Устройство для определения кристаллографических направлений монокристаллов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержащее последовательно расположенные вдоль оси устройства источник электронов,. гониометр с монокристаллом и рассеиватель вторичного излучения монокристалла , а также детекторы вторичного излучения, установленные в плоскости, перпендикулярной оси устройства, по окружности на равном расстоянии от оси, причем их оптические оси проходят через рассеиватель , отличающееся тем, что, с целью увеличения уни . нереальности устройства за счет увеличения энергетического диапазона электронов, а также упрощеё ния устройства, рассеиватель выполнен из твердого ве1Чества с низкими (Л атомными номерами составляющих элементов , а детекторы выполнены в виде детекторов У -излучения и снабжены, механизмом регулировки угла между их оптическими осями и осью устройства. flaocirocmbdfg) П1У

СОЮЗ СООЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (! !) (5!)4 Н 05 Н 6 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

QgQP! t (21) 3628628/24-21 (22) 29.07.83 (46) 30.08.85. Нюл. )) 32 (72) И.Н. Адищев, А.П. Потылицын и И. Хакбердиев (71) Научно-исследовательский ин ститут ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С.М. Кирова (53) 621.384.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 594605, кл. Н 05 Н 7/00, 1976.

2. D. Luchey et aI. Methods

of cryctaI aIigument. NucI. Instr

and Meth. 1970, 81, 164-172.

3. Авторское свидетельство СССР

В 976509, кл. Н 05 Н 7/00, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержащее последовательно расположенные вдоль оси устройства источник электронов,. гониометр с монокристаллом и рассеиватель вторичного излучения монокристалла, а также детекторы вторичного. излучения, установленные в плоскости, перпендикулярной оси устройства, по окружности на равном расстоянии от оси, причем их оптические оси проходят через рассеиватель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения уни.версальности устройства за счет увеличения энергетического диапазона электронов, а также упрощения устройства, рассеиватель выполнен из твердого ве(цества с низкими атомными номерами составляющих элементов, а детекторы выполнены в виде детекторов )! -излучения и снабжены механизмом регулировки угла между их оптическими осями и осью устройства.

1176457

Изобретение относится к экспериментальной физике и может быть . использовано в различных ядернофизических экспериментах для определения кристаллографических направлений от нормали к поверхности мо" нокристаллической мишени, облучаемой пучком электронов.

Цель изобретения — увеличение универсальности устройства за счет 10 расширения диапазона энергий электронов, а также упрощение устройства путем исключения регистрации нейтронного излучения.

На фиг.1 изображено устройство, 15 состоящее из ускорителя электронов

1, ориентируемой монокристаллической мишени 2, рассеивателя 3 из твердого материала с малым атомным номером составляющих элементов, 20 например полистирола, детекторов 4

-квантов, например сцинтилляционных счетчиков. Детекторы 4 установлены под углом g к оси, проходящей через ускоритель 1, ориенти- 25 руемую мишень 2, рассеиватель 3, с возможностью изменения этого угла. Дегекторы 4 расположены по окружности с азимутальным шагом bg, В отличие от прототипа, рассеива- З0 тель поляриметра выполнен из аморфного материала с малым атомным номером, а детекторы излучения выполнены в виде детекторов -квантов и снабжены устройством регулировки угла их расположения относительно оси устройства.

На фиг.2 показана схема поворота монокристалла для совмещения кристаллографической плоскости с направ- 40 лением электронного пучка.

Устройство работает следующим, образом. -кванты, возникающие при каналировании заряженных частиц в мо- 45 нокристаллической мишени 2, рассеиваются на угол 6 в рассеивателе

3 и детектируются сцинтилляционнымл детекторами 4, расположенными под разными азимутальными углами р, 50

При ориентации кристалл монокристаллической мишени 2 вращается вокруг оси, перпендикулярной пучку заряженных частиц, и при совпадении какой-либо кристаллографической . 55 плоскости с направлением пучка возникает поляризованное -излучение при плоскостном каналировании.

Это приводит к увеличению выхода рассеянных фотонов, которые регистрируются сцинтилляционными детекторами 4 (максимум в ориентационной зависимости).

Направление плоскости поляризации определяют по минимуму отсчета сцинтилляционных счетчиков, так как известно, что минимальный выход комптоновских фотонов после рассеивателя происходит в направлении плоскости поляризации, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости, вдоль которой происходит каналирование падающих заряженных частиц. На фиг.1 кристаллографические оси обозначены символами < 001), (110>, <110>, а плоскости — (100) (110), (010), (001), (110).

При появлении в пориентационной зависимости максимума, обусловленного излучением электронов, каналирующих в плоскости, например (110), фиг.1, устройство позволяет непосредственно определять угол наклона кристаллографической плоскости относительно пучка электронов вследствие тОго, что это излучение линейно поляризовано °

Как правило перед установкой мишени на пучок проводят рентгеноструктурный анализ образца, при котором выясняется направление осей относительно нормали к поверхности образца, и в дальнейшем при помещении в гониометр стремиться совместить оси вращения с кристаллографическими осями (с той или иной стеленью точности).

При вращении вокруг одной оси, перпендикулярной (или почти перпендикулярной) пучку, обязательно имеет место совпадение направления пучка с какой-либо кристаллографической плоскостью (см.фиг.2).

В .том случае, когда ось вращения перпендикулярна пучку, искомое направление пучка совпадает с прямой соответствующей пересечению кристаллографической плоскости, в данном случае (110), с плоскостью, перпендикулярной оси вращения и проходящей через начальное направление пучка.

Зная количество максимумов в ориентационной зависимости выхода электромагнитного излучения, рас1176457

55 стояние между ними и направление результирующего вектора поляризации в каждом максимуме ориентационной зависимости, можно построить графически систему проекций кристаллографических направления. Сравнивая стандартные проекции для различных направлений данного типа решетки с полученной системой проекций, определяют разориентацию найденного низкоиндексного (главного) направления к поверхности кристалла.

Энергетический диапазон работы поляризатора для данной энергии заряженных частиц определяют расположением сцинтилляционных счетчиков относительно оси пучка и рассеивателя, учитывая тот факт, что максимум в спектре интенсивного электромагнитного излучения И каналирующих заряженных частиц в монокристаллической мишени зависит .от энергии заряженных частиц Ес по закону (,> Е Измерение поля3/2 о ризационных параметров фотонов проводится с минимальной ошибкой в

3G том случае когда величина

У da, так называемая приведенная анализирующая способность поляриметра, ! имеет максимальное значение и ы, з + р (1)

d< dQ, дЯ. где — дифференциальное сечение и комптоновского рассеяния, Jd„(„„)

)- дифференциальное сечение комптоновского рассеяния

Д Q. фотонов, поляризованных перпендикулярно (парал" ледьно) плоскости рассеянияе

Приведенная анализирующая способность может быть рассчитана по известным формулам — -pè (и „-); й, (3)

"=р р --ы.*е); < >

Я!

0Э, =

1+ г (t-coS Q)

102 п1() С ,где об — °

Р

Я вЂ” постоянный коэффициент, 5

1О

Td,я — энергия падающих и рас сеянных -квантов, Tn<, — масса электрона в покое, — скорость света в вакууме.

Как видно из формул 1-5, "приведенная" анализирующая способность для различных энергий падающих и рассеянных -квантов зависит от угла 9 и, изменяя его для конкретных 6д, и С0 можно добиться максимальной величины R гг, с1

Пример. Электроны, ускоренные в синхротроне "Сириус" до энергии Ec = 900 ИэВ, при прохождении через монокристалл алмаза излучают

/-кванты, причем в случае совпадения импульса электрона с какой-либо кристаллографической плоскостью в спектре -излучения появляется резкий пик с энергией Яо 5 ИэВ.

Этому пику соответствует возрастание скорости счета рассеянных фотонов (ориентационный максимум).

Вращая алмаз с помощью гониометра вокруг горизонтальной или вертикальной оси, перпендикулярной оси пучка электронов, измеряют ориентационные зависимости выхода рассеянных / -квантов аморфного рассеивателя (полистирол толщиной л 10 мм) сцинтилляционными счетчиками, состоящими из кристаллов

NaJ(TI) размерами 63 63 мм, и

ФЭУ-82. Восемь счетчиков, расположенных по образующим конуса вокруг оси устройства, регистрируют фотоны, рассеянные под одним и тем о же углом 8 = 25 относительно оси устройства, под разными азимутальными углами g, a й(= 45 . Для этого угла рассеяния "приведенная" азимутальная способность — Я -+шах

dG г

dQ для укаэанной энергии фотонов. При достижении максимума в ориентационной зависимости определяют пару спектрометров, расположенных друг против друга, счет которых минимален.

Положение этих счетчиков определяет направления плоскости поляризации излучения, по которой восстанавливается направление кристаллографической решетки алмаза.

При дальнейшем вращении монокристалла находят следующий максимум

Ъ в ориентационной зависимости для которого положение плоскости поляри!

17б457

Фиг. 2

Составитель А. Нестерович

Редактор О. Колесникова Техред А.Ач Корректор В. Вутяга!

Заказ 5378/55

Тираж 794 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!!3035, Москва, Ж-35, Раушская йаб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 зации (и соответственно кристаллографической плоскости) определяется аналогично.

Построив графическую систему про- екций кристаллографических направлений и сопоставив ее со стандартными проекциями для различных направлений плоскости, можно опреде" лить направление оси и угол наклона ее к поверхности кристалла.

В случае, когда .при ориентировании используется пучок электронов с энергией Е, (300 МэВ, энергия фотонов, соответствующих пику, Q < МэВ. Поляриметр, используемый в качестве прототипа, неработоспособен, поскольку Я < G)ppp

Чтобы проводить ориентацию,используя предлагаемое устройство, необходимо изменить угол расположения спектрометров относительно -пучка так, чтобы они регистрировали фотоны, рассеянные на угол

6 50, поскольку при этом

2 — R — ь max. .da

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с базовым (за которое выбран прототип) позволяет проводить ориентацию монокристаллических мишеней с помощью простой перестройки угла 6 на пучках заряженных частиц с энерги" ей Е, варьируемой s широких пре30 делах (например Ео = !00-500 МэВ), тогда как в базовом Устройстве при изменении энергии необходимо менять поляриметр. Предлагаемое устройство позволяет упростить экспериментальное оборудование по сравнению с базовым обьектом, поскольку вместо громоздкой жидкодейтериевой мишени используется рассеиватель из аморфного материала с малым

2О атомным номером и не требуется применение ионизационной камеры, поскольку предлагаемый поляриметр позволяет одновременно измерять ориентационную зависимость выхода у - излучения и опреде— лять полошение плоскости поляризации.