Устройство для рентгенотопографических исследований монокристаллов Советский патент 1992 года по МПК G01N23/20 

Фиг.1

Изобретение относится к рентгено- структурному анализу, а также к устройствам для рентгенотопографических исследований со средствами для визуализации топографических изображений.

Известно устройство для ретгенотопо- графических исследований монокристаллов, содержащее источник рентгеновского излучения, держатель исследуемого монокристалла, щелевой коллиматор первичного пучка, рентгеновидикон, средства перемещения источника рентгеновского излучения относительно держателя и видикона, которые установлены неподвижно, телевизионный тракт с видиоконтрольным устройством, подключенным к выходу видикона.

В этом устройстве невысок коэффициент использования излучения источника, так как щелевой коллиматор вырезает очень узкий пучок, угловая ширина которого не превышает угловой области дифракции излучения исследуемого монокристалла, а для некоторых типов рентгеновидиконов интенсивность первичного пучка недостаточная для качественной визуализации. Это снижает эффективность топографических исследований.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для рентгенотопографических исследований, содержащее источник рентгеновского излучения, расположенные симметрично относительно рент- генооптической оси устройства два зеркала полного внешнего отражения, держатель исследуемого кристалла и телевизионный детектор рентгеновского излучения. В этом устройстве зеркала выполнены плоскими и установлены подвижно с возможностью юстировки их угловых положений и плоскопараллельного перемещения перпендикулярно оптической оси устройства. Это позволяет увеличить ширину области засветки исследуемого монокристалла. Однако эта схема с подвижными плоскими зеркалами ПВО создает на выходе коллиматора пучок рентгеновских лучей очень большой расходимости. Кроме того, предлагаемое одновременное изменение угла наклона плоских зеркал ПВО к оптической оси устройства с целью увеличения интенсивности излучения путем наложения на исследуемом кристалле излучения от прямого пучка и от отраженных пучков от зеркал ПВО к желаемому эффекту не приводит. Напротив, это приводит к увеличению фона и появлению дополнительных с&уз- и ft -отражений.

Целью изобретения является улучшение соотношения сигнал/фон, следствием

которого явялется улучшение качества получаемых рентгенотопографических изображений.

Поставленная цель достигается тем, что

в устройстве для рентгенографических исследований, содержащем источник излучения, коллиматор, выполненный в виде двух зеркал полного внешнего отражения ПВО, установленных симметрично относительно

оптической оси устройства и развернутых на критический угол, держатель исследуемого монокристалла, телевизионный детектор рентгеновского излучения, пластины коллиматора установлены неподвижно, а

ними по обе стороны от оптической оси коллиматора установлены дополнительные пластины, из материала, поглощающего рентгеновское излучение, толщиной до 100 мкм, причем длину и местоположение

пластин коллиматора и дополнительных пластин определяют из соотношений:

для плоских зеркал 1-д.п. -.

где Ц.п. - длина дополнительной пластины; з длина зеркала ПВО,

tg 2 «пво XH-K :Stg2anBo

где Хн.к. - координата начала зеркала ПВО; F - длина фокуса,

Хн.Д.П. ш Хн.К. +

где Хн.д.п. - координата начала дополни- тельной пластины;

- задают, для параболических зеркал

j (Хи+ |) 4Х2„ а2пво, опво; о2пво,

где Хн - задается конструктивно;

Хн - координата начала зеркала; р - параметр параболы,

Xk

16 опво -Хн

а2

Хн

где YH r координата начала зеркала;

XK.YK - координаты конца параболиче- ского зеркала.

Ундп

2

F/2+Yk}

д - угол расходимости формируемого пучка, его задают,

Хндп.Ундп - координаты начала дополнительной пластины.

Хндп

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для рентгенотопографических исследований монокристалла; на фиг.2-ход рентгеновских лучей в щелевом коллиматоре ПВО (плоское зеркало); на фиг.З - ход рентгеновских лучей в щелевом коллиматоре ПВО (параболическое зеркало).

Устройство для рентгенотопографических исследований монокристаллов содержит источник (рентгеновскую трубку) 1 рентгеновского излучения, зеркала ПВО 2 с дополнительными поглощающими пластинами 3, исследуемый монокристалл 4 с держателем, передающую телевизионную трубку - рентгеновидикон 5, телевизионный канал 6 и видеоконтрольное устройство (ВКУ) 7. Зеркала ПВО 2 с пластинами 3 собраны в единый блок коллиматора, который может юстироваться относительно оптической оси. Источник 1, держатель кристалла с кристаллом 4 установлены неподвижно относительно плиты (не показана), на которой собрана вся установка (модифицированная установка рентгеновская топографическая УРТ-1), видикон 5 обладает возможностью вращаться в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси, проходящей через центр держателя.

Устройство работает следующим образом.

Пучок рентгеновского излучения, ограниченный поглощающими пластинами 3, падает на исследуемый монокристалл 4, находящийся в отражающем положении. Кро- ме этого, первичное излучение источника 1 падает под углами, меньшими ПВО, на поверхность зеркал 2, отражается от них и падает на исследуемый кристалл, создавая область дополнительной засветки. Расходимость как центрального пучка, так и дополнительных боковых ограничивается дополнительными поглощающими рентгеновское излучение пластинами 43.

Получение топограмм со всей поверхности исследуемого монокристалла осуществляется при сканировании кристалла 4 совместно с видиконом 5 относительно неподвижных источника 1, зеркал 2 и пластин 3. Полученное изображение наблюдается

5

5

0

5

0

5

0

0

5

на экране ВКУ 7 через телевизионный канал 6.

На фиг.2 изображен ход рентгеновских лучей в щелевом коллиматоре ПВО с плоскими зеркалами, где показаны фокус рентгеновской трубки 1, установленные под критическим углом ПВО опво к оптической оси плоские зеркала 2, дополнительные поглощающие пластины 3, исследуемый кристалл 4.

Пучок рентгеновского излучения, ограниченный поглощающими пластинами 3, падает на исследуемый монокристалл 4, находящийся в отражающем положении. Кроме этого, первичное излучение источника 1 падает под углами, меньшими ПВО, на поверхность зеркал 2, отражается от них и падает на исследуемый кристалл, создавая область дополнительной засветки. Расходимость как центрального пучка, так и дополнительных боковых, ограничивается поглощающими рентгеновское излучение пластинами 3. Максимально полное использование площади фокуса источника 1 рентгеновского излучения будет происходить при выполнении условий, указанных в формуле изобретения.

На фиг.З изображен ход рентгеновских лучей в щелевом коллиматоре ПВО с параболическими зеркалами, где показаны фокус источника 1 рентгеновского излучения, установленные симметрично по отношению к оптической оси системы параболические зеркала 2, дополнительные поглощающие пластины 3, исследуемый кристалл 4.

Пучок рентгеновского излучения, огра- ниченный поглощающими пластинами 3, падает на исследуемый кристалл 4, находящийся в отражающем положении. Кроме этого, первичное излучение источника 1 падает под углами, меньшими ПВО на поверхность зеркал 2, отражается от них и падает на исследуемый монокристалл, создавая область дополнительной засветки. Расходимость как центрального пучка, так и дополнительных боковых ограничивается поглощающими рентгеновское излучение пластинами 3. Максимально полное использование площади фокуса источника рентгеновского излучения будет происходить при выполнении условий, указанных в формуле изобретения.

Изобретение обеспечивает существенное повышение соотношения сигнал/фон путем соответствующей формуле изобретения установки коллиматоров и дотюлнитель- ных поглощающих пластин, которые ограничивают расходимость пучка и, следовательно, уменьшают долю белого спектра в дифрагированном пучке.

Формула изобретения Устройство для рентгенотопографиче- ских исследований монокристаллов, содержащее источник рентгеновского излучения, коллиматор, выполненный в виде двух зеркал полного внешнего отражения, установленных симметрично относительно оптической оси устройства и развернутых относительной этой оси на критической угол ofi.B.o. полного внешнего отражения, держатель исследуемого монокристалла и видеоконтрольное устройство, отличающееся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал-шум, пластины коллиматора установлены неподвижно и между ними симметрично по обе стороны от оптической оси коллиматора размещены дополнительные пластины из материала, непрозрачного для рентгеновского излучения, толщиной не более iOO мкм, причем длина и местоположение пластин коллиматора и дополнительных пластин определены соотношениями: для плоских зеркал .

-L3 Хнк.

tg 2 «пво

k. 2

ндп

Хнк+ ;

0

5

где La - длина зеркала;

F -длина фокуса рентгеновской трубки:

Цп - длина дополнительной пластины;

ХНк - координата начала зеркала;

Хндп - координата начала дополнительной пластины, для параболических зеркал

Yrf42XH -орво; 16 опво -Хн .

Хк

Yk

I 8 «пво

Хн

20

Хндп Х |р/2+Ук :

где Хн, YH - координата начала коллиматора;

Хк, YK - координата конца коллиматора;

д - угол расходимости формируемого пучка;

Р - параметр параболы;

Хндп, Ундп - координата начала дополнительной пластины.

Сущность изобретения: устройство содержит коллиматор 2, выполнежны ив виде двух зеркал полного внешнего отражения, установленных симметрично относительно рентгенооптической оси устройства и развернутых относительно этой оси на критический угол ПВО, держатель исследуемого монокристалла 4, телевизионный детектор 5 рентгеновского излучения. При этом пластины коллиматора 2 установлены неподвижно, а между ними симметрично по обе стороны от оптической оси коллиматора размещены дополнительные пластины 3, поглощающие рентгеновское излучение, толщиной до 100 мкм. Длина и местоположение пластин коллиматора 2 и дополнительных пластин определены из соотношений, приведенных в формуле изобретения для плоских и параболических зеркал ПВО. 3 ил. « Ё

Физ.2

и

(.ч

Фиг.З