть одинаковыми, то ограничение толщины второго кристалла ограничивает и толщину первого кристалла. Ио если нанесением аькффного (йоликристаллического) е5 слоя аномально уменьшить коэффициент
737992 поглощения фокусируемых so втбфом кристалле волн, то станет возможным фокусировать волны в значительно более толстых кристаллах .
Таким образом, для осуществления фокусировки в толстых кристаллах достаточно:нанести аморфный слой толькб на входную поверхность второго кристалла. Для работы кристалла с любой :-. стороны падения на него рентгеновских лучей необходимо такие слои йаиести на обе смежные поверхности кристаЛлов, Эффект уменьшения поглощения волн, возбужденных в точках нижней ветви дисперсионной гиперболы, теоретичЕски можно обосновать следующим образом.
Допустим, что рентгеновская монохроматическая плоская волна с длиной из слоя падает на кристалл. Аб- .. солютный показатель преломления слоя . (" = 1 — ф l%o oi единицы, однако показатель преломления кристалла больше единицы: П = — =1 d 71, п Li где d =>14 1- 1 1Ф 1 0; l Фо,l 7 ) Фо или, имея ввиду отРицательность Ф,. и Ф, можно НапиФо„ Фо Предположим, что слой не поглощает (тонкий слой), а кристалл поглощает. С учетом поглощения величина э = (4ipil Фо2(теперь пРинимает следующий вид: Фо Фо + I ог фо 01 О ОЯъ (Фоь Фо + сФо2 Tenepb ЛИН и ный коэффициент поглощения и связан с линейной частью Фурье-компонента . соотношением ф.= -2%К,Фр, . В двухволновом случае интерференционный коэффициент поглощения через мнимую часть аккомодации и через линейный коэффициент поглощения ) выражается следующим соотношением: Ъ = -4%КЩ = -2 (1) ч4 ф1, I где общее выражение мнимой части аккомодации (f. ) теперь выражается ..так Где ф = co 5×É . @ сов М + 26 ); р — угол падения, соответствующий отражению от атомных,; плоскостей под точным: углов| Брэгга .(6о,); - 8, — угол, Вульфа-Брэгга с учетом, преломления рентгеновских лучей в нанесенном слое; аЧ/ — мнимая часть следующей величины "-.(Ь <+ „Ф-), I где ь= 2!с!(+) iO с 13 ЬА2 ь+le. 1{1-5 ) l — с { ф „ (3) 2 ° Где 4„ - параметр, пропорциональный О . .:;- ....углу падения сРЧ и равный (Х = д Ч о i n28 В выражении 2), положительный знак 25 слагаЕмого + относится к нервоьц " полю; а отрицательный знак - ко второ С учетом изложенного, мнимые части ф для первого и второго полей 3Q примут следующие значения, сооответt. ств енно 3S, leo. (i . i ) М Таким образом, подставляя последние в выражейие, (1) для интенрференционных коэффицйентов поглощения первого и второго поля, получим 5, h % !ф Д (б) ОбознАЧая 9 ="Р . + i> . = /b(4>>Q) выражения.,(6) и (7) можно перепи" .сать в следующем виде: { „ ), 1 Ж " оо Ь г N м и {Y х >") ((. Ю где . p,, ) 4th, ) f po,) со Ъ. eos ф = 1, если кристалл имеет центр симметрии. 737992 Фиг. г С помощью обозначения Р,. = s i nhД мы можем для отражения по Лауэ-выраже-, ния (8) и (9) привести к следующему виду Йетрудно убедиться в том, что при положительHoM A (< 2,, =1) Ъ2) .,(просуая примитивная решетка), когда, h2a C 1 то Ь27Ь, а когда h2> 1 имеет место Ъ,7 р Таким образом, при относительном показателе преломления, большем единицы, во втором кристалле сильно по. глощаются волны, связанные с точками ?0 распространения, расположенными на верхней ветви дисперсионной поверхности и слабо поглощаются фокусирующиеся волны, связанные с точками распространения нижней ветви ги- 25 перболы. Формула изобретения 1. Фокусирующий монохроматор рентгеновского излучения, содержащий два ЦНИИПИ Заказ 6116/53 Тираж 505 Подписное Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул. Проектная, 4 параллельных идентичных монокристалла равной толщины, выполненных, например, из единого монокристаллического блока, о т л и ч а ю щ и Nс я тем, что, с целью повышения светосилы, на,по крайней мере, одну иэ смежных поверхностей монокристаллов нанесен слой вещества, показатель преломления рентгеновских лучей для которого меньше показателя преломления рентгеновских лучей для монокрис-. таллов. 2. Монохроматор по п.1, о т л и— ч а ю щ н и с я тем, что нанесен слой аморфного вещества 3. Монохроматор по п.2, о т л ич а ю шийся тем, что нанесен слой поликристаллического вещества. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Русаков A. A. Рентгенография металлов. М., Атомиэдат., 1977, 429-433. 2. Русаков A. A. Рентгенография металлов. М., ч. 1 МИФИ 1965, 239240. 3. Патент США М 3439164, кл. 2з0-51,S, опублик. 1969. 4. Авторское свидетельство СССР NI 478235, кл. G 01 N 23/20, 1973 (прототип).
