Устройство для исследования электронной структуры вещества

 

Изобретение относится к экспериментальной и технической физике и может быть использовано при исследованиях структуры тверда1Х тел в материаловедении и технологии обработки материалов. Целью изобретения является повышение точности измерений. Для этого источник у -излучения выполняют в виде источника релятивистских электронов и монокристалла. Система кристаллографических -плоскостей монокристалла составляет угол 9. с осью пучка электронов. Исследуо емый образец расположен за монокристаллом под углом 2 9, относительно О направления оси пучка электронов. Детектор устанавливают аа образцом под углом it/2 к оси пучка фотонов, падающего на образец, в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через вектор обратной решетки монокристалла и ось источника электронов . При прохождении пучка релятивистских электронов через монокристалл 2 в направлениях, определяемых законом Вульфа-Врэлла распространяется моноэнергетическое рентгеновское излучения. Моноэнергетическое рентгеновское излучение направляют на исследуемый образец 3 и измеряют Комптон-профиль с помощью Ge(Li)-Ae- тектора 4. Расположение детэктора под уголом ir /2 к плоскости, проходящей через пучок релятивистских электронов и монознергетический рентгеновский пучок, позволяет исключить при регистрации некогерентный фон. 1 ил. (Л ND SD 30

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН

А1

091 00 (51)5 С 01 И 23 203

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АЮТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 30.05.92. Бюл . Y- 20 (21) 3891319/25 (22) 29.04.85 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.И.Кирова (72) С.А.Воробьев и А.П.Потылицын (53) 62 1.386(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 53!400, кл. С 01 К 23/00, 1976.

Singru R.È, "Nuclear methods for

the Determination of Electron Density"

Phys. stat sol, 1975, 30(а), 11; (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ВЕЩЕСТВА (57) Изобретение относится к экспериментальной и технической физике и может быть использовано при исследованиях-структуры твердых тел н материаловедении и технологии обработки материалов. Целью изобретения является повьннение точности измерений.

Для этого источник f --излучения выполняют в виде источника релятивистских электронов и монокриствлла.

Систеив кристаллографическнх .плоскостей монокриствлла составляет угол

Р, с осью пучка электронов. Исследуемый образец расположен эв монокрис гаечное под yrnow 2 9ь относительно направления оси пучка электронов.

Детектор устананлинают за образцом под углом й/2 к оси пучка фотонов, падающего на образец, н плоскости, перпендикулярной к плоскости, прохо" дящей через вектор обратной рещетки монокристалла и ось источника электронон. При прохождении пучка релятивистских электронон через монокристалл 2 н направлениях, определяемых законом Вульфа-Брэлла распространяется моноэнергетическое рентгеновское излучения. Моноэнергетическое рентгеновское излучение направляют нв исследуемый образец 3 и измеряют

Комптон-профиль с помощью Ge(Li)-детектора 4. Расположение детектора под уголом /2 к плоскости, проходящей через пучок релятивистских электрон в н моноэнергетический рентгенонский пучок, позволяет исключить при регистрации некогерентный фон. ! ил.

1322800

Изобретение относится к экспериментальной и технической физике и мояет найти применение прн исследованиях структуры тчердых тел, а такае в технологии обработки матерна,ios н 5 в материаловедении. !

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На чертеже схематично показано предлагаемое устройство ° Оно содер10 . хит источник 1 пучка релятивистских электронов, монокристаллический радиатор Z образец 3 исследуемого вещества, спектрометрический детектор 4 рассеянных от образца фотонов.Ионо15 кристаллический радиатор 2 выполнен в виде пластины — моноблока так, что его выбранная для работы система кристаллографических плоскостей, характеризуемая своим вектором обратной решетки, расположена строго перпендикулярйс торцам пластины.

Монокристаллический радиатор 2 помещен в пучок электронов от источника так, что вектор 7 составляет угол ч с осью источника 1 электронов, т.е, большая грань монокристалла составля ет угол (7< /2- 4 ) с осью пучка.

Образец 3 располомен эа монокристаллом под углом (/2 -4 ) с осью источ30 ника 1 электронов. За образцом 3 ус« тановлен спектрометрический детек- тор 4 рассеянных фотонов под углом /2 к пучку фотонов, падающих на образец 3 в плоскости, которая 35 перпендикулярна плоскости, проходящей через вектор и ось нсточниF ка 1 электронов. В качестве детекторе фотонов используется Ge(Li)-спектрометр. Кристаллический радиатор вы- 40 полнен из естественного алмаза или полупроводника-кремния или германия, которые имеют наиболее совершенную структуру иэ известных монокристаллов.

Они удовлетворяют следующим требо- 4> ваниям, полученным иэ эксперимента: число дислокаций " менее 10 см, число стурктурных точечных дефектов— менее 10 см . Большие грани моноблока кристалла отполированы до зеркаль- - 10 яого блеска для оптической ориентации кристалла с помощью лазера. Монокристалл установлен в гониометричес.ком устройстве с двумя степенями свободы и ориентируется с помощью лазе- 55 ра ОХГ-55 с рубиновым радиатором.

Хочхость ориейтации кристалла определяется энергией используемого пучка электронов и при энергии

Е„= 50 МэВ достаточна точность

-Ъ

b(< ь!О рад, Предлагаемое устройство работает следующим обраэом.

Пучок ускоренных релятивистских электронов от источника 1 направляют на монокристалл под углом к вектоЪ ру обратной решетки выбранной системы его плоскостей, Возникающее монохроматическое рентгеновское иэлуvewe выходит под тем яе углом у к вектору Г и под углом (-Zg ) к

P оси падающего на монокристалл пучка электронов и попадает на образец 3 °

Рассеянный на обраэце 3 пучок фотонов попадает на спектрометрический детектор 4, который установлен эа образцом 3 под углом г /2 к пучку фотонов падающих на образец, в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через вектор t моноP кристаллического радиатора 2 и ось источника 1 электронов.

При прохождении релятивистских электронов через кристаллы электромагнитное поле электрона мо кет быть представлено в виде спектра псевдофотонов с угловым распределением в пределах a0„c m с7Е у, где - Лоренц-фактор! Е, — энергия электрона; т — масса покоя электрона; с - скорость света. С этой точки зрения электромагнитное взаимодействие релятивистского электрона с кристаллом эквивалентно взаимодействию пучка фотонов с угловым разбросом d0> и непрерывным спектром, поэтому имеет место дифракционное рассеяние псевдофотонов на кристаллических плоскос- . тях. Тогда в направлениях, определяемых законом Вульфа-Брэгга, под углом

9 к плоскости распространяется мояоэнергетическое рентгеновское .излучение с частотой ц „ и „/в1п 9 °

3 n/a /сов!!/, где а — постоянная решетки кристалла1 g - угол иещду импульсон электрона и вектором обратной решетки кристалла. Величина отиосятельного выхода дифракционных рейтгеновских фотонов момет составит! до 10 фотонов/электрон при 1ООХлинейной, поляризации фотонов в плоскости, проходящей через ось пучка падающих электронов и вектор обратной решетки кристалла.

Пучок фотонов с частотой Q„ и угловой расходимостьв &8„ направляют

Г)0 4 тонного пучка. Такггм образом, если в начальиом фотонном пучке, наряду с моиохроматической линией, присутствует непрерывное фоновое излучение, причем отношение сигнал/фон благодаря малой угловой рясхопимости пучка фотонов мокно значительно (на порядбк больше) увеличить расстояние от источника фотонов до образца» что позволяет улучшить защиту детектора и снизить уровень фоновых загрузок. Измерение рассеянных фотонов производится Се(1.i) -детектором с собственным разрешением hQ = 400 эВ, распологкено ным под углом 90 к падающему пучку в плоскости, перпендикулярной плоскости поляризации фотонов. Укаэанная геометрия до двух раэ улучшает соотношение сигнал/фон, что повышает точность измерения, 3 13228 на исследуемый образец и измеряют

Комптан-профиль на рассеянном фотонном пучке с помощью Ge(l.i) -детектора. Спектр фотонов измеряют относительно падающего пучка под углом 5

Ч> /2 в плоскости, перпендикулярной плоскости линейной поляризации падающего фотонного пучка. Выбор такой геометрии измерения обеспечивает дополнительное повышение точности иэ- 1О мерения Комптон-профиля за счет улучшения соотношения полезный сигнал/фон.

Сечение комптоновского рассеяния линейно поляризованных фотонов Дается выражением 15 где г, — классический радиус электрона; 20

Q,è Г1, - энергия первичного и энергия рассеянного фотонов; — угол рассеянии; (,- параметр Стокса, 1

Для.фотонов, поляризованных перпен дикулярно плоскости рассеяния f, 1, для неполяриэованных (, О.

В случае и, ш,с (что, как правило, выполняется при исследованиях Комптон-профилей) связь мегггду энер- 30 гиями рассеянного и первичного фотонов дается формулой Комптона формула изобретения

Устройство для исследования электронной структуры вещества, включающее источник 1 -излучения, дершатель образца, детектор рассеянных от образца фотонов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений, источник g -излучения выполнен в виде последовательно установленного источника релятивистских электронов и монокристалла, расположенного так, что выбранная система кристаллографических плоскостей монокристалла составляет угол Вульфа-Брэгга Оь с осью пучка релятивистских электронов источника, дергкатель образца располопен sa момокристаллом под yraox 29 относительно оси релятивистских электронов» а детектор установлен эа дершателем образца под углом /2 к плоскости, проходящей через ось пучка электронов и вектор обратной решетки монокристалла.

Иэ выразгений (1) и (2) сечение рассеяния фотонов, поляризованных перпендикулярно плоскости рассеяния, на угол Р +/2 будет равно 40

dG /Ьо -"1/2 г 2 т, а неполяриэованных - д „ „,„/дя =1/2(p, . Вероятность попадания в детектор рассеянных линейно поляризованных фотонов до двух pas выше, чем неполяризованных, составляющих некогерентиую часть фоСоставитель Т.Владимирова

Техред М.Моргентал . Корректор С.Шекмар

Редактор Л.Волкова

Тирам 817 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2442

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород» ул. Проектная,. 4