EA030807B1

EA030807B1 - Способ определения оптических характеристик по интерференционной картине

Info

Publication number: EA030807B1
Application number: EA201500150A
Authority: EA
Inventors: Петр Александрович Ершов; Наталия Борисовна Климова; Иван Игоревич Лятун; Максим Валерьевич Поликарпов
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2018-09-28
Also published as: EA201500150A1; EA201500150A8

Abstract

Изобретение относится к области рентгенотехники и может быть использовано для определения характеристик вещества. Технический результат достигается в способе, в котором излучение перестраиваемого источника монохроматического когерентного рентгеновского излучения направляют на координатно-чувствительный детектор, а между ними устанавливают образец, который предварительно изготавливают из исследуемого вещества со сквозным отверстием вдоль своей оптической оси с поперечным размером, меньшим чем диаметр пучка, при этом образец устанавливают соосно пучку от источника, который собирается образцом вблизи плоскости детектора.

Description

030807

Изобретение относится к области рентгенотехники и может быть использовано для определения характеристик вещества.

Известен способ исследования характеристик вещества, реализованный в рентгеновском интерферометре (Патент Японии JP3715955, приоритет 2002.07.25, опубликован 2004.02.26), в котором разделяют пучок от источника рентгеновского излучения с помощью дифракционной решетки, после чего пучки собирают с помощью зеркал в одну точку, где наблюдают интерференционную картину, при этом в один из пучков помещают исследуемый образец и по виду интерференционной картины определяют различные характеристики вещества исследуемого образца.

Недостатком известного способа являются высокие требования к интенсивности источника рентгеновского излучения, поскольку для формирования интерференционной картины используются только дифрагированные после решетки лучи источника. Кроме того, способ также требует значительных затрат времени на предварительную настройку измерительной системы и образца, а следствием длительного цикла контроля каждого отдельного образца является увеличение ошибок, обусловленных дрейфом во времени параметров источника излучения и электронного канала обработки.

Техническим результатом, на получение которого направлено изобретение, является разработка способа определения оптических характеристик вещества, в котором обеспечивается удобство измерений за счет снижения требований к интенсивности источника рентгеновского излучения, сокращения времени, необходимого для юстировки системы измерений, уменьшения числа управляющих элементов, используемых в системе, а также за счет реализации возможности элементно-селективного исследования веществ сложного состава.

Технический результат достигается в способе, в котором излучение перестраиваемого источника монохроматического когерентного рентгеновского излучения, направляют на координатночувствительный детектор, а между ними устанавливают образец, который предварительно изготавливают из исследуемого вещества со сквозным отверстием вдоль своей оптической оси с поперечным размером, меньшим, чем диаметр пучка, при этом образец устанавливают соосно пучку от источника, который собирается образцом вблизи плоскости детектора.

Предпочтительно в способе использовать источник рентгеновского излучения с энергией, перестраиваемой в диапазоне 3-25 кэВ.

Предпочтительно выполнение образца в виде фокусирующей линзы.

Предпочтительно выполнение линзы специальной формы, в которой с двух сторон образца, обращенных к источнику и детектору соответственно, или с одной из этих сторон сформированы соосные с пучком углубления сферической или параболоидной формы, центры которых или центр углубления и противоположная поверхность, в случае только одного углубления, соединены соосным пучку сквозным отверстием с диаметром, меньшим, чем диаметр пучка.

В одном из вариантов реализации способа в качестве фокусирующей линзы может использоваться составная линза.

В другом варианте реализации способа предпочтительно выполнение образца в форме круглого цилиндра с плоскопараллельными поверхностями, перпендикулярными оси цилиндра.

В одном из вариантов исполнения способа в качестве образца может использоваться образец, выполненный в виде емкости необходимой формы, заполненной исследуемой жидкостью.

На чертеже показана схема реализации изобретения, где 1 - источник рентгеновского излучения, 2 координатно-чувствительный детектор, 3 -образец в виде фокусирующей линзы, 4 - сферические углубления в образце, 5 - сквозное отверстие в линзе, 6 - фокальная плоскость.

Способ реализуется с помощью следующего устройства. За счет формы фокусирующей линзы и рефракции зондирующего излучения в материале образца обеспечивается схождение первоначально параллельных лучей зондирующего пучка в некоторой точке на оси системы, которая называется фокусом. Плоскость, перпендикулярная оси системы и проходящая через точку фокуса, называется фокальной плоскостью. Положение фокуса определяется свойствами материала, из которого изготовлен исследуемый образец, его формой и энергией пучка зондирующего монохроматического излучения.

В связи с тем, что на оси исследуемого образца имеется сквозное отверстие, часть исходного пучка дифрагирует на отверстии и затем формирует интерференционную картину на детекторе.

Координатно-чувствительный детектор, установленный в области интерференции, фиксирует срез интерференционной картины плоскостью детектора. Площадь сфокусированного пятна излучения, в котором будет реализована интерференционная картина, определяется химическими и структурными свойствами образца. В частности, при изменении энергии зондирующего пучка в области энергий связи электронов в атомах элементов, образующих вещество, будут происходить эффекты аномального преломления, из-за чего площадь этого пятна излучения и, следовательно, интерференционной картины изменится скачком вследствие изменения положения фокуса по оптической оси.

По изменению положения указанных параметров можно отслеживать различные особенности во взаимодействии атомов определенного элемента из состава исследуемого вещества с атомами других элементов, вызываемых действием электрического или магнитного поля. Для реализации таких селективно-чувствительных для определенного элемента измерений необходимо выбирать энергию зонди- 1 030807

рующего излучения таким образом, чтобы она соответствовала энергии связи электронов на одной из оболочек исследуемого элемента.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения оптических характеристик вещества с использованием координатночувствительного детектора и источника монохроматического когерентного рентгеновского излучения, отличающийся тем, что пучок рентгеновского излучения от источника перпендикулярен измерительной плоскости детектора, а между ними установлен образец, выполненный из исследуемого вещества, в положении, при котором рентгеновское излучение от источника собрано вблизи измерительной плоскости детектора, при этом образец выполнен со сквозным отверстием вдоль своей оптической оси, соосной пучку рентгеновского излучения от источника, которое выполнено с поперечным размером, меньшим, чем диаметр этого пучка, а соосно отверстию выполнено одно углубление сферической или параболоидной формы на стороне образца, обращенной к источнику или к детектору, или два углубления сферической и/или параболоидной формы на двух указанных сторонах образца.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что источник монохроматического когерентного рентгеновского излучения выполнен перестраиваемым.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что источник монохроматического когерентного рентгеновского излучения обеспечивает малую (порядка десятков микрорадиан) расходимость выходящего пучка.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образец выполнен в виде линзы.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что источник выполнен перестраиваемым в диапазоне 325 кэВ.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образец выполнен в виде круглого цилиндра.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что линза выполнена составной.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что образец выполнен в виде емкости необходимой формы, заполненной исследуемой жидкостью.

2

О