RU2654375C1 - Diffractometer - Google Patents
Diffractometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654375C1 RU2654375C1 RU2017128579A RU2017128579A RU2654375C1 RU 2654375 C1 RU2654375 C1 RU 2654375C1 RU 2017128579 A RU2017128579 A RU 2017128579A RU 2017128579 A RU2017128579 A RU 2017128579A RU 2654375 C1 RU2654375 C1 RU 2654375C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- goniometer
- ray
- bimorph
- unit
- electromechanical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к устройствам для проведения рентгенодифракционных исследований материалов и может быть применено для неразрушающего контроля степени совершенства кристаллов и пленок путем регистрации кривых дифракционного отражения (КДО).The present invention relates to devices for conducting X-ray diffraction studies of materials and can be used for non-destructive testing of the degree of perfection of crystals and films by recording diffraction reflection curves (BWO).
Широко используемые в физических экспериментах и в повседневной практике способы рентгеновской дифракции основаны на угловой перестройке, обычно осуществляемой механическим поворотом гониометра с помощью электродвигателя.Widely used in physical experiments and in everyday practice, X-ray diffraction methods are based on angular adjustment, usually carried out by mechanical rotation of the goniometer using an electric motor.
Достаточно широко применяется способ прецизионной перестройки и контроля углового положения рентгенооптических элементов, основанный на использовании пьезоэлектрического керамического актуатора. Такие механизмы позволяют оперативно менять условия эксперимента, однако, в силу присущей пьезокерамике гистерезисной зависимости перемещения от электрического поля, не обеспечивают точного углового позиционирования при проведении рентгенооптических экспериментов и требуют использования контрольных систем обратной связиThe method of precision adjustment and control of the angular position of X-ray optical elements, based on the use of a piezoelectric ceramic actuator, is widely used. Such mechanisms make it possible to quickly change the experimental conditions; however, due to the inherent piezoelectric ceramics, the hysteretic dependence of the displacement on the electric field does not provide accurate angular positioning during X-ray optical experiments and requires the use of control feedback systems
Применение пьезокристаллических материалов с линейной зависимостью перемещения от напряженности управляющего электрического поля позволяют устранить данный недостаток, однако известные линейные пьезоэлектрики сильно уступают пьезокерамике по величине пьезомодуля и по диапазону перемещения.The use of piezocrystalline materials with a linear dependence of the displacement on the intensity of the control electric field makes it possible to eliminate this drawback, however, the known linear piezoelectrics are much inferior to piezoelectric ceramics in the size of the piezoelectric module and in the range of movement.
В предлагаемом изобретении реализуется принцип применения изгибных деформаций, создаваемых в биморфном кристалле, что позволяет достичь широкого диапазона перемещения и поворота рентгенооптических элементов. Данный принцип позволяет создать эффективный безгистерезисный актуатор.In the present invention, the principle of applying bending deformations created in a bimorph crystal is realized, which allows to achieve a wide range of movement and rotation of X-ray optical elements. This principle allows you to create an effective hysteresis-free actuator.
Стандартный биморфный пьезоэлемент изготавливается из двух одинаковых пьезоэлектрических пластин, в которых приложение электрического поля по толщине вызывает механическую деформацию по длине. При этом если пластины скрепить друг с другом так, чтобы знаки полярного направления были направлены навстречу друг другу, то приложение электрического поля вызовет растяжение одного элемента и сжатие другого, что приведет к изгибной деформации биморфного элемента. Обычно пластины изготавливаются отдельно и скрепляются друг с другом.The standard bimorph piezoelectric element is made of two identical piezoelectric plates, in which the application of an electric field in thickness causes mechanical deformation along the length. Moreover, if the plates are fastened to each other so that the signs of the polar direction are directed towards each other, then the application of an electric field will cause the extension of one element and compression of the other, which will lead to bending deformation of the bimorph element. Typically, the plates are made separately and fastened to each other.
В настоящем изобретении предлагается конструкция дифрактометра, в котором используется управляемый элемент рентгеновской оптики, созданный на основе монолитного биморфного элемента, обеспечивающего прецизионное управление пространственным положением рентгеновского пучка.The present invention provides a diffractometer design that uses a controlled element of x-ray optics based on a monolithic bimorph element that provides precise control of the spatial position of the x-ray beam.
Известно устройство для формирования пространственно-модулированного рентгеновского пучка, представляющее собой средство модуляции интенсивности рентгеновского пучка, которое содержит блок брэгговской дифрагирующей кристаллической среды, стабилизатор температуры указанного блока и источник пространственно-модулирующего теплового воздействия на указанную среду. Блок брэгговской дифрагирующей кристаллической среды выполнен в виде рабочего дискретного брэгговского дифрагирующего монокристаллического слоя, закрепленного с помощью клеевого слоя на подложке и представляющего собой массив упорядоченно расположенных монокристаллических островков. Данный слой изготовлен методом фотолитографии со сквозным плазмохимическим или ионным травлением из монокристаллической пластины, закрепленной с помощью указанного клеевого слоя на указанной подложке, и снабжен дополнительным средством регулирования температуры блока брэгговской дифрагирующей кристаллической среды, обеспечивающего восстановление плоской формы указанного рабочего слоя, искривляемого из-за разницы коэффициентов температурного расширения материалов затвердевшего клеевого слоя и подложки и температур их нагрева в связи с пространственно-модулирующим тепловым воздействием на упомянутый рабочий слой (Патент РФ RU 155934, G21K 1/06, опубл. 20.10.2015).A device for forming a spatially modulated x-ray beam is known, which is a means of modulating the intensity of the x-ray beam, which contains a block of Bragg diffracting crystalline medium, a temperature stabilizer of this block and a source of spatially modulating thermal effect on the specified medium. The unit of the Bragg diffracting crystalline medium is made in the form of a working discrete Bragg diffracting single-crystal layer fixed with an adhesive layer on a substrate and representing an array of ordered monocrystalline islands. This layer is made by photolithography with through plasma-chemical or ion etching from a single-crystal plate fixed using the specified adhesive layer on the specified substrate, and is equipped with an additional means of controlling the temperature of the Bragg block of the diffracting crystalline medium, which ensures the restoration of the flat shape of the specified working layer, which is distorted due to the difference the coefficients of thermal expansion of materials of the hardened adhesive layer and the substrate and the temperatures of their heating in connection with the spatially modulating thermal effect on said working layer (RF Patent RU 155934,
Однако данное техническое решение имеет следующие недостатки:However, this technical solution has the following disadvantages:
- сложность создания блока брэгговской дифрагирующей кристаллической среды: необходимо подготавливать целый массив упорядоченно расположенных монокристаллических островков, изготовленный методом фотолитографии со сквозным плазмохимическим или ионным травлением из монокристаллической пластины;- the complexity of creating a block of Bragg diffracting crystalline medium: it is necessary to prepare a whole array of ordered monocrystalline islands made by photolithography with through plasma-chemical or ion etching from a single-crystal plate;
- внешний температурный блок требует проведения калибровки и обеспечения прецизионного контроля температуры;- the external temperature unit requires calibration and precision temperature control;
- в устройстве необходимо реализовать сложный процесс непрямого контроля пространственными характеристиками рентгеновского пучка;- the device must implement a complex process of indirect control of the spatial characteristics of the x-ray beam;
- отсутствует указание диапазона достижимой перестройки параметров рентгенооптических схем при использовании данного элемента.- there is no indication of the range of achievable adjustment of the parameters of the X-ray optical schemes when using this element.
Известно также устройство для регистрации кривых дифракционного отражения исследуемого кристалла, содержащее источник рентгеновского излучения, размещенные последовательно за ним первую щелевую диафрагму, первый гониометр, вторую щелевую диафрагму, второй гониометр, а также детектор излучения, генератор электрических колебаний и подключенный к нему электроакустический резонатор. На первом гониометре установлен исследуемый кристалл, а на втором гониометре - рентгеноакустический анализатор, состоящий из электроакустического резонатора и рентгенооптического кристалла-анализатора, причем детектор подключен к блоку анализатора стоячей волны, который электрически связан с генератором электрических колебаний (Патент РФ RU 2539787, G21K 23/20, опубл. 27.01.2015).It is also known a device for recording the diffraction curves of the crystal under study, containing an X-ray source, a first slotted aperture, a first goniometer, a second slotted aperture, a second goniometer, as well as a radiation detector, an electric oscillator and an electroacoustic resonator connected to it. The investigated crystal is installed on the first goniometer, and an X-ray analyzer consisting of an electro-acoustic resonator and an X-ray crystal analyzer is mounted on the second goniometer, the detector being connected to a standing wave analyzer unit that is electrically connected to an electric oscillation generator (RF Patent RU 2539787, G21K 23 / 20, publ. 01/27/2015).
Однако данное устройство, являющееся прототипом по числу совпадающих существенных признаков с предлагаемым изобретением, имеет следующие недостатки:However, this device, which is a prototype in the number of matching essential features with the invention, has the following disadvantages:
• малый диапазон угловой перестройки и недостаточная точность позиционирования;• a small range of angular adjustment and insufficient positioning accuracy;
• отсутствие гибкости алгоритма перестройки, т.е. возможности работы устройства как в динамическом, так и статическом режиме.• lack of flexibility of the adjustment algorithm, i.e. the capabilities of the device in both dynamic and static mode.
Задачей изобретения является создание дифрактометра с безгистерезисным электрически управляемым рентгенгоптическим элементом.The objective of the invention is to provide a diffractometer with a hysteresis-free electrically controlled x-ray optical element.
Техническим результатом является создание устройства, в котором реализована электронно-управляемая перестройка углового положения рентгенгоптического монохроматора, что обеспечивает оперативный и прецизионный анализ исследуемых объектов.The technical result is the creation of a device in which an electronically controlled adjustment of the angular position of the X-ray optical monochromator is implemented, which provides an operational and precise analysis of the studied objects.
Поставленные техническая задача и результат достигаются тем, что в дифрактометре, содержащем источник рентгеновского излучения, размещенные за ним последовательно по ходу рентгеновского луча первую щелевую диафрагму, первый гониометр, вторую щелевую диафрагму, второй гониометр, а также детектор излучения, дополнительно применен отдельный съемный блок, содержащий электромеханический рентгенооптический элемент на основе кристалла кремния, соединенного с безгистерезисным монолитным биморфом. Этот съемный блок подключен к блоку модуляции напряжения на названном элементе и в зависимости от поставленной задачи исследования может размещаться как на первом по ходу рентгеновских лучей гониометре, так и на втором гониометре. Второй гониометр дополнительно снабжен блоком для установки исследуемого образца, позволяющим проводить дополнительную подстройку положения исследуемого образца относительно пучка излучения, а также юстировку путем подстройки углов наклона и азимутального угла, причем детектор излучения и второй гониометр электрически связаны с блоком управления, который обеспечивает контроль за параметрами эксперимента с помощью компьютера, а также позволяет получать результаты измерений сразу в электронном формате для удобства их дальнейшей обработки и представления полученных результатов. В качестве безгистерезисного монолитного биморфа электромеханического рентгенооптического элемента применен бидоменный кристалл ниобата лития, а соединение кристалла кремния с безгистерезисным монолитным биморфом осуществлено посредством склейки.The stated technical problem and the result are achieved by the fact that in the diffractometer containing the x-ray source, the first slit diaphragm, the first goniometer, the second slit diaphragm, the second goniometer, and the radiation detector are arranged sequentially along the x-ray beam, an additional detachable unit is additionally used, containing an electromechanical X-ray optical element based on a silicon crystal connected to a hysteresis-free monolithic bimorph. This removable unit is connected to a voltage modulation unit on the named element and, depending on the research task, can be placed both on the first goniometer along the x-rays and on the second goniometer. The second goniometer is additionally equipped with a unit for installing the test sample, which allows for additional adjustment of the position of the test sample relative to the radiation beam, as well as adjustment by adjusting the tilt and azimuthal angles, the radiation detector and the second goniometer being electrically connected to the control unit, which provides control over the experimental parameters using a computer, and also allows you to receive measurement results immediately in electronic format for the convenience of their further work and presentation of the results. A bi-domain lithium niobate crystal was used as a hysteresis-free monolithic bimorph of an electromechanical X-ray optical element, and silicon was bonded to a hysteresis-free monolithic bimorph by gluing.
К существенным признакам предлагаемого устройства, характеризующим конструктивные средства, относятся:The essential features of the proposed device, characterizing the structural means include:
источник рентгеновского излучения;x-ray source;
первая щелевая диафрагма;first slit diaphragm;
первый гониометр;first goniometer;
вторая щелевую диафрагма;second slit diaphragm;
второй гониометр;second goniometer;
детектор излучения;radiation detector;
отдельный съемный блок;separate removable unit;
электромеханический рентгенооптический элемент на основе кристалла кремния;electromechanical X-ray optical element based on a silicon crystal;
безгистерезисный монолитный биморф;hysteresis-free monolithic bimorph;
блок для установки исследуемого образца; блок управления.unit for installing the test sample; Control block.
Конструктивное единство указанных средств обеспечивается тем, что:The constructive unity of these funds is ensured by the fact that:
источник рентгеновского излучения, первая щелевая диафрагма, первый гониометр, вторая щелевая диафрагма, второй гониометр, детектор излучения размещены последовательно по ходу рентгеновского луча;x-ray source, first slit diaphragm, first goniometer, second slit diaphragm, second goniometer, radiation detector placed sequentially along the x-ray;
дополнительно введенный отдельный съемный блок, содержащий электромеханический рентгенооптический элемент на основе кристалла кремния, соединенного с безгистерезисным монолитным биморфом, может размещаться как на первом, так и на втором гониометре;an additionally introduced separate removable block containing an electromechanical X-ray optical element based on a silicon crystal connected to a hysteresis-free monolithic bimorph can be placed on both the first and second goniometers;
второй гониометр снабжен блоком для установки исследуемого образца, позволяющим проводить дополнительную подстройку положения исследуемого образца относительно пучка излучения, а также юстировку путем подстройки углов наклона и азимутального угла;the second goniometer is equipped with a unit for installing the test sample, which allows for additional adjustment of the position of the test sample relative to the radiation beam, as well as adjustment by adjusting the tilt and azimuthal angles;
детектор излучения и второй гониометр электрически связаны с блоком управления, который обеспечивает контроль за параметрами эксперимента с помощью компьютера, а также позволяет получать результаты измерений сразу в электронном формате для удобства их дальнейшей обработки и представления полученных результатов.the radiation detector and the second goniometer are electrically connected to the control unit, which provides control of the experiment parameters using a computer, and also allows you to receive measurement results immediately in electronic format for the convenience of further processing and presentation of the results.
Существенность признаков, характеризующих данное устройство, обеспечена направленностью их на реализацию решаемой технической задачи, т.е. наличием их причинно-следственной связи, которая обеспечивает функционально-конструктивное единство всех элементов дифрактометра.The materiality of the features characterizing this device is ensured by their focus on the implementation of the technical problem being solved, i.e. the presence of their causal relationship, which provides a functional and constructive unity of all elements of the diffractometer.
Существо предлагаемого изобретения поясняется схемами, представленными на фигурах:The essence of the invention is illustrated by the diagrams presented in the figures:
Фиг. 1 - конструктивная схема предлагаемого устройства;FIG. 1 is a structural diagram of the proposed device;
Фиг. 2 - схема устройства при размещении съемного блока, содержащего электромеханический рентгенооптический элемент на основе кристалла кремния, соединенного с безгистерезисным монолитным биморфом, на втором гониометре;FIG. 2 is a diagram of a device when placing a removable unit containing an electromechanical X-ray optical element based on a silicon crystal connected to a hysteresis-free monolithic bimorph on a second goniometer;
Фиг. 3 - схема устройства при размещении съемного блока, содержащего электромеханический рентгенооптический элемент на основе кристалла кремния, соединенного с безгистерезисным монолитным биморфом, на первом гониометре;FIG. 3 is a diagram of a device when placing a removable unit containing an electromechanical X-ray optical element based on a silicon crystal connected to a hysteresis-free monolithic bimorph on the first goniometer;
Фиг. 4 - графики, иллюстрирующие сдвиг КДО для различных изгибных элементов, изготовленных из кристаллов ниобата лития: тонкого - 0.5 мм (а) и толстого - 2 мм (б);FIG. 4 are graphs illustrating the BWW shift for various bending elements made of lithium niobate crystals: thin - 0.5 mm (a) and thick - 2 mm (b);
Фиг 5 - графики зависимости сдвига КДО для изгибного элемента, изготовленного из тонкого (0.5 мм) кристалла ниобата лития: при увеличении напряжения (а) и при обратном уменьшении напряжения (б);Fig 5 is a graph of the dependence of the BWW shift for a bending element made of a thin (0.5 mm) lithium niobate crystal: with increasing voltage (a) and with the opposite decrease in voltage (b);
Фиг. 6 - Графики, иллюстрирующие КДО кристалла кремния, рефлекс (220), полученные традиционным механическим методом (сплошная линия) и с помощью электромеханического рентгенооптическогой элемента (пунктирная линия).FIG. 6 - Graphs illustrating the BWW of a silicon crystal, reflex (220), obtained by the traditional mechanical method (solid line) and using an electromechanical X-ray optical element (dashed line).
Предлагаемое устройство (фиг 1) содержит источник рентгеновского излучения 1, первую щелевую диафрагму 2, первый гониометр 3, вторую щелевую диафрагму 4, второй гониометр 5, блок 6 для установки образца. На гониометрах 3 и 5 в зависимости от типа проводимого исследования может быть установлен отдельный съемный блок 7, содержащий электромеханический рентгенооптический элемент на основе безгистерезисного монолитного биморфа. Конструктивно электромеханический рентгенооптический элемент состоит из рентгенооптического кристалла кремния 8 и бидоменного кристалла ниобата лития 9, которые скреплены между собой, например, посредством склейки. Названный элемент рентгеновской оптики может изгибаться при подаче напряжения и по существу представляет из себя адаптивный элемент, позволяющий проводить прецизионную перестройку углового положения рентгеновского пучка.The proposed device (Fig 1) contains an
Блок 7 электрически подключен к блоку 10, обеспечивающему модуляцию напряжения на электромеханическом рентгенооптическом элементе. За вторым гониометром 5 размещен сцинтилляционный детектор 11, с помощью которого производится прецизионное измерение интенсивности отраженного от исследуемого образца рентгеновского пучка.
Электрический сигнал от детектора 11 и со второго гониометра 5 поступает на блок 12 сопряжения и управления. Этот блок применяется для контроля за параметрами эксперимента с помощью персонального компьютера 13. Кроме того, блок 12 обеспечивает получение результатов измерений сразу в электронном формате, что упрощает их дальнейшую обработку.The electrical signal from the
Рентгенооптическая схема дифрактометра, приведенная на фиг.2, представляет собой двухкристальную бездисперсионную параллельную схему дифракции рентгеновских лучей спектральной линии МоКα1. При этом кремниевый монохроматор, размещенный на гониометре 3, устанавливается в геометрии дифракции на отражение (Брэгга), а рентгенооптический элемент кремния, входящий в состав управляемого элемента рентгеновской оптики, располагается в геометрии дифракции на просвет (Лауэ). Для реализации бездисперсионной схемы дифракции на монохроматоре и образце использовался второй порядок отражения от семейства плоскостей (110).The x-ray optical diffractometer diagram shown in FIG. 2 is a dual-crystal dispersionless parallel X-ray diffraction scheme of the MoK spectral line α1 . In this case, the silicon monochromator, located on the
Такая конфигурация дифрактометра позволяет проводить быстрые прецизионные измерения параметров кристаллических образцов, в том числе промышленно значимых кристаллов кремния, кварца и многих других.This configuration of the diffractometer makes it possible to carry out fast precision measurements of the parameters of crystalline samples, including industrially significant crystals of silicon, quartz, and many others.
Напряжение, заданное с помощью блока 10 на электромеханический рентгенооптический элемент определяет конечную деформацию изгибного элемента и, следовательно, диапазон возможной перестройки параметров схемы. При значении внешнего напряжения порядка 100 В возможно получить изгибную деформацию, приводящую к угловой перестройке рентгеновского пучка на 100-200 угловых секунд (в зависимости от толщины кристалла, используемого при создании данного элемента).The voltage set by the
Рентгенооптическая схема, приведенная на фиг. 3, представляет двухкристальную бездисперсионную параллельную схему дифракции рентгеновских лучей спектральной линии МоКα1. При этом электромеханический рентгенооптический элемент с рентгенооптическим кристаллом кремния размещается на гониометре 3, в положении монохроматора в геометрии дифракции на отражение (Брэгга), а исследуемый кристалл располагался на основном гониометре 6, причем допускается его размещение как в геометрии Брэгга, так и в геометрии Лауэ.The x-ray optical circuit shown in FIG. 3, represents a dual-crystal dispersionless parallel X-ray diffraction scheme of the MoK spectral line α1 . In this case, the electromechanical X-ray optical element with the X-ray optical silicon crystal is placed on the
Выбор геометрии для проведения исследований зависит от поставленных целей и задач, а также от свойств исследуемых кристаллов, т.к. некоторые из них просто невозможно просветить на лабораторном источникеThe choice of geometry for research depends on the goals and objectives, as well as on the properties of the studied crystals, because some of them are simply impossible to enlighten at the laboratory source
Данная схема позволяет проводить непосредственно измерения любых кристаллических образцов с использованием возможности перестройки электромеханического рентгенооптического элемента в положении монохроматора.This scheme allows direct measurements of any crystalline samples using the possibility of tuning the electromechanical X-ray optical element in the position of a monochromator.
В простейшем случае это достигается следующим образом: изначально настраивается схема точного брэгговского отражения как от кристалла-монохроматора, так и от исследуемого кристалла. При подаче модулирующего напряжения от блока 10 на электромеханический рентгенооптический элемент кристалл-монохроматор отклоняется от исходного положения на некоторый угол, что приводит к отклонению рентгеновского пучка от положения точного брэгговского отражения от исследуемого кристалла. Далее, путем модуляции напряжения на монохроматоре, осуществляют немеханическое измерение КДО от исследуемого кристалла: отклоненный от монохроматора пучок рентгеновского излучения полностью проходит весь угловой диапазон отражения рентгеновского излучения от образца. При этом диапазон этого отражения зависит не только от подаваемого напряжения, но и от выбранного в качестве основы изгибного элемента кристалла ниобата лития.In the simplest case, this is achieved as follows: initially, the exact Bragg reflection scheme is configured both from the monochromator crystal and from the crystal under study. When a modulating voltage is applied from
Экспериментальные результаты, приведенные на графиках фиг. 4, демонстрируют сдвиг КДО для различных кристаллов ниобата лития: тонкого, 0.5 мм (а) и толстого, 2 мм (б).The experimental results shown in the graphs of FIG. 4, show the BWW shift for various lithium niobate crystals: thin, 0.5 mm (a) and thick, 2 mm (b).
Для оценки эффективности работы электромеханического рентгенооптического элемента на основе безгистерезисного монолитного биморфа (изгибного элемент) была проведена оценка гистерезисности, т.е. линейности зависимости изгиба монолитного бидоменного элемента (сдвига к.д.о.) от подаваемого на кристалл ниобата лития напряжения при его увеличении и уменьшении. Для этого проводились измерения сдвига к.д.о. рентгенооптического кристалла кремния относительно начального положения при различных значениях подаваемого напряжения. Экспериментально полученные зависимости сдвига КДО от напряжения приведены на фиг. 5а и 5б.To evaluate the performance of an electromechanical X-ray optical element based on a hysteresis-free monolithic bimorph (bending element), an assessment of the hysteresis was performed, i.e. linearity of the dependence of the bending of the monolithic bidomain element (shift of the cdp) on the voltage applied to the lithium niobate crystal when it increases and decreases. To do this, measurements of the shift of the c.d.o. x-ray optical crystal of silicon relative to the initial position at various values of the applied voltage. The experimentally obtained dependences of the BWW shift on voltage are shown in FIG. 5a and 5b.
Зависимость имеет линейный характер (со степенью линейности порядка 98%), что дает возможность прецизионного контроля параметров рентгеновского пучка. Кроме того, необходимо отметить, что при уменьшении напряжения кристалл возвращается в исходное состояние, при этом величины смещений при увеличении и уменьшении напряжения совпадают с точностью до погрешности определения углового положения максимума пика к.д.о. (около 1''), которая может быть вызвана небольшим люфтом в крепеже.The dependence is linear (with a degree of linearity of the order of 98%), which makes it possible to precisely control the parameters of the x-ray beam. In addition, it should be noted that as the voltage decreases, the crystal returns to its initial state, while the magnitudes of the displacements with increasing and decreasing voltage coincide up to an error in determining the angular position of the peak of the peak electron beam coefficient. (about 1``), which can be caused by a slight backlash in the fasteners.
Таким образом, путем изменения напряжения на электромеханическом рентгенооптическом элементе (изгибном элементе) возможна полностью немеханическая запись зависимости интенсивности отраженного от образца излучения от напряжения с возможностью дальнейшего простого пересчета в зависимость интенсивности от угла поворота, что является аналогом механического способа записи КДО. Пример полученной таким образом КДО для кристалла кремния представлен на фиг. 6.Thus, by changing the voltage on the electromechanical X-ray optical element (bending element), a completely non-mechanical recording of the dependence of the intensity of radiation reflected from the sample on the voltage is possible with the possibility of further simple conversion into the dependence of the intensity on the rotation angle, which is analogous to the mechanical method of recording BWW. An example of the thus obtained BWW for a silicon crystal is shown in FIG. 6.
Из рассмотрения графиков на фиг. 6 видно, что кривая дифракционного отражения, полученная с помощью электромеханического рентгенооптического элемента (изгибного элемента), согласуется с кривой, полученной традиционным методом механического поворота гониометра с точностью до погрешности, что позволяет сделать вывод о практической и промышленной применимость предлагаемого дифрактометра.From the consideration of the graphs in FIG. Figure 6 shows that the diffraction reflection curve obtained using an electromechanical X-ray optical element (a bending element) is consistent with the curve obtained by the traditional method of mechanical rotation of the goniometer accurate to within error, which allows us to conclude the practical and industrial applicability of the proposed diffractometer.
К основным преимуществам предлагаемого дифрактометра относится возможность оперативной перестройки параметров рентгенооптической схемы, широкий диапазон перестройки в сотни угловых секунд с характерным временем перестройки не более одной секунды, что недостижимо при использовании классических гониометрических систем. Кроме того, необходимо отметить существенно более простую конструкцию предлагаемого дифрактометра на основе электромеханического рентгенооптического элемента (изгибного элемента), нежели используемая в приведенных аналоге и прототипе.The main advantages of the proposed diffractometer include the ability to quickly reconfigure the parameters of the X-ray optical scheme, a wide adjustment range of hundreds of arc seconds with a characteristic adjustment time of not more than one second, which is unattainable when using classic goniometric systems. In addition, it should be noted a significantly simpler design of the proposed diffractometer based on an electromechanical X-ray optical element (flexural element) than used in the above analogue and prototype.
Следует также отметить, что разработанный съемный блок, содержащий электромеханический рентгенооптический элемент, может устанавливаться на уже существующих и выпускаемых в настоящее время промышленностью дифрактометрах (после их незначительной модификации). Такая модернизация дифрактометров обеспечивает проведение более оперативного и прецизионного анализа исследуемых объектов.It should also be noted that the developed removable unit containing an electromechanical X-ray optical element can be installed on existing diffractometers existing and currently produced by the industry (after minor modifications). Such modernization of diffractometers provides a more rapid and precise analysis of the studied objects.
Результаты проведенных экспериментов, в частности, приведенных на фиг. 4, 5 и 6, подтверждают промышленную применимость предлагаемого устройства.The results of the experiments, in particular those shown in FIG. 4, 5 and 6, confirm the industrial applicability of the proposed device.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128579A RU2654375C1 (en) | 2017-08-11 | 2017-08-11 | Diffractometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128579A RU2654375C1 (en) | 2017-08-11 | 2017-08-11 | Diffractometer |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016145674 Substitution | 2016-11-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2654375C1 true RU2654375C1 (en) | 2018-05-18 |
Family
ID=62152796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017128579A RU2654375C1 (en) | 2017-08-11 | 2017-08-11 | Diffractometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2654375C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2749747C1 (en) * | 2020-09-03 | 2021-06-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Наноматериалы и устройства" (ООО "Наноматериалы и устройства") | X-ray optical element precision positioning system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050237617A1 (en) * | 2004-04-22 | 2005-10-27 | Carr Dustin W | Apparatus comprising a tunable nanomechanical near-field grating and method for controlling far-field emission |
| EP1879020A1 (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-16 | Paul Scherrer Institut | X-ray interferometer for phase contrast imaging |
| RU2539787C1 (en) * | 2013-09-06 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Российской академии наук, (ИК, РАН) | Method and apparatus for recording diffraction reflection curves |
-
2017
- 2017-08-11 RU RU2017128579A patent/RU2654375C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050237617A1 (en) * | 2004-04-22 | 2005-10-27 | Carr Dustin W | Apparatus comprising a tunable nanomechanical near-field grating and method for controlling far-field emission |
| EP1879020A1 (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-16 | Paul Scherrer Institut | X-ray interferometer for phase contrast imaging |
| RU2539787C1 (en) * | 2013-09-06 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Российской академии наук, (ИК, РАН) | Method and apparatus for recording diffraction reflection curves |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2749747C1 (en) * | 2020-09-03 | 2021-06-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Наноматериалы и устройства" (ООО "Наноматериалы и устройства") | X-ray optical element precision positioning system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Blagov et al. | Bimorph actuator: a new instrument for time-resolved x-ray diffraction and spectroscopy | |
| US7784329B2 (en) | Piezo-rheometric measuring cell and corresponding piezo-rheometer | |
| US8405830B2 (en) | Device and method for taking spectroscopic polarimetric measurements in the visible and near-infrared ranges | |
| US4412345A (en) | Apparatus and method for precise determinations of crystallographic orientation in crystalline substances | |
| RU2654375C1 (en) | Diffractometer | |
| Marchenkov et al. | LiNbO3-based bimorph piezoactuator for fast X-ray experiments: Resonant mode | |
| Kulikov et al. | LiNbO3-based bimorph piezoactuator for fast X-ray experiments: Static and quasistatic modes | |
| Blagov et al. | Development of methods for ultrasonic scanning of X-ray wavelength | |
| Blagov et al. | Measurement of rocking curves of crystals using an acoustically tunable monochromator | |
| US20080075229A1 (en) | Generation of Monochromatic and Collimated X-Ray Beams | |
| Blagov et al. | X-ray acoustic resonators for controlling the spatial characteristics of X-radiation | |
| Hernando et al. | Simulation and laser vibrometry characterization of piezoelectric AlN thin films | |
| Kaganer et al. | X-ray diffraction from strongly bent crystals and spectroscopy of X-ray free-electron laser pulses | |
| Cotroneo et al. | Adjustable grazing incidence x-ray optics: measurement of actuator influence functions and comparison with modeling | |
| US4100442A (en) | Electrically driven oscillating capacitor device | |
| KR102128827B1 (en) | Devices and methods for measuring small displacement | |
| Susini et al. | R&D program on bimorph mirrors at the ESRF | |
| US20160139033A1 (en) | Device for Compensating for the Drift of a Phase Shift of a Device for Modulating the Polarization State of a Light Beam | |
| US11852667B2 (en) | Device and method for determining an effective piezoelectric coefficient of a material | |
| RU2466384C2 (en) | Method and apparatus for recording diffraction reflection curves | |
| Akkuratov et al. | Time-Resolving X-Ray Acoustic Diffractometry of Perspective Crystalline Materials under Uniaxial Mechanical Loads | |
| RU2808945C1 (en) | Method for controlling angular divergence of x-ray radiation | |
| RU2539787C1 (en) | Method and apparatus for recording diffraction reflection curves | |
| Blagov et al. | Fast ultrasonic wavelength tuning in X-ray experiment | |
| US20230343479A1 (en) | Temperature-tuned ultrafast x-ray shutter using optics-on-a-chip |