DD211635A1

DD211635A1 - Kristallmonochromator fuer roentgentopographische untersuchungen

Info

Publication number: DD211635A1
Application number: DD24339782A
Authority: DD
Inventors: Ehrenfried Zschech; Georg Merz; Winfried Blau; Eckhart Foerster
Original assignee: Univ Dresden Tech
Priority date: 1982-09-21
Filing date: 1982-09-21
Publication date: 1984-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kristallmonochromator fuer roentgentopographische Untersuchungen, der ein verbreitertes Roentgenstrahlbuendel erzeugt. Der Monochromator besteht aus einem einzigen Einkristall, aus dem ein durch zwei ebene Flaechen begrenzter Sektor herausgeschnitten ist, wobei das primaere Roentgenstrahlbuendel auf eine der den Sektor begrenzenden Kristalloberflaechen auftritt. Gegenueber herkoemmlichen Kristallmonochromatoranordnungen mit zwei oder mehr Einkristallen verringert sich mit dem erfindungsgemaessen Kristallmonochromator der Justieraufwand.

Description

Titel der Erfindung

Kristallmonochromator für röntgentopographische Untersuchungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Kristallmonochromator für röntgentopographische Untersuchungen, die ein breites, monochromatisches Röntgenstrahlbündel erfordern. Der Kristallmonochromator ist besonders für die Bestimmung von letzebenenverkippungen an Einkristallen geeignet, wie sie zum Beispiel bei gekrümmten Spektrometerkristallen auftreten. '

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Monochromatoren zur Herstellung breiter, monochromatischer Röntgenstrahlbündel aus solchen Röntgenstrahlbündeln, die üblichen Röntgenröhren entstammen, bestehen aus zwei oder mehreren Einkristallen, an denen das Röntgenstrahlbündel mehrfach reflektiert wird (K. GODWOD, phys. stat. sol. (a) 2(i97o),235). Eine Monochromatisie-" rung ergibt sich dann, wenn die BRAGG-Reflexion nacheinander an zueinander nicht parallelen Hetzebenen erfolgt. Dabei findet gleichseitig eine Strahlverbreiterung statt, wenn die Reflexion asymmetrisch ist, d. h. wenn die reflektierenden letzebenen gegenüber den Kristalloberflächen geneigt sind. Derartige Mehrkristallmonochromatoren,' mit denen dise Bedingungen erfüllt werden können, haben

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den Nachteil-, daß die benutzten Einkristalle vom Benutzer sehr genau zueinander justiert werden müssen. Diese Justierung erfordert viel Zeit und ist nur durchzuführen, wenn die einzelnen Kristalle auf entsprechenden Goniometern angebracht sind, um die Ueigung reproduzierbar einstellen su können. Der konstruktive Aufwand ist damit hoch, und außerdem ergibt sich zusätzlich der Nachteil,· daß diese Kristalle einen größeren Abstand zueinander haben, sodaß Intensitätsverluste durch Absorption der Röntgenstrahlung in der Luft auftreten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein einfach zu handhabender Kristallinonochromator für röntgentopographische Untersuchungen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung löst die Aufgabe, den Aufwand für die Justierung eines Kristallmonochromators für röntgentopographische Untersuchungen herabzusetzen. Srfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kristallmonochromator aus einem einzigen Einkristall besteht, aus dem ein durch zwei nicht parallele ebene PIachen begrenzter Sektor herausgeschnitten ist, wobei das primäre RÖntgenstrahlbündel auf die eine der den Sektor begrenzenden Kristailoberflachen gerichtet ist, das nach einer ersten asymmetrischen BRAGG-Reflexion entstandene RÖntgenstrahlbündel auf die andere der den Sektor begrenzende Kristalloberfläche trifft und das nach einer zweiten asymmetrischen BRAGG-Reflexion entstandene verbreiterte monochromatische RÖntgenstrahlbündel den Monochromator verläßt. Die für die beiden BRAGG-Reflexionen benutzten Jletzebenen haben zueinander eine unveränderliche, exakt definierte Lage. Die Strahlverbreiterung wird durch den Winkel, den die jeweiligen, den Sektor begrenzenden Kristalloberflächen und die reflektierenden Hetzebenen

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einschließen, bestimmt und ist mit der Herstellung des Monochromators festgelegt. Pur die Justierung muß der Kristall lediglich mit Hilfe eines Goniometers zum primären Röntgenstrahlbündel ausgerichtet werden. Dadurch ist der Justieraufwand gegenüber den bekannten Mehrkristallanordnungen wesentlich geringer, und es ergeben sich außerdem kurze Strahlwege für die Röntgenstrahlung. Die Lage eines für eine vorgegebene Wellenlänge λ der Röntgenstrahlung hergestellten Monochromators ist bezüglich der Richtung des primären Röntgenstrahlbündeis und demzufolge auch bezüglich der dieses Röntgenstrahlbündel begrenzenden und die Strahlrichtung festlegenden Geometrieelemente (Blendensysteme, Kollimatoren) eindeutig bestimmt. Damit ergibt sich der besondere Vorteil, daß der Kristallmonochromator so mit diesen Geoinetrieelementen verbunden werden kann, daß die Justierung nur bei der Herstellung durchgeführt werden muß und der Benutzer überhaupt keine Justierarbeit mehr hat. Der Monochromator bedarf in diesem Falle überhaupt keines Goniometers mehr.

Der erfindungsgemäße Kristallmonochromator ist an eine gegebene Wellenlänge λ und eine geforderte Strahlverbreiterung B optimal angepaßt, wenn die Richtungen der den Sektor begrenzenden Kristalloberflächen auf die nachfolgend beschriebene Weise festgelegt sind:

Me Struktur des verwendeten Kristalls wird durch seine Gittervektoren ät, a^ und a'.-, charakterisiert, die für die BRAGG-Reflexionen benutzten Eetzebenen sind durch ihre Millerschen Indizes (h. k- I₁) und (hp kp Ip) vorgegeben. Alle Richtungsangaben beziehen sich auf ein kartesisches Koordinatensystem, in dein die Richtungen der Gittervektoren des Kristalls festgelegt sind. Aus den Millerschen Indizes bestimmen sich die Richtungen der Ketzebenennor« malen η- und n^ sowie die Eetzebenenabstände d.. und dp in der aus der Kristallographie bekannten Weise. Aus der Wellenlänge λ des zu erzeugenden Röntgenstrahlbündels

ergeben sich mittels der BRAGGschen Gleichungen die BRAGG-Winkel ^₁ und ^₂:

2 . d₁ .

2 · dp · oj-juvp

m/ und nip sind frei wählbare ganze Zahlen, die Beugungsordnungen.

Die Richtungsvektoren des Rontgenstrahlbündels vor der ersten Reflexion (S₁), nach der ersten und vor der zweiten Reflexion (st) und nach der zweiten Reflexion (st) ,^ gehen aus folgendem Gleichungssystem hervor:

1I₁ · S₁ - SmV₁ n„ . sT = + sin^.

⁵1 ^# ^2 ^{= + cos}^² ·^

5₂ . st = + cos(2 . v*

— "1

.Die geforderte Strahlverbreiterung B wird auf die Strahlverbreiterungen B₁ und B₂ bei beiden Reflexionen entsprechend der Beziehung

B ⁼ Βλ · Bp

beliebig aufgeteilt.

Danach werden die Uormalenvektoren "£*, und zt der den Sektor begrenzenden Kristalloberflächen durch folgendes Gleichungssystem bestimmt j

«. 5 —

= ο

S-j · Zq ⁼ Jj,-) · S rj · Zq

o X Sn) . Z₂ = 0

= 1

Ausführungsbeispiel

Bei dem nachfolgend "beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um einen Kristal!monochromator, der der Erzeugung eines Röntgenstrahlbündels zur Untersuchung .der Biegequalitat gekrümmter Spektroineterkristalle dient.

Der Monochromator ist für die Wellenlänge Λ = 1.54o562 1 der Kupfer-Kec.-Strahlung bei einer Strahiverbreiterung um den Paktor B = 59 ausgelegt. Er besteht aus einem Siliziumkristall, aus dem ein durch zwei ebene Flächen begrenzter Sektor herausgeschnitten ist. Der Sektorwinkel beträgt 58.555°.

In Figur 1 ist der Monochromator schematisch dargestellt, wobei in der Darstellung die äußeren Konturen des Einkristalls 1 der Form der Elementarzelle des kubischen Kristallgitters, in dem Silizium kristallisiert, angepaßt sind. Das ankommende primäre Röntgenstrahlbündel 2 trifft auf eine der den Sektor begrenzenden Kristalloberflächen 5* Der um den Faktor 7.7 verbreiterte Strahl 3 des an der üietzebene (oiT) in zweiter BeugungsOrdnung reflektierten Bündels der Wellenlänge λ trifft auf die andere den Sektor begrenzende Kristalloberfläche 6. Hier wird er an der letzebene (1o7) in zweiter BeugungsOrdnung als Bündel 4

mit insgesamt 59-facher Verbreiterung reflektiert und steht in dieser Form für röntgentopographische Untersuchungenzur Verfügung.

Unter Berücksichtigung des Wertes a = 5·43ο945 1 der Gitterkonstanten von Silizium sind die Eormalenvektoren der den Sektor begrenzenden Kristalloberflächen festgelegt:

zl = 0.0777221 e* - 0.8892256 el + ο.4568182 et ι χ j ζ

Z₀ =-0.6912751 el - ο.318179ο et. + 0.6487687 et

Der Kristallmonochromator ist richtig zum einfallenden primären Röntgenstrahlbündel justiert, wenn dieses in der Richtung

si =-0.2227611 e*"+ 0.3445897 et + o.911940.5 et

auf trifft. Das monochromatische, verbreiterte Rö'ntgenstrahlbündel hat dann die Richtung it = 0.3445897 et + p.91194o5 e* - 0.2227611 et .

Claims

Erfindungsanspruch

Kristallmonochromator für röntgentopographische Untersuchungen, gekennzeichnet dadurch, daß er aus einem einzigen Einkristall besteht, aus dem ein durch zwei nicht parallele ebene Flächen begrenzter Sektor herausgeschnitten ist, wobei das primäre Röntgenstrahlbündel auf die eine der den Sektor begrenzenden Kristalloberflächen gerichtet ist, das nach einer ersten asymmetrischen BRAGG-Reflexion entstandene Röntgenstrahl bündel auf die andere der den Sektor begrenzende Kristalloberfläche trifft und das nach einer zweiten asymmetrischen BRAGG-Reflezion entstandene.verbreiterte monochromatische Röntgenstrahlbündel den Monochromator verläßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.