Оценка несовершенства структуры кристаллов по характеристикам излучения быстрых электронов

• Автор: Бакланов, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Соотношение вкладов параметрического рентгеновского излучения и дифракции реальных фотонов в совершенных кристаллах

1.1. ПРИ в совершенных кристаллах

1.2. Дифракция реальных фотонов в совершенных кристаллах

1.3. Соотношение вкладов ПРИ и дифракции реальных фотонов

в совершенных кристаллах

1.4. Выводы

Глава 2. Дифракционное подавление ТИ с фиксированной

энергией в кристаллах класса аа

2.1. Схема эксперимента и результаты измерений
2.2. Сопоставление результатов измерений и расчётов
2.3. Характеризация кристалла и оценка размером микроблоков
2.4. Влияние вклада динамических процессов на проявление дифракционного подавления выхода тормозного излучения
2.5. Влияние микроструктуры кристалла на проявление дифракционного подавления выхода тормозного излучения
2.6. Выводы
Глава 3. Оценка микроструктуры кристаллов по характеристикам когерентного излучения быстрых электронов
3.1. Определение размеров блоков в мозаичных кристаллах класса аа
3.2. Определения угла разориентации микроблоков и неоднородности состава кристаллической мишени
3.3. Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
С открытия Конрадом Рентгеном X-лучей, или, как это принято называть в русскоязычной учебной и научной литературе, рентгеновского излучения прошло свыше ста лет. В течение всего этого времени рентгеновское излучение постоянно находилось в фокусе интереса исследователей в связи все более широким его применением практически во всех областях естествознания и множеством практических приложений от техники до биологии и медицины. Это обусловлено его высокой проникающей способностью в конденсированной среде и, одновременно, чувствительностью сечения поглощения и рассеяния к неоднородностям как плотности вещества, так и его атомного состава.
Но менее интересна и познавательна его связь с упорядоченно расположенными атомами в твёрдом теле. Так, например, поскольку длина волн рентгеновского излучения сопоставима с размерами атомов с помощью рентгеновского излучения была доказана упорядоченность расположения атомов в кристаллических телах, а сейчас рентгеновское излучение является одним из основных инструментов в анализе структуры новых материалов и сложных биологических молекул. С другой стороны, ориентированные специальным образом кристаллы, на которые падают пучки частиц или квантов, служат для получения пучков монохроматического рентгеновского излучения для многочисленных приложений, и, в случае необходимости, и исследования его спектрального состава.
Достигнутых на настоящий момент интенсивностей н параметров получаемых пучков рентгеновского излучения не всегда хватает, к гому же строительство н эксплуатация источников синхротронного излучения, являющихся сейчас основным источником монохроматического рентгеновского излучения с перестраиваемой энергией, требует больших материальных затрат. Поэтому в последнее время активно изучаются механизмы генерации рентгеновского излучения, возникающего при взаимодействии быстрых заряженных частиц с периодическими структурами в надежде, что они в ряде случаев могут заменить накопители, см., например, [1-9]. При использовании ускорителей электронов средних энергий (~50-100 МэВ) затраты существенно меньше, что позволит приблизить такие источники

излучсния к потребителю.
Параметрическое рентгеновское излучение (ПРИ), генерируемое при прохождении быстрых заряженных частиц через кристаллы, активно изучается в течение последних 20 лет (см., например, 11,3,10] и цитируемую там литературу). Интерес к этому типу излучения обусловлен, в основном, поиском новых источников интенсивного рентгеновского излучения с перестраиваемой длиной волны, альтернативных накопителям. В нервом приближении ПРИ может рассматриваться как когерентное рассеяние собственного электромагнитного поля частицы на электронных оболочках периодически расположенных атомов мишени [11,12]. По аналогии с дифракцией рентгеновских лучей в кристаллах существует два подхода к описанию ПРИ. Так называемый кинематический подход предполагает, что многократное отражение фотонов ПРИ на плоскостях кристалла пренебрежимо мало. Если вероятность этого процесса не является малой, то необходимо использовать динамическую теорию. В последнее время предлагается рассматривать процесс ПРИ как когерентное поляризационное излучение релятивистских заряженных частиц в монокристаллах [13]. В рамках этого подхода показано [14], что для совершенных кристаллов вклад динамических эффектов в ПРИ не превышает 10%, поэтому кинематического приближения должно быть вполне достаточно для описания экспериментальных данных.
В том же направлении, что и ПРИ может распространяться и дифрагированное в кристалле рентгеновское и у-излучепис, рождённое непосредственно внутри мишени или па её поверхности. В первом случае можно говорить о дифрагированном тормозном излучении (ДТП), а во втором о дифрагированном переходном излучении (ДПИ). Поскольку интенсивность переходного излучения резко спадает для энергии фотонов и> > уоу, где у - Лорепц-фактор, ир - плазменная частота среды, а интенсивность тормозного излучения (ТИ) в области частот ш < уа;р подавлена из-за эффекта поляризации среды [15], вклады ДТИ и ДПИ. как правило, наблюдаются для разных экспериментальных условий.
По-видимому впервые вклад ДПИ в выход излучения из совершенных кристаллов уверенно наблюдался в экспериментах [16.17]. Подробный анализ результатов последнего эксперимента приведён в [18|. Вклад дн-

мрад
Рис. 1.1. Ориентационные зависимости выхода фотонов для условий эксперимента [65] и энергии электронов 15.7 МэВ: Кривые - расчет: 1 - ПРИ; 2 - ДТИ; 3 - ПРИ I ДТИ; точки - эксперимент.
что расчётная зависимость достаточно хорошо описывает результаты эксперимента за исключением минимума ориентационной зависимости, где зарегистрированная интенсивность излучения более чем в два раза превышает результаты расчёта, что свидетельствует о вкладе дифрагированных реальных фотонов тормозного излучения.
На этом же рисунке (кривая 2) приведены результаты расчёта 03 выхода ДТИ в совершенном кристалле, выполненного в соответствии с методикой приведенной в разделе 1.2 (см. также |46|). В расчёте учтены геометрические размеры детектора и линейные размеры пучка электронов па кристалле. Кривая 3 - результирующая зависимость суммарного выхода излучения: ПРИ-фЦПИ. Как видно из рисунка, эта кривая существенно лучше описывает результаты измерений, чем зависимость 1. Различие в экспериментальном и расчётном соотношениях спектрально-угловых плотностей излучения 1з правом максимуме 03 обусловлено, по-видимому, интерференцией ПРИ и КТИ [07], изменяющей соотношение между пиками в ориентационной зависимости, а в минимуме возможным вкладом дифрак-