Способ ориентирования монокристаллической мишени Советский патент 1982 года по МПК H05H7/00 

1

Изобретение относится к технической и экспериментальной физике и может быть использовано для определения кристаллографических направлений относительгно геометрической формы кристалла в различных ядерно-физических экспериментах по изучению взаимодействия заряженных частиц с монокристаллами.

Известны способы ориентирования мишени, заключающиеся в том, что на монокристаллическую мишень направляют пучок заряженных частиц, а за мишенью на рентгеновской пленке, детектором заряженных частиц или на фотопластинке регистрируют прошедшие частицы, образуюшие, в зависимости от ориентадви мшиени различные угловые распределения 1) .

Недостатками данного способа явля-: ются: зависимость контрастности снимка получаемого углового распределения, а следовательно, и точности ориенташш от времени экспозиции, чувствительнооги и зернистости применяемой планки; трудоемкость денситометрического ана1иза при регистрации заряженных частнц la пленке или фотопластинке; большие временные затраты на снятие нескольких электронограмм или протонограмм.

Наиболее близким по технической сущ1ОСТИ является способ ориентирования донокристаллической мишени, то есть определение пространственного положе101ИЯ кристаллографических направлений относительно формы кристалла с извест 1ЫМ типом решетки по электромагнитному излучению каналируюших через него легких заряженных частиц. На орииентируемую мишень направляют пучок заряженных частиц, удовлетворяющий условюо захвата в режнм каналирования, а именно с угловой расходимостью

20

,Э07|575

где - критический угол каналирования частиц с энергией Е и зарядом

в кристалле с эффективным .зарядом In и межплоскостным расстоянием d , вращают кшшень относительно какой-либо оси, перпендикулярной оси пучка частиц, и снимают ориентационную зависимость выхода электромагнитного излучения, ио пускаемого каналируюшими частицами за кристаллом MV (Ч ), Здесь М количество зарегистрированных квантов излучения, Ч - угол наклона кристалла к оси пучка в плоскости, перпендикулярной оси вращения и проходящей через ось пучка. При этом угол наклона кристалла к оси пучка в плоскости, проходящей через ось вращения и ось пучка 0 , остается постоянным. Вид этой ориёнтационнЬй зависимости Ni) f ( М ) опредотляется типом рещетки кристалла и положением главных 1фисталлографических направлений относительно пучка заряженных частиц. Затем изменяют угол наклона 6 и вновь измеряют ориентационную зависимость выхода электромагнитного излучения Nvj/e -f(f). Для полной определенности необходимо измерить также ориентационные зависимости при вращении кристалла вокруг оси, перпендикулярной первой, то есть зависимости

const-fC0); сог,51.(е), Nf/4 2, const г (в).

Зная величины максимумов данных ориентационных зависимостей угловые расстояния между ними и учитывая тот факт, ЧТО} каждый максимум в ориентационных зависимостях соответствует движению заряженных частиц через кристалл в режиме плоскостного каналирования, то есть такой ориентации кристалла, когда ось пучка частиц совпадает с какой-либо главной его кристаллографической плоскостью, можно графически построить систему проекции низкоиндексных плоскостей. Обычно за условный ноль, то есть Ч -О, 9 О выбирают положение кристалла, когда его герметическая поверхность перпендикул5фна оси пучка частиц. Сопоставляя полученную систему проекций плоскостей со стандартными проекциями для различных типов решеток и различных кристаллографических направлений, определяют главные направления и углы наклона ик 9 h, 4,B -P ;h4E к нормали, к поверхности кристалла, то есть разориентации относительно условного нуля. Проекции направлений или осей в построенной системе проекций

наблюдаемых плоскостей соответствуют точкам пересечения последних 2 .

Недостатквм данного способа является необходимость последовательного многократного измерения ориентационных зависимостей, что связано с больщими временными затратами, а также длительной работой ускорителя только для цели ориентирования мишени.

Цель изобретения - уменьшение време ни на ориентирование монокристаллических мишеней.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу ориентирования монокристаллической мишени, по которому на мишень направляют пучок заряженных частиц с угловой расходимостью, удовлетворяющей условия каналирования, вращают мишень относительно оси, перпендикулярной оси пучка, и измеряют за мишенью ориентационные зависимости выхода электромагнитного излучения, каналирующих частиц, дополнительно определяют пространственные положения | плоскостей поляризации для каждого максимума выхода электромагнитного излучения, а ориентацию мишени определяют по одной ориентационной зависимости выхода излучения и пространственного положения упомянутых плоскостей поляризации.

Ориентационная зависимости и направления результирующих векторов поляризации квантов излучения в максимумах ориентационной зависимости, соответствующих излучению при каналировании заряженных частиц вдоль определенных главных кристаллографических плоскостей, характеризуют расположение направлений кристалла относительно условного нуля, то есть относительно нормали к поверхности .кристалла.

. Известно, что кванты излучения при плоскостном каналировании легких заряженных частиц в монокристаллах поляризованы а результирующий вектор поляризации, иначе говоря - плоскость поляризации, перпендикулярна кристаллографической плоскости мишени.

Способ осуществляется следующим образом.

Пучок заряженных частиц с угловой расходимостью, удовлетвор1пощей условию каналирования, направляют на ориентированный кристалл-мишень с известным типом решетки по нормали к его поверхности. Затем, вращая мишень с помощью гониометра относительно какой-либо оси. перпе1щикул5трной оси пучка частиц, измеряют с помощью детектора квантов и лучения ориентационную зависимость вы хода из кристалла этого излучения и од новременно с помощью поляриметра определяют направление векторов поляриза ции этих квантов в максимумах ориента ционных зависимостей. Энергию заряжен ных частиц выбирают с тем расчетом, чтобы энергия излучаемых квантов леж ла в области чувствительности соответствующих поляриметров и детекторов излучения, в рентгеновской или -облас ти. Зная углы между максимумами в ори ентационной зависимости выхода. излучения и определив по наппавлениям векторов поляризации излучения положения кристаллографических плоскостей ,кана- лирование вдоль которых заряженных частиц и является причиной ориентацион- ных максимумов, можно построить графически систему проекций кристаллографических направлений. Далее, сопоставляя полученную систему проекций со стандартными проекциями для различных направлений данного типа решетки, определяют полученное главное направлени (ось) и угол наклона его к поверхности кристалла. Пример. Пучок электронов с энергией МэВ и угловой расходимостью ,3 мрад от синхротрона Сириус направляют на монокристалл алмаза, установленный в гониометре, позволяющем вращать кристалл- вокруг горизонтальной и вертикальной осей, перпендикулярных оси пучка электронов. Условие каналирования выполняется, так как ,- для любого низконндеконого направления алмаза /0,4 мрад. Энергия электронов соответствует излучению ими у-квантов. Пучок излучаемы -квантов с энергией (4-2О) МэВ проходит через дейтериевую мишень, частью поляриметра, и регистрируется ионизационной камерой. Врашая кристалл горизонтально или вокруг вертикальной оси, перпендикулярной оси пучка электронов, снимают ориентационную зависимость выхода излучения NV f(4 /9 con5Ьили Mv,(.6)// Consi . Одновременно определяют положение ллоокости, содержащей результирующий вектор поляризации -jp -квантов в каждом максимуме ориентационной- зависимости, используя тот факт, что д -кванты, проходя через дейтериевую мишень, образую фотонейтроны, направление вылета которых из дейтериевой мишени строго соотвествует плоскости поляризации у-квантов. Фотонейтроны регистрируются нейтронными счетчиками СНМ-11 с парафиновым замедлителем, устбщовленным вокруг дейтериевой мишени в плоскости, перпендикулярной пучку. -г -квантов. На фиг. 1 показана ориентационная . зависимость выхода j- -квантов ь ( Ч) /8 cons-t ; на фиг. 2 - построеннаяв угловых координатах по измеренной ориентационной зависимости и найденным плоскостям поляризации система проекций направлений. Ориентационная зависимость содержит пять максимумов 1-5, каждый из которых соответствует излучению при каналировании электронов вдбль какой-либо кристаллографической плоско :ти, то есть совпадению оси пучка элетсгронов с этой плоскостью кристалла. На фиг. 2 положение этих максимумов соответствует положению точек 6-10 на прямой 11, определяющей изменение угла Ч при 0 const O. Точки пересечения проекций плоскостей, которые, как известно, должны быть перпендикулярны найденным положениям плоскостей Г2-16 поляризации в каждом максимуме излучения соответствуют проекциям направлений, то есть кристаллографических осей 17- 2О. Сопоставив полученную систему проекций со стандартными для данного типа решетки, можно заключить, что точка 17, например, соответствует оси 111 кристалла. - Из полученной системы проекций можно однозначно заклк чить, что, например, разориентирована относительно нормали к поверхности на 9 в вертикальной и горизонтальной плоскости; также можно определить и разориентацию другйх осей. Такое ориентнрование вполне конкре- но и требует измерения всего лишь одной ориентированной зависимости с одновременным определением плоскости поляризации jr-квантов, тогда как в и вестном составе необходимо измерить последовательно друг за другом М1шимум три такие ориентационные зависимости. Использование предлагаемого способа ориентадии монокристаллических мишеней по сравнению с известными способами обеспечит сокращение временных затрат, недбходимых на ориентирование, а, следовательно, сократит и затраты. 79 связанные с работой и обслуживанием ускорителей при ориентировании миш© ней в различных экспериментах. Формула изобретения Способ ориентирования монокристаллической мкшени, заключающийся в том что на мишень направляют пучок зарян женных частиц с угловой расходимостью, удовлетворяющей условию каналирования, вращают мишень вокруг оси, перпендикулярной оси пучка, и измеряют .за мищенью ориентационные зависимости выхода электромагнитного излучения каналирующих частиц, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени на ориентирование. 9 дополнительно определяют пространствен ные положения плоскостей поляризации для каждого максимума выхода электромагнитного узлучения , а ориентацию мишени определяют по одной ориентаци- онной зависимости выхода излучения и пространственного положения упомянутых плоскостей поляризации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 5946)5. кл. Н 05 Н 7/00, 1976. 2.D. Luckey, R. Schwitters. Methods of cristai aligument for production of coherent bremsstrahlung. Nuclear Instruments and Methods, 81, 1970, p. 164-172 (прототип).

fl s COnsi

Pl ГЗ fPf,

Фиг.

fs

(w;