Способ рентгеновской дифрактометрии Советский патент 1982 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к рентгенотехнике и может быть использовано для измерения паргилетров кристаллической структур и химического состава исследуемого объекта.

Известен способ рентгеновского энергодисперсионного анализа

Однако указанный способ осуществляется без жесткой коллимации первичного и рассеянного потоков рентгеновских излучений, что не позволяет регистрировать пики дифракционных линий.,

Наиболее близким к предлагаемому является способ рентгеновской энергодисперсионной дифрактомётрии, заключающийся в том, что на кристаллический образец направляют попихрома- тический коллимированный рентгеновский пучок, регистрируют с помощью полупроводниковогсэ детектора рассеяное образцом рентгеновское излучение, усиливают возникающие в детекторе электрические импульсы, селектируют их по амплитуде и по энергетическому положению пиков амплитудного распределения судят, например)о Nte«ллоскостных расстояниях в кристалле 2.

Недостатками способа, являются ненадеЖиость результатов,измерения интегральной интенсивности дифракционных, линий и невозможность различить дифракционные и флуоресцентные линии по виду энергетического распределения зарегистрированного излучения, например, на дисплее кшогоканальнбго анализатора.

10

Это объясняется тем, что в спектре падающего на детектор полихроматического излучения помимо дифрагировгиниого излучения практически всегда :Прису1ствуют флуорес15центные лииии, обусловленные, например, загрязнением анода рентгеновской трубки, флуоресценцией самого образца, ограничивающих щелей и других элеме1 тов измерительной схе20кы. Кроме того, эффективность регистрации полупроводникового детектора, представляющего собой совершенный монокристалл. кремни-я или германия, может меняться для отдельных участ25ков спектра,:энергия которых удовлетворяет условиям дифракции на кристаллической структуре кристалла детектора. Это; приводит к появлению пиков в регистрируемом спектре из30лучения, и К; появлению провалов. Так как указанные выбросы и .провалы, ка правило, не велики по абсолютной вепичине и имеют узкий энергетический (или спектральный) интервал который много меньше энергетическог разрешения детектора дЕ, они не могут быть надежно определены на дисп :лее анализатора. Например, при спектральной плотности флуоресцентногоизлучения,рав ной половине величины спектральной плотности на чистом участке спектра, и при сЛЕ 4 эВ и Л Е 200 эВ его высота на экране дисплея будет приблизительно 1%. Указанный эффект будет наблюдаться в том случае, есЛи при энергиях, соответствующих указанным особенностя спектра, не происходит дифракция на кристаллической структуре образц Допустим, что объектом исследова ния является совершенный монокристалл, и при этом монотонно меняется его температура или действующее на него давление/ что в свою очередь приводит к изменению параметра решетки. Поскольку при этом спектраль ный участок, удовлетворяющий брегГовским условиям в каждый определенный момент времени, непрерывно м няется в относительно широких пределах, для определенных значений параметра решетки становится возмож ным выполнение брегговских условий и для указанных выше особенностей спектра. Так как совершенный монокристалл по существу является спект ральным фильтром с энергетической шириной пропускания около 1 эВ или менее, изменение интегральной интенсивности отражения будет приблизительно повторять форму пройденного участка спектра. Подобное изменение интенсивности может быть ошибочно интерпретировано, например как фазовый переход. . Поскольку энергетическая ширина дифракционных и флуоресцентных лини сравнима между собой и существенно меньше (на 1-2 порядка) энергетического разрешения детектора, на за регистрированном спектре невозможно отличить их друг от друга, что сильно затрудняет анализ кристаллической решетки. Цель изобретения - повышение надежности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу рентгеновской дифрактрметрии, заключающемуся в том, что на кристаллический образец направляют коллимированный . полихроматический рентгеновский пучок, регистрируют с помощью полупроводникового детектора с приемной щелью.рассеянное образцом рентгеновское излучение, усиливают возникающие в детектор е электрические импульсы, селектирует их по амплитудам и по энергетическэму положению пиков амплитудного распределения судят о структурных характеристиках кристаллического образца, осуществляют синхронное качаниз образца и приемной щели вокруг оЗщей оси, перпеникулярной плоско :ти, в которой леат падающий и ра зсеянный пучки рентгеновского излучения, а электрические импульсы у1:;иливают по закону Ко sin sin&o где К - текущее значение коэффици-ента усиления; Kg - исходное калиброванное значение коэффициента усиления; 2бр- исходное значение угла репика рассеянного гистрации излучения; 2.0 - текущий угол регистрации пика pacceя; нoгo излучения. На фиг. 1 изоб1эажена блок-схема энергодисперсионного дифрактометра; на фиг, 2 - участок спектрограм1 и, выведенный на дисплей без использо-5 вания (а) и с использованием предлагаемого способа (б). Энергодисперсионный дифрактометр (фиг. 1) содержит генератор 1 рентгеновского излучения, ограничивающие щели 2 - 4, гониометрическое устройство 5, на оси которого помещен исследуемый кристаллический образец б, полупроводниковый детектор 7, высоковольтный источник 8 питания, лд1нейный усилитель 9, многоканальный анализатор 10, устройство 11 вывода информации, электромеханически.й преобразователь 12 углового смещения образца и приемной щели в электрический сигнал, управляющий коэффициентом усиления усилителя и криостат 13. Способ осуществляется следующим образом. Устанавливают детектор 7 под углом 29, равным удвоенному углу между направлением падающего луча и поверхностью образца 6. При выключенной рентгеновской трубке производят калибровку многоканального анализа-, тора по энергиям с помощью стандартных .радиоактивных источников ( 55ре тАт) . Затем удаляют радиоактивные источники и включают источник 1 полихроматического рентгеновского излучения. Синхронизируют вращение образца 6 и приемной щели детектора 7, включают электромеханический преобразователь 12, механизм синхронного вращения образца и приемной щели детектора и осуществляют запись спектра рассеянного излучения на дисплее. Выбирают закон изменения коэффициента усиления усилителя 9 и диапазон .углов сканирования б 29, для того, чтобы положение дифракционного пика на экране дисплея при угловом сканировании оставалось неизменным необходимо выполнение равенства К- Е(3 const, (1) где К - коэффициент усиления усили теля; EJ - энергия дифрагированного излучения. Уравнение Вульфа-Брегга может бы записано в виде 2 d-sin 0 Л B/EJ, (2) где d - межплоскостное расстояние; V я - длина волны рентгеновского излучения; . В - коэффициент пропорционально ти, зависящий от выбора единиц измерения. Подставляя Ё из уравнения (2) в уравнение (1), получаем условие неизменности положения дифракционно го пика по каналам анализатора 2d sin9- const, (3) Из уравнения (3) видно, что это саотно цение выполняется при изменении К по закону Кр.sin 9 sin9o Сильные флуоресцентные линии : легко просматриваются на экране дис лея (пик слева на фиг. 2а). Посколь ку их энергия не зависит от 9 , изменение К по уравнению (4) вызывает их уширение (пик слева на фиг. 26) что в свою очередь позволяет легко отличить флуоресцентные и дифракцион ные линии друг от друга. Диапазон углов сканирования 9 2в выбирается таким, чтобы при однократном сканирований рабочий участок спектра был намного больше действительной ширины особенности спектра. При типичном угле дифракции в ю рабочий участок спектра шириной около 200 эВ является достаточным, что соответствует диапазону сканирования в пределах 0,1 - 11. Для пролвлшленного гониометра типа ГУР-5 такой угловой диапазонсоответствует линейному смещению около 0,3-f3 мм, что позволяет перемацать только приемную щель, не выходя за пределы чувствительной области неподвижного полупроводникового детектора (у Si (Li)- детектора серии 7000 фиркн ORTEC диаметр входного окна составляет 6 мм) . Предлагаелмй способ может быть осуществ.лен на базе серлйно выпускаемого промышленного оборудования и поэтому его реализация не требует значительных материальных затрат Применение способа особенно эффективно при исследовании фазовых переходов, обусловленных изменением температуры и давления. Формула изобретения Способ рентгеновской дифрактоь-атр::и, заключаимцийся в том, что на кристаллический образец направля рт коллимированный полихроматический рентгеновский пучок, регистрируют с помощью полупроводникового детектора с приемной щелью рассеянное .образцом рентгеновское излучение, усиливают возникающие в детекторе электрические импульсы, селектируют их по амплитудам и по энергетическому положению пиков амплитудного распределения судят о структурных характеристиках кристаллического образца, отличающийся тем, что, с целью пбвьпиения надежности, осуществляют синхронное качание образца и приемной щели вокруг общей оси, перпендикулярной плоское в которой падающий и рассеянный пучки рентгеновского излучения, а электрические импульсы усиливают по закону V - V sin в - 0 sin So гд к - текущее значение коэффицие; та усиления; Kfl - исходное калиброванное значение коэффициента усиления;29 - текущий угол регистрации пика рассеянного излучения; - исходное значение угла регистрации пика рассеянного ; излучения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Заявка Франции 2394798, кл. G 01 N 23/20, опублик. 1979. 2.Заявка Японии № 54-24315, кл. 112 I О, опублик. 1979 (прототип) .

г

0VZ.f