Способ коллимации и монохроматизации рентгеновского излучения

 

Изобретение относится к области рентгеновской оптики и позволяет получить монохроматический пучок рентгеновских лучей, коллимированный в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с расходимостью порядка угловой секунды. Целью изобретения является обеспечение дополнительной коллимации в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракций. Используют монокристалл, установленный в положении окольного возбуждения запрещенного отражения с помощью многоволновой дифракции, и устройство ограничения угловой расходимости рентгеновского пучка в плоскости дифракции запрещенного отражения. При этом вектор обратной решетки вторичного отражения, окольно возбуждающего запрещенное отражение, ориентирован в плоскости, не совпадающей с плоскостью дифракции запрещенного отражения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 С 21 К 1/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2 I ) 441 4 7 90/31-25 (22) 25, 04. 88 (46) 28,02. 90. Бюл. Ф 8 (71) Минский радиотехнический институт (72) Е.А. Кондрашкина, С. А. Степанов и Д.В.Новиков (53) 621,386 (088,8) (56) Bonse Н., Hart М. Tailles x-ray

single-crystal reflection curves oblained by nultiple reflection.

Appl. Phys. Lett, 1965, v. 7, р. 238240.

Авторское свидетельствб СССР

У 1103126, кл. G О! N 23/20, 1983. (54) СПОСОБ KOSIJIHNAIIHH И МОНОХРОМАТИЗАЦИИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к области рентгеновской оптики и позволяет получить монохроматический пучок рентИзобретение относится к рентгеновской оптике и может быть использовано в материаловедении для исследования структуры тонких поверхностных слоев кристаллов с помощью методов рентгеновской диАракции в условиях полного внешнего отражения (РДПВО), Бель изобретения — обеспечение дополнительной коллимапии рентгеновско-. го пучка в плоскости, перпендикулярной плоскости дибракции.

На фиг. I изображен коллимирующий монохроматор для осуществления предлагаемого способа; на Фиг. 2 — изме-. ренные дифференциальные кривые РДПВО, „„SU„„Û47036 А1

2 геновских лучей, коллимированный в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с расходимостью порядка угловой секунды, Белью изобретения является обеспечение дополнительной коллимации в плоскости, перпендикулярной плос крс ти диш рак ции.

Используют монокристалл, установленный в положении окольного возбуждения зап решенного отражения с помощью многоволновой диФракиии, и устройство ограничения угловой расходимости рентгеновского . 1 пучка в плоскости дийракции запрещенного отражения, При этом вектор об- э ратной решетки вторичного отражеГ ния, окольно возбуждающего запрещенное отражение, ориентирован в плоскости, не совпадающей с плос-. костью дифракции запрещенного отражения. 3 ил. т.е, зависимости интенсивности Е дифрагированного пучка от изменения угла 6 — 8> Брэгга при *иксированном угле падения, равном 13 угловым минутам (кривая показана сплошной линией) и 22 угловым минутам (кривая показана пунктирной линией); на фиг.3 — кривые интенсивности зеркального отраженного проходящего пучка, измеренные одновременно с дифференциальными кривыми РДПВО и в зависимости от тех же параметров.

Сущность способа состоит в использовании эффекта окольного возбуждения запрещенного брэгговского отражения с

1547036 помощью многоволновой днфракции (эффект Реннингера) . Если монокристалл находится в положении запрещенного брэгg ÎÂñêoÃÎ отражения то интенсив ность дифрагированного пучка практически равна нулю. Оуако путем вращения вокруг вектора Ь, обратной решет= ки запрещенного отражения, кристалл можно вынести в брэгговское положе-ние для в" îðè÷íîãî отражения с вектоЪ ром: . При этом происходит окольное возбуждение первичного "-апрещенного

,отражения. Если вектор обратной рещетки вторичного отражения лежит в плоскости дифракции первичного отражения, Фо окольно возбужденный ди-. фрагированний пучок коллимирован только в этой плоскости, но при этом выделяется излучение только одной ,длинь. волны. В предлагаемом устройстве используется случай, когда вектор обратной решетки вторичного отражения не лежит в плоскости дифракпии первичного отражения. При этом, если падающее на кристалл излучение содержит только одну длину волнь., то окольно возбужденный дифрагированный пучок оказывается коллимированным в двух плоскостях с угловой расходимостью

Ir:орядка l угловой секунды, определяемой собственной шириной максимумов ,цинамической дифракции.

)!

Если же падающее излучение немо1 нохроматично, то окольно возбужденныи дифрагированный пучок образует расходящий "веер", аоответствующий

1 дисперсии угла Брэгга пс длинам волн.

Каждой длине волны соответствует свой угол выхода в горизонтальной плоскости и вертикальной, определяемый формулами ьЪ

«g 86 f1)

hq-- «g8 ь9, Э (2)

"де 1 1-1 и Ь p - отклонение рентгеновскоГо пучка соответственно в плоскости дифракции и в перпендикулярной к ней плоскости, вызванные изменением длины волны )1 на величину h 11

Îl1 — угол Брэгга для вапрещенного отражения;

9 — эффективный угол БрэгЫ 3 га, связанный с 9 б соотношением

«Р y, = «gag/(«g О, о„сов 6 sing), (3) где 8». угол Брэгга запрещенного отражения, соответствующий такой длине волны, при которой вектор обратной рещетки вторичного отражения лежал бы в плоскости дифракпии первичного отражения, Величина угла g полностью определяется выбором индексов первичного и вторичного отражений в кристалле и равна острому углу между векторами

<, и ((, — c ).

Угол о — угол отклонения вектора обратной решетки вторичного отражения от плоскости диЛракции первичного.

Из формул (1) — (3) следует, что если ограничить 60 — угловую расходимость в плоскости дифракции с помощью второго монокристалла или щели, то тем самым ограничится спектральный интервал gQ /Q и соответственно расходимость () в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции. Кроме того, выбирая различные индексы вторичного отражения, можно изменять g и тем самым изменять величину угловой расходимости в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции.

Устройство для осуществления прецлагаемого способа содержит монокристалл l и устройство ограничения угловой расходимости рентгеновского пучка — щель 2. Ионокристалл 1 установлен в положении брэгговского отраже4Î ния падающего на него рентгеновского пучка 3. В качестве устройства ограничения угловой расходимости может использоваться как показанная на, фиг. 1 щель 2, так и второй монокристаял в положении брэгговской дифракции, Конструктивно монокристалл 1 установлен на двухкружном гониометре 4, а щель 2 — на соответствующем штативе. Ионокристалл 1 установлен по оси в положение первичного запрещенного брэгговского отражения, а по оси ( повернут на такой угол, что выполнечо условие Брэгга для вторичного отражения, обеспечивающего окольное

5. ) возбуждение запрещенного отражения, причем плоскость, в которой расположены вектора обратной решетки первичного Т, и вторичного отражений, не

703б

Фо рмула

5 154 совпадает с плоскостью дифракпии первичного отражения.

Способ осуществляют следующим образом.

На монокристалл посылают расходящийся пучок немонохроматических рентгеновских лучей где он претерпевает запрещенное брэгговское отражение, окольно возбужденное с помощью многоволновой дифракции. Дифрагированный пучок представляет собой расходящийся наклонный "веер" рентгеновских лучей, соответствукщий дисперсии угла

Брэгга по длинам волн. Каждой длине волны соответствует свой угол выхода лучей в горизонтальной и вертикальной плоскостях. С помощью устройства ограничения угловой расходимости коллимируют рентгеновский пучок в плоскости дифракции и тем самым ограничивают спектральный состав излучения, а следовательно, и расходимость пучка в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции.

Способ реализован на стандартном трехкристальном рентгеновском спектрометре, оборудованном рентгеновской трубкой О,ЗБСВ-25 и с точечным Фокусом размером (0,2 0,1) квадратных миллиметров . В качестве кристалла-монохроматора испоцьзован монокристалл германия с ориентацией поверхности (III), в качестве устройства ограничения угловой расходимости в плоскости дифракции — вертикальная щель. Для юстировки коллимирукпцего монохроматора кристалл германия вводили в пучок и поворачивали на угол Брэгга 28,2 градуса для запрещенного (222) — отражения СиК< излучения. Детектор

1 рентгеновского излучения располагали под двойным углом Брэгга к направлес нию первичного пучка. После кристалла-монохроматора ус танавливали юстировочные щели — вертикальную и горизбйтальную, шириной 200 микрон. Кристалл германия поворачивали вокруг вектора обратной решетки запрещенного отражения — по углу (р в интервале

40-50 градусов и регистрировали интенсивность наиболее сильных пиков многоволновой дифракции. Затем моно" кристалл устанавливали по углу Ср в положение, соответствующее вторично- . му отражению (III), угол 8 + для ко- :

:торого, рассчитанный по формуле (3), равен 7,0 градусам. Горизонтальную щель убирали. Вертикальная щель име6 ла ширину 200 микрон, что обеспечивало угловую расходимость пучка в горизонтальной плоскости порядка 8 угловых секунд (с учетом свертки с кривой отражения исследуемого кристалла1 и в вертикальной — порядка

15 угловых секунд. Интенсивность коллимированного рентгеновского пучка составляла примерно 1000 импульсов в секунду при анодном напряжении рентгеновской трубки 30 киловольт и токе

1 0 милл нампе р.

С помощью коллимирующего монохроматора измерены дифференциальные кри. вые (220) — РДПВО от совершенного .кристалла кремния с ориентацией поверхности (III) . Для этого кристалл

20 кремния устанавливали вертикально в положение (220) — отражения по Лауэ, а затем поворачивали вокруг вектора обратной решетки (220), добиваясь уменьшения угла падения коллимирован25 ного рентгеновского пучка на поверхность кристалла до нескольких угловых минут при сохранении условий дифракции. Регистрировали при этом интенсивность зеркально отраженного диЬрагированного и зеркально отраженного прошедшего пучка в зависииости от изменения угла Брэгга при Фиксированном угле падения..Измеренные кривые приведены на фиг. 2 и фиг. 3. Кривые

РДПВО для дифрагированного пучка де> монстрируют обрыв интенсивности со стороны углов дифракции меньших брэгговского, для проходящего — характерную асимметрию формы. изобретения

Способ коллимации и монохроматизации рентгеновского излучения, заклю45 чающийся в том, что рентгеновское излучение направляют на кристалл-монохроматор и расходимость монохроматизированного излучения в плоскости дифракции ограничивают коллимирующим

50óñòðîéñòâîì, о тл ич ающийс я тем, что, с целью обеспечения дополнительной коллимации рентгеновского

Пучка в плоскости, .перпендикулярной плоскости дифракции, кристалл-монохроматор ориентируют относительно падающего пучка в Положение многоволновой дифракции, при котором осуществляется окольное возбуждение запрещенI ного брэгговского отражения, причем! 547036 вектор обратной решетки разрешенного совпадающей с плоскостью дис1 ракпии отражения ориентируют в плоскости, не запрещенного отражения, Х(им%)

Составитель О.Алешко-Ожевский

Редактор А . Рев ин Тех ред JI. Ñåðäþê oâà Корректор Т.Малец

Заказ 84/90 Тираж 349 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101