Способ определения толщины слоев

 

Изобретение относится к радиационной технике. Способ заключается в просвечивании исследуемого объекта каким-либо видом радиационного излучения, определении интенсивности падающего на объект излучения и излучения, прошедшего через объект, при этом проводят вдоль одной прямой больше чем одно просвечивание излучениями разного вида, составляют систему уравнений относительно толщин слоев, решают систему уравнений, в результате находят толщину каждого слоя. Технический результат: расширение области применения.

Изобретение относится к области радиационной техники и может быть применено в различных разделах данной области.

На практике часто возникает необходимость определить линейные размеры какого-либо объекта. Это можно осуществить разными способами. В простейшем случае линейные размеры объекта можно определить, используя измерительную линейку. Недостатком указанного способа является то, что он применим к объектам простой формы [1].

Известен способ измерения толщины с использованием бета-излучения (патент 2011164 РФ от 15.04.1994), при котором регистрируется отраженное излучение. Из-за малой проникающей способности бета-излучения этот способ может быть применен только для измерения толщины однослойного покрытия. Способ не применим для исследования многослойных объектов из-за поглощения отраженного излучения первыми слоями.

Известен способ определения толщины слоев многослойной полимерной пленки (патент США 4243882 от 06.06.81), при котором многослойная полимерная пленка многократно просвечивается инфракрасным излучением. Все длины волн при каждом просвечивании различны. Число просвечивании должно быть не меньше, чем число слоев. После проведения численного расчета находят толщину каждого слоя. Этот способ может быть применен только для исследования многослойных пленок при условии, что каждый слой прозрачен для инфракрасного излучения. Способ основан на подборе длин волн излучений таким образом, чтобы в одном случае излучение сильно ослаблялось первым слоем и слабо ослаблялось вторым. Реализация этого способа сложна для двухслойного образца и практически невозможна для многослойного образца, на что обращают внимание сами авторы (см. стр.2, п.50-55).

Авторы поставили задачу обеспечить измерение толщин слоев многослойного объекта при условии, что слои имеют значительную толщину и не прозрачны для оптического и инфракрасного излучения.

Эту задачу в настоящее время можно выполнить при просвечивании объекта различными видами радиационного излучения, например рентгеновским излучением, гамма-излучением и нейтронным излучением.

В качестве прототипа был выбран способ определения толщины однородного однослойного объекта, основанный на просвечивании объекта узким пучком коллимированного радиационного излучения, в частности, рентгеновского или гамма-излучения [2]. Этот способ наиболее близок к заявленному по назначению и по совокупности существенных признаков.

При реализации указанного метода для проведения просвечивании применяют рентгеновское излучение или гамма-излучение в силу того, что данные виды излучения обладают высокой проникающей способностью (для различных материалов слой десятичного ослабления для гамма-квантов, энергия которых равна 1 МэВ, колеблется в пределах от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров [3]). Измеряется интенсивность излучения, прошедшего через объект, интенсивность падающего излучения находится расчетным путем или в результате измерений. После проведения численного расчета определяется толщина слоя [2].

Методы регистрации рентгеновского излучения и гамма-излучения разработаны достаточно хорошо и они достаточно эффективны и надежны [4].

Недостатком данного метода является то, что он применим к определению толщины слоя в случае, когда исследуемый объект однороден.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка прототипа и расширение области его применения на случай, когда исследуемый объект состоит из нескольких слоев различных материалов, коэффициенты линейных ослаблений излучения которых различны.

Указанная цель достигается следующим образом.

Вдоль одной прямой производят больше чем одно просвечивание радиационными излучениями разного вида, определяют интенсивность падающего на объект излучения и излучения, прошедшего через объект, составляют систему уравнений относительно толщин слоев, решают систему уравнений, в результате находят толщину каждого слоя.

Если используются монохроматические источники излучения разных энергий, то число источников должно быть не меньше числа слоев исследуемого объекта. Если источники имеют спектр излучений, то их число можно уменьшить, регистрируя интенсивность каждой линии источника отдельно.

Рассмотрим пример конкретного исполнения. При просвечивании объекта, состоящего из n слоев различных материалов, узким пучком монохроматического излучения интенсивность излучения, прошедшего через объект, определяется по формуле где I₀ - интенсивность падающего излучения, Е - энергия излучения, I(Е) - интенсивность излучения, прошедшего через исследуемый объект, μ_i(Е) - коэффициент линейного ослабления излучения для i-го слоя, l_i - толщина i-ro слоя (l≤i≤n).

Значение I(E) находят из измерений, I₀ определяют расчетным путем или находят из измерений.

По известным значениям I(E) и I₀ можно найти сумму Пусть исследуемый объект состоит из нескольких слоев, число слоев обозначим через n. Производят просвечивания исследуемого объекта излучениями с энергиями E₁, E₂, E_n (N≥n), все энергии отличны друг от друга, составляют систему уравнений здесь N - число просвечиваний, I_i,o - интенсивность падающего на объект излучения с энергией E_i, I_i(E_i) - интенсивность прошедшего через объект излучения с энергией E_i,
μ_i (E_i) - коэффициент линейного ослабления для j-ro слоя излучения с энергией E_i
(i изменяются от 1 до N), значения находят из справочника [3].

Систему решают относительно l₁, l₂... l_n, в результате находят толщину каждого слоя.

Сопоставительный анализ показал, что заявляемое устройство не имеет идентичного в данной области техники. Сравнение заявляемого устройства не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области и в смежных областях позволяет заключить, что предложенный способ по совокупности признаков обладает новизной и обеспечивает решение задачи в рамках поставленной цели.

Источники информации
1. БСЭ, т.14. - М.: Советская Энциклопедия, 1973, с.456.

2. Таточенко Л.К. Радиоактивные изотопы в приборостроении. - М.: изд-во Главного управления по использованию атомной энергии при Совете Министров СССР, 1960, с.226.

3. Машкович В. П. Справочник. Защита от ионизирующих излучений. - М.: Энергоатомиздат, 1982, с.87-98, 154-161.

4. Иванов В.И. Дозиметрия ионизирующих излучений. - М.: Атомиздат, 1964, с.88-100.

Формула изобретения

Способ определения толщины слоев с различными коэффициентами ослабления излучения, заключающийся в просвечивании исследуемого объекта каким-либо видом радиационного излучения, определении интенсивности падающего на объект излучения и интенсивности излучения, прошедшего через объект, отличающийся тем, что проводят вдоль одной прямой больше чем одно просвечивание излучениями разного вида, составляют систему уравнений относительно толщин слоев, решают систему уравнений, в результате находят толщину каждого слоя.