Устройство для определения кристаллографических направлений монокристаллов

)4 И КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТНРЫТ ГОСУДАРСТВЕ ПО ДЕЛАМ И ВСЕСЛ"-"ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН щЕТЕЛЬСТ 8 К АВТОРСКО(71) Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С,М. Кирова (53) 621.384.6 (088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 594605, кл. Н 05 Н 7/00, 1976.2. О. 1.цсЬеу еС а 1. МеЬойз оЕ сгуса 1 а 1.8 цнепС. Мцс 1, 1 пзйг апй МейЬ. 1970, 81, 164-172.3. Авторское свидетельство СССР В 976509, кл. Н 05 Н 7/00, 1982.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержащеепоследовательно расположенные вдоль оси устройства источник электронов,гониометр с монокристаллом и рассеиватель вторичного излучения монокристалла, а также детекторы вторичного. излучения, установленные вплоскости, перпендикулярной осиустройства, по окружности на равном расстоянии от оси, причем ихоптические оси проходят через рассеиватель, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью увеличения уни.версальности устройства эа счетувеличения энергетического диапазона электронов, а также упрощения устройства, рассеиватель выполнен из твердого вещества с низкимиатомными номерами составляющих элементов, а детекторы выполнены ввиде детекторов-излучения иснабжены механизмом регулировкиугла между их оптическими осями иосью устройства.Изобретение относится к экспе" риментальной физике и может быть .использовано в различных ядерно- физических экспериментах для опреде" ления кристаллографических направ лений от нормали к поверхности мо" нокристаллической мишени, облучаемой пучком электронов.Цель изобретения - увеличение универсальности устройства за счет 10 расширения диапазона энергий электронов, а также упрощение устройства путем исключения регистрации нейтронного излучения.На фиг.1 изображено устройство, 15 состоящее из ускорителя электронов 1, ориентируемой монокристаллической мишени 2, рассеивателя 3 из твердого материала с малым атомнымномером составляющих элементов, 20 например полистирола, детекторов 4-квантов, например сцинтилляционных счетчиков. Детекторы 4 установлены под углом 9 к оси, проходящей через ускоритель 1, ориенти руемую мишень 2, рассеиватель 3, с возможностью изменения этогоугла, Дегекторы 4 расположены по окружности с азимутальным шагом 6,В отличие от прототипа, рассеива- З 0 тель поляриметра выполнен изаморфного материала с малым атомным номером, а детекторы излучения выполнены в виде детекторов-квантов и снабжены устройством регулировки угла их расположения относительно оси устройства.На фиг.2 показана схема поворота монокристалла для совмещения кристаллографической плоскости с направ лением электронного пучка.Устройство работает следующим , образом.-кванты, возникающие при каналировании заряженных частиц в мо нокристаллической мишени 2, рассеиваются на угол 0 в рассеивателе 3 и детектируются сцинтилляционнымл детекторами 4, расположенными под разными азимутальными углами (, 50При ориентации кристалл моно- кристаллической мишени 2 вращается вокруг оси, перпендикулярной пучку заряженных частиц, и при совпадении какой-либо кристаллографической , 55 плоскости с направлением пучка возникает поляризованное-излучение при плоскостном каналировании. Это приводит к увеличению выхода рассеянных фотонов, которые регистрируются сцинтилляционными детекторами 4 (максимум в ориентационной зависимости).Направление плоскости поляризации определяют по минимуму отсчета сцинтилляционных счетчиков, так как известно, что минимальный выход комптоновских фотонов после рассеивателя происходит в направлении плоскости поляризации, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости, вдоль которой происходит каналирование падающих заряженных частиц. На фиг.1 кристаллографические оси обозначены символами001, (110, 110, а плоскости - (100), (110), (010), (001), (110).При появлении в пориентационной зависимости максимума, обусловленного излучением электронов, каналирующих в плоскости, например (110), фиг.1, устройство позволяет непосредственно определять угол наклона кристаллографической плоскости относительно пучка электронов вследствие тОго, что это излучение линейно поляризованоКак правило перед установкой мишени на пучок проводят рентгеноструктурный анализ образца, при ко. тором выясняется направление осей относительно нормали к поверхности образца, и в дальнейшем при помещении в гониометр стремиться совместить оси вращения с кристаллографическими осями (с той или иной стеленью точности).При вращении вокруг одной оси, перпендикулярной (или почти перпендикулярной) пучку, обязательно имеет место совпадение направления пучка с какой-либо кристаллографической плоскостью (см.фиг.2).В .том случае, когда ось вращения перпендикулярна пучку, искомое направление пучка совпадает с прямой соответствующей пересечению кристаллографической плоскости, в данном случае (110), с плоскостью, перпендикулярной оси вращения и про. ходящей через начальное направление пучка.Зная количество максимумов вориентационной зависимости выходаэлектромагнитного излучения, рас30 45 50 55 стояние между ними и направлениерезультирующего вектора поляризации в каждом максимуме ориентационной зависймости, можно построитьграфически систему проекций кристаллографических направления. Сравнивая стандартные проекции для различных направлений данного типарешетки с полученной системой проекций, определяют разориентацию найденного низкоиндексного (главного)направления к поверхности кристалла.Энергетический диапазон работыполяризатора для данной энергиизаряженных частиц определяют расположением сцинтилляционных счетчиковотносительно оси пучка и рассеивателя, учитывая тот факт, что максимум в спектре интенсивного электромагнитного излучения Я каналирующих заряженных частиц в монокристаллической мишени зависит,от энергии заряженных частиц Ес позакону (дЕ Измерение поля(горизационных параметров фотонов проводится с минимальной ошибкой вМтом случае когда величинаУ д,так называемая приведенная анализирующая способность поляриметра,имеет максимальное значениеДБЙ, М+ р (1)дЯ дй дЯ,где - дифференциальное сечениейкомптоновского рассеяния,3 ьи)- дифференциальное сечениекомптоновского рассеяния(Я,фотонов, поляризованныхперпендикулярно (парал"ледьно) плоскости рассеянияеПриведенная анализирующая способность может быть рассчитана поизвестным формулам- ри (и -);об, (3),где ю 6- -РЯ- постоянный коэффициент,5 1 О 15 20 25 35 40 Яяг - энергия падающих и рассеянных-квантов,Ф - масса электрона в покое,С - скорость света в вакууме.Как видно из формул 1-5, "приведенная" анализирующая способностьдля различных энергий падающих ирассеянных-квантов зависит отугла 9 и, изменяя его для конкретных 6 д, и Ы можно добиться максимальной величиныгг,3 яП р и м е р. Электроны, ускоренные в синхротроне "Сириус" до энергии Ес = 900 МэВ, при прохождениичерез монокристалл алмаза излучают-кванты, причем в случае совпадения импульса электрона с какой-либо кристаллографической плоскостьюв спектре-излучения появляетсярезкий пик с энергией Яо5 МэВ.Этому пику соответствует возрастание скорости счета рассеянных фотонов (ориентационный максимум).Вращая алмаз с помощью гониометравокруг горизонтальной или вертикальной оси, перпендикулярной осипучка электронов, измеряют ориентационные зависимости выхода рассеянных-квантов аморфного рассеивателя (полистирол толщинойл 10 мм) сцинтилляционными счетчиками, состоящими из кристалловНад(Т 1) размерами 63 63 мм, иФЭУ. Восемь счетчиков, расположенных по образующим конуса вокруг оси устройства, регистрируютфотоны, рассеянные под одним и теможе углом 8 = 25 относительно осиустройства, под разными азимутальными углами Я, О й Ч = 45 . Для этогоугла рассеяния "приведенная" азимутальная способность - Я -+шах3 гс 3 12 для укаэанной энергии фотонов. При достижении максимума в ориентационной зависимости определяют пару спектрометров, расположенных друг против друга, счет которых минимален. Положение этих счетчиков определяет направления плоскости поляризации излучения, по которой восстанавливается направление кристаллографической решетки алмаза.При дальнейшем вращении моно- кристалла находят следующий максимумЬ в ориентационной зависимостидля которого положение плоскости поляри117 б 457 Составитель А. Нестерович есникова Техред А.Ач Корректор В. Вутяга жеРедакто Тираж 7 Государств делам изобр осква, ЖЗаказ 53 Подписноеного комитета СССРений и открытийРаушская йаб., д. 4/5 ВНИИПИ 1303 ППП "Патент" ул. Проектная,4 Ужгор зации (и соответственно кристаллогра.фической плоскости) определяетсяаналогичноПостроив графическую систему про-екций кристаллографических направлений и сопоставив ее со стандартными проекциями для различных направлений плоскости, можно опреде"лить направление оси и угол наклонаее к поверхности кристалла.В случае, когда .при ориентировании используется пучок электроновс энергией Е, ( 300 МэВ, энергия фотонов, соответствующих пику,Я с 1 МэВ. Поляриметр, используемый в качестве прототипа, неработоспособен, посколькУ ЯвоЧтобы проводить ориентацию,используя предлагаемое устройство,необходимо изменить угол расположения спектрометров относительно-пучка так, чтобы они регистрировали фотоны, рассеянные на угол650 , поскольку при этом2- й - ь щах..3 я Таким образом, предлагаемоеустройство по сравнению с базовым(за которое выбран прототип) позволяет проводить ориентацию моно"кристаллических мишеней с помощьюпростой перестройки угла 6 напучках заряженных частиц с энерги"ей Е, варьируемой в широких пре делах (например Ео = 00-500 МэВ),тогда как в базовом Устройстве приизменении энергии необходимо менятьполяриметр. Предлагаемое устройство позволяет упростить экспериц ментальной оборудование по сравнению с базовым обьектом, посколькувместо громоздкой жидкодейтериевоймишени используется рассеивательиз аморфного материала с малым 2 О атомным номером и не требуется при"менение ионизационной камеры,поскольку предлагаемый поляриметрпозволяет одновременно измерятьориентационную зависимость вы хода у - излучения и опреде -лять полошение плоскости поляризации.