Т.В. Богдан - Основы рентгеновской дифрактометрии (1157575), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Если энергия электронов будетпорядка 2ГэВ, то вертикальная расходимость пучка будет очень низкой –0.5 мрад или ~0.028º, что позволяет исследовать объекты размером до 10-3 мм.Полученное из поворотного магнита излучение оказывается почти на 100%линейно поляризовано в узком слое, параллельномплоскоститраекторииэлектронов.Векторлинейной поляризации лежит в плоскости орбитынакопительного кольца, а при отклонении от этойплоскостивверхиливнизпоявляютсявертикальнаяикруговаясоставляющиеполяризации,поэтомуСИполяризованоэллиптически выше и ниже плоскости орбитыкольца.
Это свойство позволяет использовать СИ вфизических экспериментах в качестве источника«меченых» фотонов, обладающих определеннойполяризацией и энергией.Тормозное электромагнитное излучение можнополучать и на прямолинейных участках траекторииэлектронов,еслиихоборудоватьдополнительными магнитными устройствами,10Рис. 8. Схема получения СИв поле поворотных магнитов.В детектор попадаетизлучение, испускаемоеэлектронами на участкетраектории шириной Δθ.представляющими собой периодическую последовательность небольших(по сравнению с поворотными) магнитов с чередующейся полярностьюи нулевым суммарным магнитным полем (рис. 9).
Заряженные частицы,пролетая через такие устройства, под действием магнитного поля периодическименяют направление движения и испускают излучение, направленноепо касательной к своей траектории. Поскольку суммарное магнитное полевставных магнитных устройств является нулевым, то после прохождения черезних электроны продолжают свое движение по основной траектории, задаваемойнакопительным кольцом.Фотонное излучение, генерируемое заряженными частицами в переменноммагнитном поле вставного устройства, называют ондуляторным излучением,в отличие от СИ, образующегося под действием постоянного магнитного поляповоротных магнитов, но, несмотря на разницу в названии и способахгенерации, по своим свойствам ондуляторное излучение является таким жеэлектромагнитным излучением, как и синхротронное. Поскольку изгибытраектории электронов в пределах вставного магнитного устройства круче,чем при движении под действием поворотных магнитов, то и испускаемоеизлучение будет значительно интенсивнее, чем СИ из поворотных магнитов.Кроме того, увеличение интенсивностипроисходит вследствие суммированияизлучения от всех изгибов траекториипри прохождении вставных магнитныхустройств.
На выходе спектр излучениястановитсяболееинтенсивными/или сдвигается в высокоэнергетическуюобластьиливнемпоявляютсяинтенсивные пики. Таким образом,основное назначение дополнительныхмагнитных устройств – увеличить яркостьи расширить ширину спектра излучения.Кроме того, замечательным свойствомондуляторногоизлученияявляетсяРис. 9. Схема генерации излучениявозможность его настройки: путемв магнитных устройствахнакопительного кольцаизменения величины магнитного полясинхротрона.вставного устройства можно получатьа – поворотный магнит;излучение с уникальными спектральнымиб – виглер;в – шифтер; г – ондулятор.и поляризационными характеристиками.11Ондулятор изготавливается в виде периодической цепочки большого числа (100 – 200)сравнительно слабых (0.1 – 0.5 Тл) близкорасположенных (период порядка несколькосантиметров) постоянных магнитов.
Пучок электронов отклоняется слабыми магнитнымиполями, и его траектория на протяжении длины ондулятора (порядка нескольких метров)приобретает некоторую волнистость с большим числом изгибов. На каждом изгибетраектории испускается излучение, а благодаря положительной интерференции излученияот всех изгибов на выходе получают несколько интенсивных пиков – гармоник ондулятора.Чем больше магнитных элементов в ондуляторе, тем меньше размытие пиков интенсивностив спектре и выше монохроматичность получаемого излучения. Ондуляторное излучениегенерируется на протяжении всей длины ондулятора и поэтому на несколько порядковинтенсивнее излучения из поворотного магнита, поскольку последнее отбираетсяна сравнительно небольшом участке траектории движения электронов.
Для изготовленияондуляторов часто применяют очень сильные постоянные магниты из ферромагнетиков(например, сплав Nd–Fe–B). Интенсивность, спектральное распределение, поляризация иугловое распределение ондуляторного излучения будут зависеть от энергии электронногопучка, напряженности магнитных полей, величины магнитного зазора, периода и взаимногорасположения магнитов и их числа. Для генерации СИ с круговой поляризацией существуютспиральные ондуляторы, в которых магнитное поле генерируется двумя коаксиальнымисоленоидами с широким шагом намотки витков, смещенных друг относительно друга.
Припропускании через соленоиды токов одинаковой силы, но с противоположным направлениемсоздаются винтовые (циркулярно поляризованные) магнитные поля, где электрон движетсяпо спирали и испускает СИ вдоль оси соленоидов. Результирующее СИ имеет круговуюполяризацию. Комбинируя спиральные ондуляторы с одинаковым и разным направлениемобмоток и регулируя силу тока в обмотках, в ходе эксперимента можно изменять величинумагнитного поля ондулятора и вид его поляризации. В частности, можно циркулярнуюполяризацию менять на линейную или эллиптическую, а также создавать совокупностьполей с различными направлениями вращения и разными периодами.Для виглера (от английского слова «wiggler» – «заставляющий извиваться»)и ондулятора принцип получения излучения одинаков, но число магнитов в виглере меньше(примерно 10 – 50), а создаваемое ими магнитное поле - больше (порядка 5 – 10 Тл).Для обеспечения большой величины магнитного поля применяют или сильные постоянныемагниты из сплава Nd–Fe–B или сверхпроводящие электромагниты, работающие в жидкомгелии.
Магниты располагаются с большим периодом, чем в ондуляторе, и создаютсущественно бóльшую напряженность. Фотонное излучение, испускаемое от каждого изгибатраектории, не интерферирует из-за большого расстояния между диполями и сильнойкривизны траектории, поэтому спектр остается непрерывным, как и спектр из поворотногомагнита. Виглеры, содержащие малое число диполей и служащие для повышенияинтенсивности и сдвига спектра в сторону более коротких длин волн, называют шифтерами(от английского слова «shift» – сдвиг).
Трехполюсной шифтер состоит из центральногодиполя с очень сильным магнитным полем и 2-х более слабых полюсов, компенсирующихотклонения траектории электронов от равновесной орбиты. Величину магнитного поляшифтера можно менять и таким образом регулировать энергию фотонов. Это устройствочасто применяется в низкоэнергетических накопительных кольцах для сдвига доступногоспектра излучения в сторону более высоких энергий.12II. Формула Вульфа-Брегга. Дифракция рентгеновских лучей припрохождении через кристалл1.
Рассеяние рентгеновских лучей на кристалле. Условия ЛауэВыделяют 2 основных механизма взаимодействия рентгеновскогоизлучения с веществом: упругое (когерентное) и неупругое (некогерентное,комптоновское) рассеяние.В первом случае при попадании рентгеновского излучения на веществоэлектроны под действием электромагнитного поля рентгеновских лучейначинают совершать колебания и испускать при этом вторичное излучение тойже частоты, что и падающее, но отличающееся от него сдвигом по фазе.
Этотпроцесс обычно упрощенно рассматривают как рассеяние первичногоизлучения. Во втором случае энергия первичного рентгеновского пучкачастично поглощается веществом, вследствие этого частота рассеянногоизлучения оказывается меньше, чем первичного. Таким образом, волны,рассеянные когерентно, могут интерферировать между собой и с первичнымизлучением (поскольку имеют одинаковую частоту). А волны, рассеянныенекогерентно, не интерферируют с первичными и рассеянными когерентно,поскольку их частоты отличаются. В этом состоит главное отличиекогерентного и некогерентного механизмов рассеяния.Структурный анализ, принципы которого рассматриваются в данномпособии, основан на анализе интерференционной картины когерентнорассеянного излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
