Устройство для определения кристаллографических направлений монокристаллов Советский патент 1985 года по МПК H05H6/00 

Изобретение относится к экспериментальной физике и может быть использовано в различных ядернофизических экспериментах для опред ления кристаллографических направлений от нормали к поверхности монокристаплической мишени, облучаемой пучком электронов. Цель изобретения - увеличение универсальности устройства за счет расширения диапазона энергий электронов, а также упрощение устройства путем исключения регистрации нейтронного излучения. На фиг.1 изображено устройство, состоящее из ускорителя электронов 1, ориентируемой монокристаллическ мишени 2, рассеивателя 3 из твердого материала с малым атомным номером составляющих элементов, например полистирола, детекторов 4 У-квантов, например сцинтилляционных счетчиков. Детекторы 4 установ лены под углом 9 к оси, проходящей через ускоритель 1, ориенти руемую мишень 2, рассеиватель 3, с возможностью изменения этого угла. Детекторы 4 расположены по окружности с азимутальным шагом ЛСр В отличие от прототипа, рассеив тель поляриметра выполнен из аморфного материала с малым атомны номером, а детекторы излучения выполнены в виде детекторов V -квантов и снабжены устройством регули- ровки угла их расположения относительно оси устройства. На фиг,2 показана схема поворот монокристалла для совмещения кристаллографической плоскости с напра лением электронного пучка. Устройство работает следующим .образом. jf-кванты, возникающие при каналировании заряженных частиц в монокристаллической мишени 2, рассеиваются на угол 0 в рассеивателе 3 и детектируются сцинтилляционныM.I детекторами 4, расположенными под разными азимутальными углами ср При ориентации кристалл монокристаллической мишени 2 вращается вокруг оси, перпендикулярной пучку заряженных частиц, и при совпадении какой-либо кристаллографической . плоскости с направлением пучка возникает поляризованное Jj -излучение при плоскостном каналировании. 72 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), (iTo). При появлении в пориентационной зависимости максимума, обусловленного излучением электронов, каналирующих в плоскости, на пример (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 стремяться совместить оси вращения с кристаллографическими осями (с той или иной степенью 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 юриентационной зависимости выхода электромагнитного излучения, расстояние 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 проеций, определяют разориентацию найденного низкоиндексного (главного) направления к поверхности кристалл

Энергетический диапазон работы поляризатора дпя данной энергии заряженных частиц определяют расположением сцинтилляционных счетчико относительно оси пучка и рассеивателя, учитывая тот факт, что максимум в спектре интенсивного электромагнитного излучения Ufl каналирукнцих заряженных частиц в монокристаллической мишени зависит :от энергии заряженньк частиц Е по закону СОо Е Измерение поляризационных параметров фотонов проводится с минимальной ошибкой в

ТОМ случае, когда величина -г- К

так называемая приведенная анализирующая способность поляриметра, имеет максимальное значение

jd л. jtj|,

(1) JaIo da

fjdi ( (2) dap

и

- дифференциальное сечение

где комптоновского рассеяния,

р дифференциальное сечение комптоновского рассеяния фотонов, поляризованных перпендикулярно (параллельно) плоскости рассеяния .

Приведенная анализирующая способность может быть рассчитана по известным формулам ба.

(3)

((«-г) (4)

Ж-И-Г «в);

(5)

а«

СО,

со, , ,

0-С050)

(ГПоС

Шг Ь,

де ci

и

э - постоянный коэффициент.

1764574

to,,(Од энергия падающих и рассеянных у -квантов, Т1, - масса электрона в покое, С - скорость света в вакууме. 5 Как видно из формул 1-5, приведенная анализирующая способность для различных энергий падающих и рассеянных Y -квантов зависит от угла 9 и, изменяя его для кон10 кратных СО, и СОд можно добиться максимальной величины -т- R

CJQ

Пример. Электроны, ускоренные в синхротроне Сириус до энер15 гни Ед 900 МэВ, при прохождении через монокристалл алмаза излучают у-кванты, причем в случае совпадения импульса электрона с какой-либо кристаллографической плоскостью

20 в спектре У -излучения появляется резкий пик с энергией СОд 5 МэБ. Этому пику соответствует возрастание скорости счета рассеянных фотонов (ориентационный максимум).

25 Вращая алмаз с помощью гониометра вокруг горизонтальной или вертикальной оси, перпендикулярной оси пучка электронов, измеряют ориентационные зависимости выхода рас-

3Q сеянных у -квантов аморфного рассеивателя (полистирол толщиной /v 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 же углом 9 25 относительно оси устройства, под разными азимутальными углами Cfi Я uCf 45 . Для этого угла рассеяния приведенная азимутальная способность -2-

dQ

5 для указанной энергии фотонов. При

достижении максимума в ориентационной зависимости определяют пару спектрометров, расположенных друг против друга, счет которых минимален.

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

5 При дальнейшем вращении монокристалла находят следующий максимум в ориентационной зависимости,для которого положение плоскости поляри

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