Фокусирующий монохроматор рентгеновского излучения Советский патент 1980 года по МПК G21K1/06 

54) ФОКУСИРУЮЩИЙ МОНО Изобретение относится к монохроматорам рентгеновского излучения и может использоваться в рентгеноструктурном и рентгеноспектральном анализе. Известны фокусирующие в линию мо нохроматоры рентгеновского излучени выполненные в виде монокристаллических пластин изогнутых по Иоганну, Иоганссону или Кошуа При использовании таких монохроматоров фокусировка имеет место тол ко на фокусирукмцей окружности, что приводит к необходимости использова - НИИ сложных систем механического перемещения датчика или прецизион-ной установки объекта, на который должно попасть сфокусированное излучение . Также известны плоские концентрирующие монохроматоры с асимметричностью отражения И Такие монохроматоры не обеспечивают Достаточно острой фокусировки, в результате чего приходится ис пользовать несколько последовательных отражений от нескольких кристал лов с асимметричностью отражения, что в случае использования монолитн -го кристалла приводит к высоким ИЗЛ ТОР РЕНТГЕНОВСШГО Б I Я iU;iCf S ЬЕ i. требованиям к точности обработки отражающих поверхностей, а в случае использования отдельных кристаллов - к необходимости использования прецизионных механизмов юстировки. .Известны монохроматоры-йнтерферометры, содержащие две параллельные толстые монокристаллические пластины равной толщины, выполненные из одного монокристалла з1 . монохроматоры рабОтгиот на . эффекте Бормана и не обеспечивают высокой степени фокусировки. Известны устройства, в которых используется эффект дифракционной фокусировки рентгеновского излучения при -его одновременной монохроматизации, причем условием осуществления этого эффекта является наличие двух тонких, параллельных , идентичных монокристаллов равной толщины |4j , Предпочтительно такиекристаллы вырезать из одного монокристаллического блока , что обеспечивает строгую ориентацию отражающих плоскостей кристаллов друг относительно друга. Такие монохроматоры имеют весьма ограниченное применение из-за необходимости использования очень тонких кристаллов. Цель изобретения заключается в т чтобы повысить светосилу монохроматора. Поставленная цель достигается те что в фо ус рую1цем монохроматоре ;. рентгеновского излучения, содержаtqeM два параллельных идентичных мрИбкристалла равной толщины, вЬшолненных, например, из единого ккэно КрнбТ 1Лйчёского блока, на,по крайней мере, одну из смежных псшерхност мо}1окристаллов нанесен слой веществ 1показаФель преломления реятгенфскй лучей для tcotoporo MeHbiate показател ре.лом 1ения рентгейовскйх лучей для мйнокр11с аллов. При этом может быть нанесен слой аморфйо о или поликристаллйчёс огр вещества. На фиг. 1 показан разрез фокусир iierb монохроматора; на Фиг. 2 - дис пёрсионные noBepxHocfH в двухволновон случае дино1миЧбского рассеяния рен геновс1 их лучей. . Фокусирукиций монохроматор содержит параллельные монокристаллы 1,2 равной толщины, на смежные поверх- н61еги которых нанесены аморфные или поликристаллические слои 3, 4 для к торых н м (п, - показатель | преломления рентгеновских лучей в слое, hij - в кристалле). Рентгеновс кий пучок 5 проходит через монокрис талл 1, расширяется впучок 6, который через слой 4 падает на кристалл 2 и фокусируется в точке Р. Изобретение основано на следующе В двухволновом случае динамичесkbiro рассеяния рентгеновых лучей, дйбпёрйионные поверхности являются гиперболоидг1ми вращения, сечения которых с плоскостью волновых векторов являются гиперболами, описывающимися уравнением . - Фурье - компонент диэлектрической посто янной:.. - волновое число в ва- . кууме,. С - фактор поляризации; ,И Д. - расстояния точки рас пространения о асимпот гипербрлы. Если облучать кристалл расзсВдя Й1ИМСЯ пучком рентгеновских лучей, то во зВуяшаются Tdil iri ieftliobTpaHeния (все л астки поверхностей) в обЛагсти отражения данйого рефлекса. При этом потоки 31нёргии йерпеидикуля рны дисперсионН1лм поверхностям в соответствующих точках, это пока зано на фиг. 2, где стрелками йоказШшШИ5 авленйя пбтоков Энергии. Как видно из этой фигуры, потбки энергии волн, возбужденных в точка распространения верхней ветви дисперсионной поверхности, расходятся они не фокусируются, а потоки энергии волн, возбужденных в точках распространения нижней ветви.дисперсионной поверхности, фокусируются - происходит сужение волнового фронта, При этом коэффициент поглощения волн, возбужденных в точкдх распространения нижней ветви ДИсперсирннгОй поверхности больше, 4iBM с зедний коэффициёнт йоглрЦения крйстал 1ом излучения с данной длиной Волны. С другой стороны, коэффициент поглощения волн, возбужденных в точках верхней ветви гиперболы, меньше указанногО среднего коэффициента поглощения, но даннйё 5лМа йе фокусируются. При нанесении на пути вхождения рентгеновского излучения ВР второй кристалл слоя с меньшим, чем у монокристаллов ,коэффициентом преломления роли ветвей дисперсионных гипербол бтноситеЛЬйо погггощёния; меияйтся: коэффициент поглощения волн,возбужден- . ных в точках нижней ветви гиперболы, будет меньше. Чём средний коэффициент поглсзщеаия кристалла, и коэффициент поглощения волн, возбужденных в точках верхней ветви будет, нарборот больше. Следо1зательно, появляется возможность фокусировать рентгеновые лучи и в более толстых кристаллах, нежели это имеет место в известном случае. РОЛЬ поглощения в первом и во втором кристаллах сводится к следующему. При узком пучке, когда падающее йЭйуЧёниё ПраКТй ескй входит в первый кристалл через одну точку его поверхности; падения, возбуждаются все точки обеих гипербол, соответствующих угловойобласти отражения. В таком случае, потоки энергии исходящие из точек как верхней, так и нижней гипербол расходятся и заполняют всю угловую область шириною в 28, в первом кристалле фокусировки не происхрдит. В достаточно толстых кристаллах волны, возбужденные в точках нижней (фокусирующей) ветви гиперболы, поглощаются и остаются только волны, возбуждаемые в точках верхней ветви гиперболы. Следовательно, для первого крист1лЛа нанеЬение аморфного .Спрликриеталлич.еского) сЛоя на входную ПоверхнбстЬ не нужно. Во втором кристаллов происходит фокусировка воЛн, возбуждённых на нижней ветви гиперболы, коэффициент поглощения которых аномально велик, поэтому . вчорой кристалл не может .быть трлсTfciM, а тж1Й1йТОЛЩИНЫ первого и JBTPрог о кристалла должны быть Ъдинакрвыми, то ограничение тслщийы Sfppb го кристалла ограничивает и Толйин г перВЪго кристалла. Но если нанесением )рфнрЗ; р (пбликристзллического) бЛбя а:нрмальио уменьшить коэффициент поглощения фокусйЕ)убМых во кристалле волн, то станет бозм6жнш4 фокусировать волны в значительно бо-, лее толстых кристаллах . Таким оЬраэом, для осуществления фокусировки в толстых KjpHcTaijriJiax дой нанести аморфный тол%к4 ходиую поверхность второго kjiiic гшла. Для работы кристалла с лйбрр стороны падения на него рентгейрёскд лучей необходимо такие слои йа14е ТЙ на. обе смежные поверхности кристаллов, Эффект уменьшения поглощения вОЛн возбужденных в точках-нижней ветви дисперсионной гиперболы, теоретически можно обосновать следующим образом. Допустим, что рентгеновская монохроматическая плоская волна с длиной Л,., из слоя падает на кристалл. Аб--. солютный показатель преломления слоя (h,| 1 - меньше единицы. Аб.солютный показатель преломления кристалла ( 1 ) также меньше единицы, однако показатель прёломления кристалла больше единицы: n,,, 1 hO) 7 I Фо71 имея ввиду отрицательность Ф и Ф , можно напи-сать Фд - Фо7 Предположим, что слой не поглощает {тонкий слой), а кристалл поглощает. С учетом поглощения величина сз - ол бперь принимает следующий вид: Фо Фо(- + oi. / где ФОР Фо2 - 01 ; ol ll 5 oг oii Теперь линейный коэффициент поглощения Я связан с линейной частью Фурье-компонента . соотнощением ju . -2ТСК Ф,; . В двухволновом случае интерференционный козффициент поглощения через мнимук часть аккомодации и через линейный коэффициент поглощения jJ выражается следующим соотношением: 5 -2 Ъ -4itK4i где общее выражение мнимой части аккомодации (и ) теперь выражается raV «r-f(-) где /sL cos . 4 cos чр1 - угол падения, соответствую щий отражению от атомньй:;:; плоскрстей под т очныМ yrJffOK Брэгга (во); 6,,- угол;Вульфа-Брэгга с учетом, ;-- преломления рентгеновских - / лучёЖв нанесённом слое; aSi/i- мнимая часть следующей велиины. L е (|b) % - -,Л У IWG-t) де оЦ - параметр, пропорциональнШ „ углу падения сГч и равнМ oC d %sin20, В выражении (2J положительный знак слагаемого ± щ- относится к первом полю, а отрицательный знак -ко второму.. С учетом изложенного, мнимые части gf- для первого и второго полей примут следующие значения, сооответствённо . iir f 4« () 1$о-а / J , jioiiM j 6u 4 Ч;, Ti Таким образом, подставляя последние в вьфажёвие, (1) для интенрференцируных коэффициентов поглощения первого и второго поЛя, .получим ь-Er/J-4- и «ь ХЯ 7) Обоз н4;Чая V Т,. -f tT. b /Ъ (Ф Ф{; У :вырс1же йя ,(ё) и (7) можно переписать в сЛёду1даем виде: (А. ГЦ-4.±Л- iVTli - Vя мр. ,уу,(1- Л- 1 адьГ (в;,) яе .A rNhi-i/Vi oti coHt,; , cos у tl, если кристалл имеет центр си иметрии.