Способ коллимации и монохроматизации рентгеновского излучения Советский патент 1990 года по МПК G21K1/06 

Изобретение относится к рентгеновской оптике и может быть использовано в материаловедении для исследования структуры тонких поверхностных слоев кристаллов с помощью методов рентгеновской диЛракции в условиях полного внетнего отражения (РДПВО).

Цель изобретения - обеспечение дополнительной коллимации рентгеновского пучка в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции.

На Лиг. 1 изображен коллимирующий монохроматор для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - измеренные дифференциальные кривые РДПВО,

т.е. зависимости интенсивности I дифрагированного пучка от изменения угла Q - 0в Брэгга при Ликсированном угле падения, равном 13 угловым минутам (кривая показана сплошной линией) и 22 угловым минутам (кривая показана пунктирной линией); на фиг.З - 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

помощью многоволновон диЪракции (эгН- фект Реннингера). Если монокристалл находится в положении запрещенного брэгговского отражения, то интенсивность дифрагированного пучка практически равна нулю. Однако путем врзше- кия вокруг вектора ц обратной решет- кя запрещенного отражения, кристалл вывести в брэгговское положе - нче для вторичного отражения с вектором Ъ„ . При этом происходит окольное возбуждение первичного запрещенного

отражения. Если вектор обратной реI

тетки вторичного отражения лежит в

плоскости дифракции первичного отражения, to окольно возбужденный ди- фрагированн Й пучок колпимирован только в этой плоскости, но при этом выделяется излучение только одной длины волны, В предлагаемом устройстве используется случай, когда вектор обратной решетки вторичного отражения не лежит в плоскости дифракции первичного отражения. При этом, если падающее на кристалл излучение содержит только одну длину волны, то окольно возбужденный дифрагированный пучок оказывается коллимированным в двух плоскостях с угловой расходимостью порядка 3 угловой секунды, определяемой собственной шириной максимумов динамической дифракции.

Если же падающее излучение немо- нохроматично, то окольно возбужденный дифрагированный пучок образует расходящий веер, соответствующий дисперсии угла Брэгга по длинам волн. Каждой длине волны соответствует свой угол выхода в горизонтальной плоскости и вертикальной, определяемый формулами

u9 tg86- s(l)

&ч fcg ViS

(2)

де дб и Ь ц - отклонение рентгеновского пучка соответственно в плоскости дифракции и в перпендикулярной к ней плоскости, вызванные изменением длины волны 7, на величину й Д |

0g - угол Врэгга для запрещенного отражения; 9-Эф- эффективный угол Брэгга, связанный с & р, сов

отношением

р Ч

)B/(tg9mcn.cos96 sinei),

(3)

где 0

№СИ

- угол Брэгга запрегтенного отражения, соответствующий такой длине волны, при которой вектор обратной ре- гаетки вторичного отражения лежал бы в плоскости ди- Фракпии первичного отражения .

Величина угла Q may полностью определяется выбором индексов первичного и вторичного отражений в кристалле и равна острому углу между векторами

0

5

0

5

0

5

0

5

и (

- ь,

с и с, - Ј,

Угол eL - угол отклонения вектора обратной решетки вторичного отражения от плоскости диФракпии первичного.

Из Формул (1) - (3) следует, что если ограничить Д0 - угловую расходимость в плоскости дифракции с помощью второго монокристалла или щели, то тем самым ограничится спектральный интервал й. и соответственно расходимость йЦ в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции. Кроме того } выбирая различные индексы вторичного отражения, можно изменять и тем самым изменять величину угловой расходимости в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содеркит монокристалл 1 и устройство ограничения угловой расходимости рентгеновского пучка - щель 2. Монокристалл 1 установлен в положении брэгговского отражения падающего на него рентгеновского пучка 3, В качестве устройства ограничения угловой расходимости может использоваться как показанная на , Ъиг„ 1 щель 2, так и второй монокрис- таотл в положении брэгговской дифракции. Конструктивно монокристалл установлен на двухкружном гониометре 4, а щель 2 - на соответствующем штативе. Монокристалл 1 установлен по оси 0 в положение первичного запрещенного брэгговского отражения, а по оси tj повернут на такой угол, что выполнено условие Брэгга для вторичного отражения, обеспечивающего окольное возбуждение запрещенного отражения, причем плоскость, в которой расположены вектора обратной решетки первич- ,

ного ч;, и вторичного ч/Ј отражений, не

совпадает с плоскостью диАракиии первичного отражения.

Способ осуществляют следующим образом.

На монокристалл посылают расходящийся пучок немонохроматических рентгеновских лучей где он претерпевает запрещенное брэгговское отражение, окольно возбужденное с помощью много - волновой дифракции. Дифрагированный пучок представляет собой расходящийся наклонный веер рентгеновских лучей, соответствующий 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 колли- мируют рентгеновский пучок в плоскости дийракиии и тем самым ограничивают спектральный состав излучения, а следовательно, и расходимость пучка в плоскости, перпендикулярной плоскости диАракиии.

Способ реализован на стандартном трехкристальном рентгеновском спектрометре, оборудованном рентгеновской трубкой 0,ЗБСВ-25 и с точечным Аоку- сом размером (0,,1; квадратных миллиметров. В качестве кристалла-монохрома тора испопьзован монокристалл германия с ориентацией поверхности (III), в качестве устройства ограничения угловой расходимости в плоскости дифракции - вертикальная щель. Для юстировки коллимирующего монохромато- ра кристалл германия вводили в пучок и поворачивали на угол Брэгга 28,2 градуса для запрещенного (222) - отражения СиК излучения. Детектор рентгеновского излучения располагали под двойным углом Брэгга к направлению первичного пучка. После кристал- ла-монохроматора устанавливали юсти- ровочные щели - вертикальную и гори- збнтальную, шириной 200 МИК.РОН. Кристалл германия поворачивали вокруг вектора обратной решетки запрещенного отражения - по углу Cf в интервале 40-50 градусов и регистрировали интенсивность наиболее сильных пиков многоволновой дибракиии. Затем монокристалл устанавливали по углу Cf в положение, соответствующее вторичному отражению (III), угол 0Э(р для ко- торого, рассчитанный по Лормуле (3), равен 7,0 градусам. Горизонтальную щель убирали. Вертикальная щель имела ширину 200 микрон, что обеспечивало угловую расходимость пучка в горизонтальной плоскости порядка 8 угловых секунд (с учетом свертки с кривой отражения исследуемого кристалла) и в вертикальной - порядка 15 угловых секунд. Интенсивность кол- лимированного рентгеновского пучка составляла примерно 1000 импульсов в секунду при анодном напряжении рентгеновской трубки 30 киловольт и токе 10 миллиампер.

5 С помощью коллимирующего монохрома тора измерены диЛФеренциальные кривые (220) - РДПВО от совершенного кристалла кремния с ориентацией поверхности (III). Для этого кристалл

0 кремния устанавливали вертикально в положение (220) - отражения по Лауэ, а затем поворачивали вокруг вектора обратной решетки Ј220, добиваясь уменьшения угла падения коллимирован5 кого рентгеновского пучка на поверхность кристалла до нескольких угловых минут при сохранении условий диЛрак- шш. Регистрировали при этом интенсивность зеркально отраженного дкЬраQ гированного и зеркально отраженного прошедшего пучка в зависииости от из- менелия угла Брэгга при Фиксированном угле падения. Измеренные кривые приведены на Фиг. 2 и фиг. 3. Кривые РДПВО для дифрагированного пучка демонстрируют обрыв интенсивности со стороны углов дифракции меньших брэг- говского, для проходящего - характерную асимметрию Аормы.

5

40

Формула изобретения

Способ коллимации и монохроматиза- ции рентгеновского излучения, заклю-

чающийся в том, что рентгеновское излучение направляют на кристалл-моно- хроматор и расходимость монохромати- зированного излучения в плоскости дифракции ограничивают коллимируюгаим

устройством, отличающийся тем, что, с целью обеспечения дополнительной коллимации рентгеновского Пучка в плоскости,.перпендикулярной плоскости диЛракиии, кристалл-моно

хроматор ориентируют относительно падающего пучка в положение многоволновой дифракции, при котором осуществляется окольное возбуждение запрещенного брэгговского отражения, причем

вектор обратной решетки разрешенного отражения ориентируют в плоскости, не

совпадающей с плоскостью диЛракпии запрещенного отражения.

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.

600k

1(имп/с)

т О1.ъ

го -юв о «г w e-0t

Фие.1

8

Фя.1

Ifi/МП/С)

t

8

-W -10е О Ю 20 Q-Q Фм.Ъ8