МОНОХРОМАТОР РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Предлагаемое устройство относится к рентгеновской оптике, а именно к средствам для монохроматизации рентгеновского излучения.
Известны монохроматоры рентгеновского излучения, в которых используются плоские монокристаллы, в частности, кристаллы кремния или графита (Рентгенотехника. Справочник в двух книгах. Под общей ред. В.В.Клюева. Книга 2, с.46-48. Москва, «Машиностроение», 1992 [1]).
При использовании таких монохроматоров непосредственно с источником расходящегося рентгеновского излучения интенсивность монохроматизированного излучения весьма низка, так как условие брэгговского отражения выполняется лишь для чрезвычайно малой части пучка, создаваемого источником.
К предлагаемому техническому решению наиболее близко устройство, известное из международной заявки PCT/US 91/08167 (международная публикация WO 92/08235, 14.05.92 [2]). В этом устройстве перед плоским монокристаллом установлена рентгеновская линза для
формирования из расходящегося излучения источника пучка параллельного излучения, называемая обычно рентгеновской полулинзой.
сr
Данное устройство значительно более эффективно, чем устройство, известное из [1]. Однако выходное излучение реальной рентгеновской полулинзы является не параллельным, а квазипараллельным, так как имеет расходимость γ, примерно равную удвоенному значению критического угла θ полного внешнего отражения рентгеновского излучения от стенок капилляров-каналов полулинзы. Этот угол зависит от энергии (длины волны) используемого рентгеновского излучения и материала капилляров или материала покрытия стенок каналов. Поэтому для значительной части выходного излучения рентгеновской полулинзы, падающего на поверхность плоского монокристалла, условие брэгговского отражения не выполняется, и эта часть не принимает участия в формировании монохроматизированного излучения.
Предлагаемое техническое решение направлено на получение технического результата, заключающегося в повышении интенсивности монохроматизированного излучения при использовании в устройстве для монохроматизации реальной рентгеновской полулинзы.
Предлагаемое устройство, как и указанное наиболее близкое к нему, известное из [2], содержит плоский монокристалл и рентгеновскую полулинзу для преобразования расходящегося излучения рентгеновского источника в квазипараллельное, ориентированную в сторону плоского монокристалла своим выходным торцом.
0
В отличие от наиболее близкого известного, в предлагаемом устройстве для монохроматизации рентгеновского излучения плоский монокристалл имеет мозаичность М, удовлетворяющую неравенству:
0
0,9γ≤М≤1,1γ,
где γ - расходимость выходного излучения рентгеновской полулинзы.
Наиболее целесообразно обеспечение максимальной близости мозаичности плоского монокристалла к значению угла расходимости выходного излучения рентгеновской полулинзы:
0
М=γ.
0
Если мозаичность М плоского монокристалла меньше или больше значения угла γ расходимости выходного излучения рентгеновской полулинзы, то часть выходного излучения рентгеновской полулинзы не будет отражена плоским монокристаллом.
В качестве плоского монокристалла может быть использован, в частности, монокристалл кремния.
Требуемая степень мозаичности может быть придана плоскому монокристаллу, например, путем абразивной обработки его поверхности.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 показано взаимное расположение элементов предлагаемого устройства и источника расходящегося рентгеновского излучения.
На фиг.2 и фиг.3 показано отражение непараллельных выходных лучей рентгеновской полулинзы от монокристалла.
На фиг.4 и фиг.5 приведены дифракционные топограммы от кварцевого монокристалла для двух видов обработки поверхности
монокристалла и изображения соответствующих дифракционных максимумов.
Показанное на фиг.1 предлагаемое устройство включает рентгеновскую полулинзу 2 и мозаичный монокристалл 4, расположенные относительно друг друга таким образом, что продольная ось полулинзы 2 составляет с мозаичной поверхностью монокристалла 4 брэгговский угол. При использовании этого устройства квазиточечный источник рентгеновского излучения 1 размещают в фокусе рентгеновской полулинзы 2.
Устройство работает следующим образом.
Рентгеновские лучи от источника 1 расходящегося рентгеновского излучения попадают на входной торец рентгеновской полулинзы 2 и выходят из выходного торца полулинзы 2 с угловой расходимостью у из каждого ее капилляра. Вышедшее из рентгеновской полулинзы излучение представляет собой квазипараллельный пучок 3 с максимальным отклонением его лучей от оси полулинзы, составляющим γ/2. Благодаря тому, что на поверхности монокристалла 4 создана мозаичность, при которой отклонение нормали Nhkl 6 к отражающим плоскостям находится в пределах того же интервала углов ±γ/2, получаемый дифрагированный пучок 5 монохроматического рентгеновского излучения имеет ту же расходимость γ, которая присуща пучку 3 на выходе полулинзы 2, но с гораздо большей интенсивностью, чем в случае, если бы монокристалл 4 не имел мозаичности.
Создание на поверхности монокристалла мозаичности, большей или меньшей, чем ±γ/2, приводит к уменьшению интегральной интенсивности дифрагированного от монокристалла рентгеновского
монохроматического излучения. При мозаичности, превышающей указанную, происходит исключение из отражения областей когерентного рассеяния, дезориентированных на больший угол, а при мозаичности, меньшей указанной, - исключение из отражения некоторых лучей 3, не нашедших для своего угла падения на поверхность монокристалла 4 областей когерентного рассеяния, лежащих к ним под брэгговским углом.
Фигуры 2 и 3 поясняют влияние мозаичности на интенсивность отраженного монохроматического излучения. В случае, показанном на фиг.2, отсутствие мозаичности приводит к «гашению» всех лучей 3, идущих к поверхности монокристалла 4 не под брэгговским углом. Лишь один луч 5 соответствует условию отражения. В случае, показанном на фиг.3, наличие мозаичности позволяет сохранить брэгговский угол падения для всех лучей 3, и условия дифракции увеличивают интегральную интенсивность лучей 5.
На фиг.3 и фиг.4 приведены дифракционные топограммы от кварцевого монокристалла для двух видов обработки поверхности монокристалла (соответственно, шлифовка алмазным порошком с последующим травлением и без него) и изображения соответствующих дифракционных максимумов. Сравнение последних показывает, как возрастает интегральная интенсивность (площадь под кривой дифракционного максимума) при увеличении степени мозаичности монокристалла.
В предлагаемом устройстве становится возможным получение приемлемой интенсивности при использовании монокристалла кремния Si(111) несмотря на то, что его отражательная способность гораздо ниже, чем у монокристалла графита. Это позволяет реализовать
преимущества, обусловленные более высоким совершенством монокристалла кремния.
0
сr
При заданных энергии излучения источника, типе кристалла и выбранных кристаллографических плоскостях требуемое соотношение между мозаичностью М плоского монокристалла и значением у угла расходимости выходного излучения рентгеновской полулинзы может быть обеспечено как выбором материала стенок каналов рентгеновской полулинзы или их покрытия, влияющего на угол θ полного внешнего отражения, так и изменением условий роста кристалла или внесением искажений в. поверхностные слои кристалла, например путем шлифовки алмазными порошками той или иной зернистости. Возможно также получение желаемой степени мозаичности поверхности монокристалла с помощью метода, аналогичного описанному в патенте Российской Федерации №2186888 (опубл. 10.08.2002) [3].
Источники информации
1. Рентгенотехника. Справочник в двух книгах Под общей ред. В.В.Клюева. Книга 2, с.46-48. Москва, «Машиностроение», 1992.
2. Международная заявка PCT/US 91/08167, публикация WO 92/08235, 14.05.92.
3. Патент Российской Федерации №2186888, опубл. 10.08.2002.