Способ изготовления фокусирующего рентгеновское излучение кристалла Советский патент 1989 года по МПК G21K1/06 

Крис/тм .

7 X

()

Изобретение относится к экспериментальной и технической физике и может быть использовано для получения сфокусированного рентгеновского излучения. Целью изобретения является обеспечение фокусировки различных длин волн. Монокристаллическую пластину изготавливают по радиусу кривизны R, затем выпрямляют. При этом выбранные кристаллографические плоскости (HKL) направлены под разными углами к поверхности пластины в диапазоне углов (θ-θ+L/R), где R - радиус кривизны, L - длина пластины. Фотоны параметрического рентгеновского излучения, генерированные электронами при прохождении через монокристалл, фокусируются в одной точке.

фиг.1

Изобретение относитгя к экспериментальной и технической физике и может быть использовано Р качестве источника сфокусированного рентгенов СКОРО излучения Р рентгеноспектраль- ных методах определения элементного состава вещества для локального определения концентрации примесных элементов в различных веществах или сплавах.

Цель изобретения - обеспечение фокусировки различных длин волн.

На фиг. 1 изображена геометрия изготовления пластины; на фиг. 2 и 3 - схематическая реализация спо соба фокусировки.

Пластину вырезают из кристаллического моноблока по дуге окружности радиуса R длиной L. Как видно из фиг. 1, радиус окружности R и длина пластины L определяют допустимый диапазон углов Л S L/P между кристаллографическими плоскостями (hkl) и поверхностью пластины соответствен но диапазон частот рентгеновского излучения ) UCJ(L,R). Для частот рентгеновского излучения (о 0+ +40) выбором участка дуги окружности достигают необходимого диапазона углов (во- бо- L/R) между кристаллографическими плоскостями и поверхностью пластины (фиг.1). Затем пластину выпрямляют.

Изготовление пластины по дуге окружности приводит к тому, что па- раллельные плоскости (hkl) направлены под разными углами к поверхности пластины. Причем угол между отдельной плоскостью (hkl) и поверхностью пластины является функцией от ее по ложения по длине пластины и радиуса окружности R. При разгибании пластины нарушается параллельность плоскостей (hkl), но сохраняются углы между плоскостями (hkl) и поверх- ностью пластины. Благодаря этому элктроны пересекают кристаллографические плоскости под разными углами по длине кристалла и генерированные фотоны параметрического рентгенов- ского излучения фокусируются в одной точке.

На торец выпрямленной пластины 1 (фиг.2) направляют пучок релятивистских электронов 2. Электроны при своем движении пересекают кристаллографические плоскости (hkl) под углами от 6о на входе до (& L/R)

на выходе из кристалла м г еперируют фото)1ы параметрического рентгеновского излучения с частотами (CJo -( ч-ЛСдЭ) ф(1кусируюи1ихся в заданной точке О . При этом из геометрии способа расстояние 00- от точки входа электронов в кристалл до фокуса определяют из соотношения з1п2(в„+Ь/К)

00 - 1,

sin 2 (L/R)

(1)

Генерация рентгеновского излучения происходит по всем длине кристаллической пластины. Длину пластины L, которую целесообразно использовать в данном способе, можно оценит. по формуле, учитывающей многократное рассеяние

Ь/чокс (h --- -ГТ)

Ф

К

(2)

0 5

5 0 5 0

5

Выбор LMOKC производят из условия, чтобы из-за многократного рассеяния не происходило выбывание пучка электронов при прохождении через пластину толщиной h. Здесь LO - радиационная длина, Е - энергия электронов, Е - 21МэВ, Например, для пластины Si и Е 1 ГэВ величина . - 1-5 см.

Излучаемые рентгеновские фотоны с частотами п диапазоне (Оо-оЗо+u J) испытывают поглощение в материале пластины, которое определяется линейным коэффициентом поглои1ения (М ( 6J ) . С учетом этого эффекта толщину пластины целесообразно ограничить как h jM .

Кр/оме того, толгцина пластины должна удовлетворять условию максимально допустимого изгиба h . Из этих двух условий выбирают более жесткое для конкретного случая.

Рассмотренная на фиг. 2 схема реализации предлагаемого способа соответствует случаю падения на кристалл электронов больших энергий и не может быть использована для электронов малых энергий. Для электронов низких энергий величина LMOKC существенно меньше. Поэтому в данном случае реализация предлагаемого способа приведена на фиг. 3, на которой пучок электронов 2 направляют на поверхность кристаллической пластины 1 и отбирают в брэгговских направлениях сфокусированный пучок рентгеновского излучения.

5

Пример. Используем в качестве кристалла - кремний с выбрар1ны ми кристаллографическими плоскостями (100). Пусть необходимо получить сфокусированный пучок рентгеновского излучения в диапазоне частот 6- 10 кэВ для определения в исследуемом образце концентрации примесных атомов Мп , , Zn , энергии возбуждения К - линий которых равны 6,54 кэВ, 7,71 кэВ: 9,7 кэВ соответственно. Тогда углы между плоскостями (100) и поверхностью пластины должны находиться в диапазоне (30 - 45 ). В монокристалле кремни находят область требуемых углов и для длины пластины L 3 см пластину вырезают по радиусу R L/sin 15° 11,6 см. При этом толщина пластины h ft 116 мкм. Затем пластину выпрямляют и направляют на ее торец пучок релятивистских электронов с энергией

I О

-л

ч

УЛИГ/

фиг. г

92Т846

Е 1 ГэВ и получают на расстстянии

00 6 см от точки рлета электронов в кристалл сфокусированный пучок рентгеновского излучения с частотами в диапазоне (6-10) кэК.

Формула изобретения

10

5

0

Способ изготовления фокусирующего рентгеновское излучение кристалла, заключаюпшйся в том, что кристалл вырезают по дуге окружности радиуса R, отличающийся тем, что, с целью обеспечения фокусировки различных длин волн, кристалл вырезают так, что кристаллографические плоскости (hkl) составляют с поверхностью кристалла углы в диапазоне от во До 6о - L/R, где L - длина кристалла, а затем кристалл выпрямляют.

УЛИГ/У

ч

о

м

-/

/

0

/ /г /

/

Фиг.З

)