Методики и приборы рентгеновской и флуоресцентной спектроскопии для исследования быстропротекающих процессов в горячей плазме, конденсированных и гетерогенных средах

• Автор: Токарев, Владимир Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07, 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Саров
• Количество страниц: 242 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Разработка методик и приборов для исследований

спектральных характеристик рентгеновского излучения

горячей плазмы

1.1. Общая теория взаимодействия рентгеновского излучения с веществом и анализ существующих рентгеновских диспергирующих элементов и детекторов обзор литературы.
1.2. Конструкции и параметры приборов для исследований спектральных характеристик РИ горячей плазмы

1.2.1. Обзорный спектрограф на отражающей дифракционной решетке.

1.2.2. Узкополосные спектрометры на многослойных рентгеновских зеркалах и кристаллах.

1.2.3. Широкополосный спектрометр на зеркалах полного внешнего отражения

1.3. Калибровка рентгенооптических элементов и детекторов спектральных приборов

1.3.1. Калибровка рентгенооптических элементов на энергии 8 кэВ

1.3.2. Калибровка спектральных элементов приборов в спектральном диапазоне от 0,2 кэВ до 3,2 кэВ.
1.3.2.1 Определение спектральных характеристик многослойных реитгеновсих зеркал.
1.3.2.2 Измерения абсолютной спектральной чувствительности детекторов
1.3.2.3 Измерение коэффициентов пропускания рентгеновских фильтров
1.4. Исследования горячей лазерной плазмы плоских мишеней.
1.4.1. Исследование спектра трехслойной мишени из ЗьАГАи в опытах по турбулентному перемешиванию.
1.4.2. Исследование спектров линейчатого рентгеновского излучения в экспериментах по программе лабораторного рентгеновского лазера на установке Искра5.
1.5. Исследования горячей лазерной плазмы мишеней
непрямого сжатия.
1.5.1. Исследования рентгеновских спектров сферических
мишеней непрямого облучения на установке Искра5.
1.5.1.1. Исследование рентгеновских спектров при различных материалах покрытия сферического бокса.
1.5.1.2. Исследование рентгеновских спектров при различных размерах сферического бокса
1.5.2 Исследование частично прозрачной А1 и Бе плазмы мишеней
с обращенной короной на установке Искра5.
1.5.3 Исследование рентгеновских спектров цилиндрических мишеней типа иллюминатор на установке Искра5
1.6. Исследования горячей лазерной плазмы мишеней из Аг, Хе и Кг в целях создания безосколочного источника для рентгеновской литографии
1.7. Исследования параметров горячей водородной плазмы камеры
Выводы к главе
ГЛАВА 2. Разработка методик для исследований характеристик покрытий рентгеновских зеркал при импульсном разогреве.
2.1. Модельные эксперименты по исследованию покрытий зеркал полного внешнего отражения
2.2. Модельные эксперименты по исследованию многослойных покрытий рентгеновских зеркал.
2.2.1. Исследования многослойных зеркал при воздействии
лазерного излучения
2.2.2. Исследования многослойных зеркал при воздействии
рентгеновского излучения.
Выводы к главе
Г ЛАВА 3. Разработка методик и приборов для флуоресцентной
спектроскопии гетерогенных сред на основе транспортного белка
крови альбумина.
3.1. Создание экспериментальной установки для импульсного возбуждения флуоресценции биологических образцов
3.1.1. Выбор светового источника накачки для импульсного
возбуждения флуоресценции биологических образцов
3.1.2. Система регистрации спектров флуоресценции с пикосскундным временным разрешением.
3.2. Регистрация спектра флуоресценции при разогреве биологических
образцов.
3.3. Исследования молекулярной природы конформационных изменений в молекуле альбумина у пациентов с шизофренией на основе
флуоресцентной спектроскопии
Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК АВТОРСКИХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ
ДИССЕРТАЦИИ
БЛАГОДАРНОСТИ
ЛИТЕРАТУРА


В процессе фотоэффекта рентгеновсий фотон полностью отдает свою энергию электрону внутренней атомной оболочки, в результате чего атом ионизуется, а фотон поглощается. В области энергий фотонов 0, кэВ некогерентное рассеяние пренебрежимо мало, а вклад когерентного рассеяния менее 1 в суммарное ослабление рентгеновского пучка. Таким образом, доминирующим процессом в этом диапазоне энергий является поглощение фотонов. Е Е0 схр 2лхЛ ехр 2тпх сЯ 1. Л длина волны излучения в вакууме, п показатель преломления материала, р коэффициент поглощения. Я 1. Мст ,, . МстРтт 16
где рсот плотность смеси. В диапазоне мягкого РИ энергия отдельных фотонов много больше энергии связи внешних электронов атома порядка единиц электронвольт и энергии связи молекулы. Поглотившие фотон атомы ионизуются, причем большая часть энергии фотона преобразуется в кинетическую энергию свободного электрона. Следовательно, по мере роста энергии рентгеновских фотонов коэффициент поглощения испытывает несколько относительно резких подъемов краев поглощения при энергиях, соответствующих энергиям связи различных атомных уровней. В действительности эти подъемы не столь резки изза конечной энергетической ширины атомных уровней, а также изза влияния внешнего окружения на поглощающие атомы. Приведем формулы, необходимые для расчетов оптических систем мягкого рентгеновского диапазона . Прежде всего, следует учесть рассеяние фотонов на свободных электронах, т. Е0ете, 1. ЕТф е1Л7гес2гаътф , 1. Егф Е0е2Ляе0тс 2i ф 1. Еф, е Ет ф, i г , 1. О, т. Это приближение справедливо, так как длины волн мягкого РИ 0 А много больше характерных масштабов распределения электронов в атоме 0,0,5 А, и можно считать, что электроны атома рассеивают излучение в фазе. Ме г 4е0тесИе2У 7ат1е2 2с А,,, 1. Первый член в выражении 1. Л и И зшс4 тггЛ вю02А , 1. Я и о 0, при тв2 Я. Второй член в выражении 1. АлеМ о 1. А атомная масса, 0 число Авогадро. Чтобы рассчитать , нужно знать волновые функции атомов, которые для всех систем, кроме атома водорода, находят с помощью приближенных методов, что ведет к неточностям в выражениях для х и 2. Третий член в формуле 1. Кт. В большинстве расчетов при малых энергиях фотонов этим членом пренебрегают. При расчетах фотопоглощения электронами на внутренних энергетических оболочках атома в твердом теле в разумном приближении можно считать за исключением областей вблизи краев поглощения, что окружение атома в твердом теле не сильно влияет на процесс ионизации внутренних оболочек, поскольку при включении атома в состав твердого тела изменениям подвергаются прежде всего внешние атомные оболочки. Л 0
а число атомов типа в единице объема. Выражение 1. Лоренцем на основе классических представлений о поглощении. В диапазоне мягкого РИ величина д мала обычно 3 и положительна, т. Ф коэффициент отражения от идеальной поверхности, угол между плоскостью зеркала и падающим лучом угол скольжения, X длина волны РИ, а шероховатость. Экспоненциальный множитель в этом выражении называют фактором ДебаяВаллера. Корректность такого подхода, а также ограничения этой простой модели подробно обсуждались в работе . ОД. МФЬИ. ЭаУ . Гр8г5П921, 1. Таблицы значений x и 2 опубликованы в . Под руководством автора была разработана программа, позволяющая по формулам 1. ПВО с учетом шероховатостей и коэффициентов пропускания рентгеновских фильтров в спектральном диапазоне 0,5 кэВ для всех элементов таблицы Менделеева. Программа разработана в среде i Vi i . Описание программы и примеры расчетов, выполненных с се помощью, приведены в приложении 1. Наиболее общая схема построения любого спектрального прибора для исследований мягкого РИ плазмы включает в себя диспергирующий элемент и детекторрегистратор . Остановимся более подробно на выборе диспергирующего элемента. Диспергирующий элемент не только определяет диапазон и спектральное разрешение прибора, но и заметно влияет на его чувствительность. В качестве диспергирующих элементов используются отражающие и пропускающие дифракционные решетки ДР, кристаллы, зеркала ПВО и многослойные рентгеновские зеркала 3.