Способ получения монохроматического рентгеновского излучения Советский патент 1992 года по МПК G21K1/06 

Изобретение относится к области экспериментальной и технической физики и может быть использовано в рентгенотехнике как источник моно- xpbмaтичecкo o рентгеновского излучения с перестраиваемой частотой.

Целью настоящего изобретения является повышение интенсивности излучения на регулируемом расстоянии от монокристалла.

На чертеже схематично изображена реализация пред-пагаемого способа.

Пу-toK релятивистских электронов I направляют на изогнутую по дуге радиуса R монокристаллическую пластну 2, которая ориентирована торцом перпендикулярно пучку электронов и помещена в одйородное магнитное поле величиной Н /iE/eR, (v/c, V - скорость частицы, е - ее заряд, с - скорость света), силовые линии которого (на чертеже изображены кретиками) параллельны большой поверх- ности пластины. Пластина .монокристалла вырезана так, что выбранные атомные плоскости расположены под углом ( /1/2 -б ) к ее торцам. При этом пучок электронов пересекает по углом 0 систему выбранных плоское- тей. .

Способ -осуществляется следующим образом.

Пучок релятивистких электронов направляют перпендикулярно торцу монокристаллической пластины так, что электроны проходят под углом- Q через систему выбранных атомных плоскостей (hkl). Под действием поперечного однородного магнитного поля электроны движутся по дуге окружности с радиусом R, равным радиугу изгира пластины, когда величина магнитного поля строго равна Н j E/eR. В таком случае пучок электронов пересекает выбранные атомные плоскости (hkl) под одним и тем же углом 9 в в изогнутом кристалле. Как и в прототипе, при пролете релятивистских электроно через монокристалл происходит дифрак ция собственного электромагнитного поля.заряда на системе кристаллогра- фических плоскостей. При этом в брэг говских направлениях излучаются монохроматические рентгеновские фотоны с частотой, определяемой формулой:

Цп/а sin 0 ,

W.

где а - постоянная решетка кристалла;

п - порядок дифракции; п О, t, 2....

Благодаря изгибу кристаллической пластины рентгеновское излучение

фокусируется в определённой точке на расстоянии R от кристалла. Для изменения величины R фокусного расстояния с целью сохранения условия пере- . сечения всего семейства плоскостей

под одним и тем же углом 0 необходимо изменить величину поля Н так, чтобы соблюдалось постоянство Н К const. При этом условии рент-- геновское излучение сохраняет монохроматичность.

Генерация рентгеновского излучения происходит по всей длине кристаллической пластины с длиной L. Длину пластины, которую целесообразно использовать в данном способе, можно оценить по формуле, учитывающей многократное рассеяние:

25

MdKt

(t--|- VL,)

г/3

,j. выбирают так, Мтобы пучок электронов не. выбывал из-за много- кратно.го рассеяния при прохождении через пластину толщиной t. Здесь LP - радиационная длина; Ej 21МэВ.

Например, для пластины S- величина LP 9,36 см. Помимо ограничения на

длину пластины эффект многократного рассеяния может привести только к

некоторому размыванию монохроматичности пучка рентгеновских фотонов, Для многих физических задач это уши- рение несущественно по сравнению с выигрышем в интеисивиости излучения.

Излучаемые рентгеновские фотоны : с частотой U) поглощаются в материале пластины. Поглощение определяется линейным коэффициентом поглощения /U (w). С учетом этого эффекта толщииу пластины целесообразио ограничить как t .$ /U- или пропускать пучок в пластине большей толщины на расстоянии t /и- от края ее вогнутой ловерхности. Предельный радиус, изгиба пластины также определяется

ее толщиной как R-.-. t.

о

Выигрыш в интеисивиости рентгеиов- ского излучения согласно предложенному способу, по сравнению с прототипом, можно оценить следующим образом. .Так как генерация фотоиов идет со всей траектории электрона при прохождении через пласти}гу, то интенсивность излучения растет пропорцио- нально длине L пластины. Тогда, если лР размер сфокусированного пучка рентгеновского излучения на расстоянии R от кристалла, выигрьпп в интенсивности составляет К L/4 f L/R Д I/ , где 4 Ч расходимость падающего пучка заряженных частиц.

Если собственная расходимость рентге-fO проходящих через пластину (110) Si,

для изменения фокусного расстояния с Rj 300 см до R 2 600 см одновременно изменяют величину магнитного поля с Н 10 кГс до На 5 кГс.

Формул-а изобретения

20

25

новского излучения d9j,, как, например, для квазипараллельного пучка электронов, то &вд . В таком предельном случае-, например, для энергии электронов Е 10 ТэВ t5 и дпины пластины L 30 см при радиусе изгиба R Ю м выигрьш в увеличении интенсивности рентгеновского излучения составляет К я, 60Q раз. Пример конкретной реализации. В качестве источника релятивистских заряженных частиц используют синхротрон СИРИУС с энергией пучка электронов Е I ГэВ и угловой рас ходимостью пучка AV 6-JO рад. Монокристаллическая пластина выполнена из кремния размерами 30x10x0,3 мм так, что кристаллографические плоскости (110) наклонены к большой грани пластины под углом 6 20°. Пластину ориентируют так, чтобы ее торец был перпендикулярен пучку электронов. Затем пластину изгибают по дуге ра- диуса R 300 см и помещают в однородное магнитное поле величиной Н j%E/e-R 10 кГс, которому соответ.ствует радиус изогнутой траектории электронов R 300 см. При этом при пересечении электронами с энергией Е I ГэВ плоскостей (110) кристал- 40 ла Si под углами б 20 испускается рентгеновское излучение с частотой .(V, 9,4 кэВ в. первом максимуме

30

Способ получения монохроматического рентгеновского излучения, заключающийся в пропускании пучка релятивистских электронов через монокристаллическую пластину под брэгговским углом Q к выбранной системе кристаллографических плоскостей и отборе рентгеновского излучения в направлении брэгговского отражения, отличающийся тем, что, с целью повышен /я интенсивности иэлзгчення на регулируемом расстоянии R от монокристалла, пучок электронов направляют на торцовую поверхность изогнутой по радиусу R монокристаллшгеской . пластины, кристаллографические плоскости которой расположены под углом 35 7Г/2 - б к торцовой поверхности пластины, помещают ее в однородное магнитное поле величиной

Н Е/е R,

где /5 - относительная скорость электрона ;;

е - заряд электрона; .

Е - энергия электрона, отклоняющее пучок электронов к вог

спектра, которое фокусируется на расстоянии R 300 см от кристалла в 45 нутой поверхности монокристалпичес- пятно размером ,2 см. Выигрыш кой пластины.

в интенсивности по сравнению с прототипом составляет К L/ Л Е i 15 раз.

Чтобы изменить -фокусное расстояние R получаемого излучения, изменяют изгиб кристаллической пластины с одг повременным изменением величины магнитного поля так, что Н R const для данной энергии Е электронов. Так, для электронов с энергией Е I ГзВ,

Способ получения монохроматического рентгеновского излучения, заключающийся в пропускании пучка релятивистских электронов через монокристаллическую пластину под брэгговским углом Q к выбранной системе кристаллографических плоскостей и отборе рентгеновского излучения в направлении брэгговского отражения, отличающийся тем, что, с целью повышен /я интенсивности иэлзгчення на регулируемом расстоянии R от монокристалла, пучок электронов направляют на торцовую поверхность изогнутой по радиусу R монокристаллшгеской пластины, кристаллографические плоскости которой расположены под углом 7Г/2 - б к торцовой поверхности пластины, помещают ее в однородное магнитное поле величиной

Н Е/е R,

где /5 - относительная скорость электрона ;;

е - заряд электрона; .

Е - энергия электрона, тклоняющее пучок электронов к вог

утой поверхности монокристалпичес- ой пластины.

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано для получения монохроматического рентгеновского излучения. Целью изобретения является повышение интенсивности моно хроматического излучения на регулируемом расстоянии R от монокристалла. Для этого релятивистских электронов пропускают через монокристалл под углом 0 к выбранной системе атомных плоскостей и отбирают излучение в брэгговских направлениях. Монокристалл вырезают в ви- де пластины так, что выбранные плоскости расположены под углом я/2 - 0 к ее торцам, пластину изгибают с радиусом R и помещают в однородное магнитное поле величиной Н р E/eR, где /i- относительная скорость, е - заряд,-Б - энергия электрона. Направление магнитного п оля изгибает траектории электрон ов к вогнутой поверхности пластины. Для регулирования фокусного расстояния R одновременно изменяютрадиус изгиба пласти- ны монокристалла и величину магнитного поля так, что Н -R const при . данной энергии электронов. За счет фокусирования рентгеновского излучения его интенсивность возрастает на порядок и больше, при этом фокусное расстояние R может плавно регулироваться при сохранении монохроматичности рентгеновского излучения. 1 ил. . СЛ