Устройство для исследования электронной структуры вещества

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х 091 11 УБЛИН 51) С 01 И 23 203 ЕН ЛЬСТВУ Исслед онокри учка электц расположуглом 2 6оси пучка н эвтносэлекзаучка емь 1 й обра таллом по инстироно напранл зцо оно от ство СССР00, 1976.щеЬодв ГогсТгоп Вепв 11 у(а), 11; скости, прохо" атной реаетки точникв электпучка реляти рез монокрисопределяеиых распрострвняе рентгеновско ось и ри прохо ктронон стск 2 н направлениях ом Вульфа-Врэлла моноэнергетическ ения. Моноэнерге ское излучение н дуемьй образец 3 он-профиль с пом а 4. Распопоаен олом/2 к пл через пучок рел еское рентавляют нвизмеряютю Се(11)-ддетектораости, прох ге омп ектор од уг ящей лектр енонс с лв н моноэнй пучок, по ичес ключи ентны ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ ИСАНИЕ ИЗТОРСНОМУ СВИДЕ(7) Научно-исследовательский тут ядерной физики при Томском пони техническом институте им.С.М,Кирова (72) С.А.Воробьев и А,П.П ылицын (53) 62 1.386(088.8)(56) Авторское свидетель В 53400, кл. С 01 К 23/81 пВгц К.И, "Ицс 1 еагСЬе Оейепп 1 паг.1 оп оГ Е 1 е Рагун. всвС,во 1, 1975, 30 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСГЛЕДОВАИИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ВЕЩЕСТВА (57) Изобретение относится к экспер ментальной и технической физике и моает быть использовано при исследо ваниях структуры твердых тел н мате рналоведении и технологии обработки материалов. Целью изобретения является повыеение точности измерений, Для этого источник-излучения выполняют в виде источника релятивистских электронов и монокриствлла Систеив кристаллографическнх плоскостей монокриствлла составляет угол Детектор устананлина под углом й/2 к оси падающего на образец перпендикулярной к п дящей через вектор о монокристалла и при регистрации некогил.Изобретенгге относится к эксперггментальной и технической Физике и мояет найти применение прн исследованиях структуры тчердых тел, а такггге в технологии обработки матерггялов н 5 в матернлловеде ггги.Цель изобретения - повггшенгге точности измерений.На чертеже схематично показано предлагаемое устройствоОно содер 10 хит источник 1 пучка релятивистских электронов, монокристаллический радиатор 2, образец 3 исследуемого вещества, спектрометрический детектор 4 Рассеянных от образца фотонов.Моно"15 кристаллический радиатор 2 выполнен в виде пластины - моноблока так, что его выбранная для работы система кристаллографических плоскостей, характергэуемая своим вектором обратной решетки г.Р , распологкена строго перпендикулярггс торцам пластины, Монокристаллический радиатор 2 помещен в пучок электронов от источника так, что вектор Т составляет угол г с осью источника 1 электронов, т,е, большая грань монокристаппа составля ет угол ( Т /2-гг ) с осью пучка. Образец 3 распологегг за монокристаллом под углом (ю /2 " 4) с осью источ 30 ника 1 электронов, За образцом 3 установлен спектрометрический детек-тор 4 рассеянных фотонов под углом/2 к пучку фотонов, падающих на образец 3 в плоскости, которая 35 перпендикулярна гглоскости, проходящей через вектори ось нсточника 1 электронов. В качестве детектора фотонов используется Се(Ь)-спектрометр. Кристаллический радиатор вы- ф полнен из естественного алмаза или полупроводника-кремния или германия, которые имеют наиболее совершенную структуру иэ известных монокристаллов. Они удовлетворяют следующим требо ваниям, полученным иэ эксперимента: число дислокаций " менее 10 см , число стурктурных точечных дефектов - менее 10 см. Большие грани моноблока кристалла отполированы до зеркаль яого блеска для оптической ориентации кристалла с помощью лазера. Моно- кристалл установлен в гониометриче- .ком устройстве с двумя степенями свободы и ориентируется с помощью лазе ра ОХГс рубиновым радиатором, Хочхость ориейтации кристалла определяется энергией используемого пучка электронов и при энергииЕ= 50 МэВ достаточна точность-гЬ(г 10 рад,Предлагаемое устройстго работаетследупгим образом.Пучок ускоренггых релятивистскихэлектронов от источника 1 направляютна моггокристалл под углом гг к вектоФру "Р обратной решетки выбранной системы его плоскостей, Возникающеемонохроматическое рентгеновское излучение выходит под тем гке углом ук вектору Г и под углом ( -2 г ) коси падающего на монокристалл пучкаэлектронов и попадает на образец 3Рассеянный на образце 3 пучок фотоновпопадает на спектрометрический детектор 4, который установлен за образцом 3 под углом Ф /2 к пучкуфотонов падающих на образец, в плоскости, перпендикулярной к плоскости,проходящей через вектор 7 моноРкристаллического радиатора 2 и осьисточника 1 электронов.При прохоадении релятивистскихэлектронов через кристаллы электромагнитное поле электрона могкет быть представлено в виде спектра псевдофотонов с угловым распределением в пределах ьОс ш,с 7 Е,у , где- Лоренц-факторг Е, - энергия электрона;ш - масса покоя электрона; с - скорость света. С этой точки зренияэлектромагнитное взаимодействие релятивистского электрона с кристалломэквивалентно взаимодействию пучкаФотонов с угловым разбросом 60 яи непрерывным спектром, поэтому имеетместо дифракционное рассеяние псевдофотонов на кристаллических плоскос- .тях. Тогда в направлениях, определяемых законом Вульфа-Брэгга, под углом9 к плоскости распространяется мояоэнергетическое рентгеновское .излучение с частотой ци/вдп 9еи/а /совг/, где а - постоянная решетки кристалла Р - угол иеаду импульсон электрона и вектором обратнойрешетки Ф кристалла. Величина относительного выхода дифракционных рентгеновских фотонов мозгет составитьдо 1 Офотонов/электрон при 1 ООХ линейной,поляризации фотонов в плоскости, проходящей через ось пучка падающих электронов и вектор обратнойрешетки кристалла.Пучок фотонов с частотой а и угловой расходимостьв Ав направляют00 4тонного пучка. Таким образом, еслив начальном фотонном пучке, наряду смоиохроматнческой линией, присутствует непрерывное фоновое излучение,причем отношение сигнал/Фон благодаря малой угловой рясходимости пучкафотонов мокно значительно (на порядокбольше) увеличить расстояние от источника фотонов до образца что позволяет улучшить защиту детектора и снизить уровень Фоновых загрузок. Измерение рассеянных Фотонов производится Се(1,1) -детектором с собственнымразрешением и = 400 эВ, располоаеноным под углом 90 к падающему пучкув плоскости, перпендикулярной плоскости поляризации фотонов. Укаэаннаягеометрия до двух раэ улучшает соотношение сигнал/фон, что повышает точность измерения,3 13228 на исследуемый образец и измеряют Комптан-профиль на рассеянном Фотонном пучке с помощью Се(1,1) -детектора. Спектр Фотонов измеряют относительно падающего пучка под углом 5 Ч /2 в плоскости перпендикулярной плоскости линейной поляризации падающего фотонного пучка, Выбор такой геометрии измерения обеспечивает дополнительное повышение точности иэ О мерения Комптон-профиля за счет улучшения соотношения полезный сигнал/фон. Сечение комптоновского рассеяниялинейно поляризованных фотонов Дается выракением 15 где г, - классический радиус электрона; 20И,и у, - энергия первичного и энергия рассеянного фотонов;ф - угол рассеянии;,- параметр Стокса,1Для.фотонов, поляризованных перпендикулярно плоскости рассеяния ,1,для неполяриэованных ,О,В случае а,.ш,с (что, как правило, выполняется при исследованияхКомптон-профилей) связь мезду энергиями рассеянного и первичного фотонов дается формулой Комптона Формула изобретения Устройство для исследования электронной структуры вещества, включающее источник у -излучения, дерзатель образца, детектор рассеянных от образца фотонов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений, источник-излучения выполнен в виде последовательно установленного источника релятивистских электронов и монокристалла, расположенного так, что выбранная система кристаллографических плоскостей монокристалла составляет угол Вульфа-Брэгга 6 с осью пучка релятивистских электронов источника, дерзатель образца располопен за момокристаллом под углом 29 относительно оси релятивистских электронов а детектор установлен эа деркателем образца под углом/2 к плоскости, проходящей через ось пучка электронов и вектор обратной решетки монокристалла. а, =ы, 1- ,(1-созф),всИэ выражений (1) и (2) сечение рассеяния фотонов, поляризованных перпендикулярно плоскости рассеяния, на угол Р /2 будет равно 40 Ы /Зо-"1/2 г 2та неполяриэоввнных - Ьб ,/Ья =1/2 , . Вероятность попадания в детектор рассеянных линейно поляризованных фотонов до двух раз выше, чем неполяризованных, составляющих некогерентиую часть фоСоставитель Т,ВладимироваТехред М.Моргентал . Корректор С,Шекмар Редактор Л.Волкова Тирам 817 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Заказ 2442 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород ул. Проектная,. 4