OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 209 MATERIAL SCIENCE гий синхротронного излучения весьма широк: от 10 эВ (и менее) до 100 кэВ (и более). При этом разные методы исследований, реализуемых на источниках СИ, требуют использования фотонов различных энергий (или длин волн). Соответственно исследователю необходимо выделить из широкого спектра излучения ту его часть, которая наиболее важна для используемой методики. В большинстве задач из широкого спектра СИ следует особо выделить диапазон рентгеновского излучения (РИ), длины волн которого сопоставимы с размерами атомов, что позволяет исследователям анализировать атомно-кристаллическую структуру твердых тел, а также изучать ближний порядок в жидкостях и аморфных объектах. Излучение, соответствующее рентгеновскому диапазону электромагнитных волн, характеризуется значениями энергии от 1 до 100 кэВ. Из вставных устройств накопительного кольца, в котором циркулирует поток элементарных частиц (как правило, электронов или позитронов), выходит «белый» пучок (т. е. излучение с широким диапазоном длин волн). Однако для проведения большинства экспериментов необходимо иметь пучок с более «узким» диапазоном параметров, необходимых для решения поставленных исследователем задач. В большинстве случаев на станциях синхротронного излучения используют монохроматическое излучение, формирование которого обеспечивается специальными устройствами, именуемыми монохроматорами. Расположенные на станции СИ монохроматоры совместно со щелями, фильтрами и системами фокусировки формируют излучение с требуемыми характеристиками. С технической точки зрения монохроматоры являются одними из наиболее сложных и высокотехнологичных устройств станций СИ. Производство монохроматоров относится к критическим технологиям, обеспечивающим эффективное использование СИ для исследования структуры материалов. Как правило, основным узлом монохроматора является пара кристаллов, позволяющих выделить из всего спектра СИ дифрагированный пучок, соответствующий узкой полосе длин волн, и направить его на образец. Входящий пучок, который включает в себя весь спектр генерируемого вставным устройством излучения, пройдя через монохроматор, преобразуется в монохроматическое либо в «розовое» излучение. Между собой эти типы излучения отличаются степенью монохроматичности, под которой понимается отношение Δλ/λ, где λ и Δλ – соответственно пиковое значение длины волны и спектральная ширина излучения, прошедшего монохроматор. Синхротронное излучение, соответствующее отношению Δλ/λ = 10–4…10–3, называют монохроматическим [1]. Для решения некоторых задач используют также «розовое» излучение, степень монохроматичности которого составляет Δλ/λ = 10–2…10–1 [2]. При проведении экспериментов с «белым» пучком монохроматор не нужен. Так, например, метод Лауэ предполагает воздействие на неподвижный монокристалл именно «белого» (непрерывного) излучения. Присутствие в рентгеновском спектре широкого диапазона длин волн дает возможность выполнения условия Вульфа – Брэгга, т. е. проявления эффекта дифракции рентгеновского излучения. Если же речь идет о проведении экспериментов методами, связанными с применением «розового» и монохроматического излучения, то используют монохроматоры различных типов, особенности которых обсуждаются в данной статье. Принцип работы монохроматоров основан на явлении дифракции рентгеновского излучения. Особенности дифракции на кристаллах в 1913 году описали У.Л. Брэгг и Г.В. Вульф. Исходя из условия, именуемого в настоящее время законом Вульфа – Брэгга, попавшее на кристалл «белое» излучение можно разложить на пучки, характеризующиеся узкой полосой длин волн. В зависимости от используемой методики и задач, стоящих перед исследователем, для проведения экспериментов могут требоваться разные диапазоны длин волн. Согласно закону Вульфа – Брэгга для выделения заданной длины волны (и соответственно энергии фотонов) требуется задать определенный угол падения излучения на кристалл, который регулируется гониометром – одним из наиболее важных механизмов монохроматора. Кроме гониометра, позволяющего настраивать монохроматор на разный уровень энергии, в состав прибора входят такие элементы, как вакуумные насосы, система охлаждения и датчики, обеспечивающие работу всех приборов. При разработке и последующей эксплуатации монохроматора важно иметь количественные представления об интенсивности и яркости
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1