EA015236B1 - Method of detecting internal structure of objects and device therefor - Google Patents

Method of detecting internal structure of objects and device therefor Download PDF

Info

Publication number
EA015236B1
EA015236B1 EA200900791A EA200900791A EA015236B1 EA 015236 B1 EA015236 B1 EA 015236B1 EA 200900791 A EA200900791 A EA 200900791A EA 200900791 A EA200900791 A EA 200900791A EA 015236 B1 EA015236 B1 EA 015236B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
single crystals
monocrystals
screen
objects
crystals
Prior art date
Application number
EA200900791A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200900791A1 (en
Inventor
Владимир Абрамович Намиот
Original Assignee
Владимир Абрамович Намиот
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Абрамович Намиот filed Critical Владимир Абрамович Намиот
Priority to EA200900791A priority Critical patent/EA015236B1/en
Publication of EA200900791A1 publication Critical patent/EA200900791A1/en
Publication of EA015236B1 publication Critical patent/EA015236B1/en

Links

Abstract

The invention relates to a method of detecting internal structure of objects and can be used both for objects with periodic structure, including for crystals formed from bioobject, such as, for example, large macromolecules, and for objects with nonperiodic structure. Wherein the time and an amount of calculations required for detecting internal structure can be substantially shortened compared to existing X-ray structural analysis. A device comprises a base, a group of monocrystals is arranged thereon, including three adjoining monocrystals, a screen in one plane with a monocrystal being in the center of said group and consisting of two thin layers weakly absorbing X-rays, between said layers a layer is arranged made of a material strongly absorbing X-rays, and a layer made of a substance emitting in an optical spectrum under the influence of electrons emitted from the absorbing layer, and also two symmetrically-spaced structures arranged relative to the screen, including reference monocrystals inside which there are cavities into which are placed objects to be tested and devices allowing to turn said monocrystals independently relative to three angles in space. Moreover, the base comprises electric motors rotating disks of variable thickness and monocrystals arranged symmetrically to the screen plane. A method is characterized in that two identical copies of object being tested are produced or grown ( in case if the object being tested is of a biological nature or is a monocrystal), and place them in cavities inside the reference monocrystals, after which, using devices rotating the reference monocrystals relative to three angles in space orient them equally. After that, rotating one of crystals exactly at 180° around the axis connecting the centers of the reference monocrystals, electric motors are energized thus driving disks of variable thickness. Then X-ray is emitted to a group of monocrystals consisting of three adjoining monocrystals and, using a video camera, transmit an image information to a computer. After that The X-ray is stopped, again orient the reference crystals equally in space but at another angles than before, and than repeat the procedure anew, starting from the moment of turn of one of monocrystals at 180° around the axis, connecting the centers of the reference monocrystals until the computer has sufficient information for detecting internal structure of the object.

Description

Изобретение относится к области определения внутренней структуры объектов. Для периодических структур, в том числе для кристаллов, образованных из биообъектов, таких, например, как большие макромолекулы, пространственное разрешение может быть доведено до атомного уровня (т.е. до уровня даже меньше, чем 0,1 нм). Для объектов, не обладающих периодической структурой, пространственное разрешение может быть получено на уровне в десятки нанометров. При этом время и количество вычислений, требуемое для определения внутренней структуры, может быть существенно сокращено по сравнению с существующими методами.The invention relates to the field of determining the internal structure of objects. For periodic structures, including crystals formed from bioobjects, such as, for example, large macromolecules, the spatial resolution can be brought to the atomic level (i.e., to a level even less than 0.1 nm). For objects that do not have a periodic structure, spatial resolution can be obtained at the level of tens of nanometers. Moreover, the time and number of calculations required to determine the internal structure can be significantly reduced compared with existing methods.

Известен метод рентгеноструктурного анализа. Он является, на сегодняшний день, одним из наиболее важных экспериментальных методов, позволяющим определять структуру кристаллических тел, в том числе образованных и из биологических объектов [1-4]. В частности, с его помощью были получены трёхмерные структуры многих белковых молекул [3-4], причём пространственные координаты атомов, входящих в эти молекулы, определялись с точностью вплоть до долей ангстрема.The known method of x-ray analysis. Today, it is one of the most important experimental methods that allows one to determine the structure of crystalline bodies, including those formed from biological objects [1-4]. In particular, with its help, three-dimensional structures of many protein molecules were obtained [3-4], and the spatial coordinates of the atoms entering into these molecules were determined with an accuracy up to fractions of an angstrom.

В основе рентгеноструктурного анализа лежит явление дифракционного рассеяния рентгеновских лучей на трехмерной кристаллической решётке. В случае, если имеет место рассеяние на монокристалле, угловое распределение рассеянного излучения представляет собой совокупность отдельных дифракционных пятен [2]. Относительно несложно определить местоположение этих пятен и интенсивность излучения в них, но вот фазы рассеянных волн измерить не удаётся (это не удаётся в силу того принципиального обстоятельства, что поглощение излучения от его фазы не зависит, а зависит только от его интенсивности). 15 тоже время, для определения пространственной структуры рассеивающего объекта, требуется знание этих фаз (или, что эквивалентно, знание комплексных амплитуд рассеянных волн).The basis of x-ray analysis is the phenomenon of diffraction scattering of x-rays on a three-dimensional crystal lattice. In the case where scattering by a single crystal takes place, the angular distribution of the scattered radiation is a collection of individual diffraction spots [2]. It is relatively easy to determine the location of these spots and the radiation intensity in them, but the phases of the scattered waves cannot be measured (this is not possible due to the fundamental circumstance that the absorption of radiation does not depend on its phase, but depends only on its intensity). 15 at the same time, to determine the spatial structure of a scattering object, knowledge of these phases (or, equivalently, knowledge of the complex amplitudes of scattered waves) is required.

Общего решения фазовой проблемы на сегодняшний день не существует. Тем не менее, существует ряд приёмов, которые позволяют восстанавливать структуру даже без определения фаз [3], [5-8]. В случае сложных структур, к каковым относятся кристаллы, образованные из больших белковых молекул, очень часто используют следующий приём. Вводят в молекулу исследуемого вещества тяжёлые атомы, после чего вновь повторяют съёмку. Полученная таким образом ещё одна дифракционная картина содержит ту дополнительную информацию, которая позволяет восстановить структуру исследуемой молекулы даже без знания фаз. Но чтобы такое было возможно, требуется, чтобы введённый атом не повредил имеющейся структуры, что, в свою очередь, является достаточно сложной задачей.There is no general solution to the phase problem today. Nevertheless, there are a number of techniques that allow you to restore the structure even without determining the phases [3], [5-8]. In the case of complex structures, which include crystals formed from large protein molecules, very often use the following technique. Heavy atoms are introduced into the molecule of the test substance, and then the survey is repeated. Thus obtained yet another diffraction pattern contains that additional information that allows you to restore the structure of the studied molecule even without knowledge of the phases. But to make this possible, it is required that the introduced atom does not damage the existing structure, which, in turn, is a rather complicated task.

Дополнительную информацию, позволяющую восстановить структуру без знания фаз, можно получить, к примеру, воспользовавшись данными, относящимися к уже изученным объектам, о которых известно, что они близки к исследуемому.Additional information that allows you to restore the structure without knowing the phases can be obtained, for example, using data related to objects already studied, which are known to be close to the objects under study.

Существуют также и так называемые прямые методы, основанные на подходе. предложенном в [5], однако по многим причинам они практически неприменимы для больших биологических объектов. Всё это является одной из очень важных причин, почему исследование каждого вещества требует работы довольно большой лаборатории в течение длительного времени, и, соответственно, стоит достаточно дорого.There are also so-called direct methods based on the approach. proposed in [5], however, for many reasons, they are practically not applicable to large biological objects. All this is one of the very important reasons why the study of each substance requires the work of a rather large laboratory for a long time, and, accordingly, is quite expensive.

Недостатком известных способов рентгеноструктурного анализа является большая сложность и длительность исследования, связанная с необходимостью компенсировать потерю фазовой информации, которая в силу принципиальных обстоятельств неизбежно имеет место при их реализации.A disadvantage of the known methods of X-ray diffraction analysis is the great complexity and duration of the study, associated with the need to compensate for the loss of phase information, which due to fundamental circumstances inevitably occurs during their implementation.

Технической задачей предлагаемой группы изобретений является создание способа измерения фаз излучения, рассеиваемого исследуемым объектом, в результате чего становится возможным существенно уменьшить время, требуемое для определения внутренней структуры объекта. Это достигается путём расщепления падающего рентгеновского луча на два симметричных луча, направленных на две идентичные копии исследуемого объекта (каждый луч - на свою, при этом одна из копий повёрнута ровно на 180° относительно другой вокруг отрезка, соединяющего центры этих копий), а рассеиваемое этими копиями излучение попадает на приёмный экран, представляющий собой топкую пластину, в которой имеется вещество, способное регистрировать рентгеновское излучение, причем плоскость экрана перпендикулярна отрезку линии, соединяющему центры копий, и делит этот отрезок пополам, так что рассеянное излучение попадает на экран с двух сторон (излучение от каждой из копий попадает на свою сторону экрана и проходит его насквозь); при модуляции во времени фаз излучения в падающих симметричных лучах, число квантов, регистрируемых на экране, в разных его точках, также начинает зависеть от времени, и по этой зависимости уже можно определить фазы рассеянного излучения.The technical task of the proposed group of inventions is to create a method for measuring the phases of the radiation scattered by the studied object, as a result of which it becomes possible to significantly reduce the time required to determine the internal structure of the object. This is achieved by splitting the incident x-ray into two symmetrical rays aimed at two identical copies of the object under study (each ray is on its own, while one of the copies is rotated exactly 180 ° relative to the other around the segment connecting the centers of these copies), and scattered by these In copies, the radiation enters the receiving screen, which is a dull plate in which there is a substance capable of detecting x-ray radiation, and the plane of the screen is perpendicular to the segment of the line connecting the prices ry of copies, and divides this segment in half, so that the scattered light falls on the screen with two sides (the radiation from each of the copies of the falls on their side of the screen and passes through him); when the phases of radiation in incident symmetrical rays are modulated in time, the number of quanta recorded on the screen at different points of it also starts to depend on time, and from this dependence it is already possible to determine the phases of the scattered radiation.

Технический результат достигается за счёт того, что способ определения внутренней структуры объектов на основе автоголографического рентгеноструктурного анализа предусматривает изготовление (или выращивание, в случае, когда исследуемый объект имеет биологическую природу или является монокристаллом) двух идентичных копий исследуемого объекта, размещение их в полостях, изготовленных в реперных монокристаллах с известной структурой, размещение самих этих реперных монокристаллов симметрично плоскости экрана, поворот одного из реперных монокристаллов вместе с помещённым в него исследуемым объектом на угол 180° вокруг оси, соединяющей центры этих монокристаллов; после чего включают рентгеновский луч и, например, с помощью вращающихся дисков переменной толщины осуществляют модуляцию фаз излучения в симметричных рентгеновских лучах, направленных на реперThe technical result is achieved due to the fact that the method of determining the internal structure of objects based on auto-holographic X-ray diffraction analysis involves the manufacture (or growing, in the case when the object under study is biological in nature or is a single crystal) of two identical copies of the object under study, placing them in cavities made in reference single crystals with a known structure, the placement of these reference single crystals themselves symmetrically to the screen plane, the rotation of one of the reference single crystals together with the investigated object placed in it at an angle of 180 ° around the axis connecting the centers of these single crystals; then turn on the x-ray and, for example, using rotating disks of variable thickness, modulate the radiation phases in symmetrical x-rays aimed at the reference

- 1 015236 ные монокристаллы; затем с помощью видеокамеры, соединённой с компьютером, снимают изображения, образующиеся на экране в разные моменты времени под действием рентгеновского излучения, и по этим изображениям вычисляют фазы излучения, рассеиваемого как реперными монокристаллами (поскольку для реперных монокристаллов фазы априори известны, то сравнение экспериментально измеренных и известных величин позволяет осуществлять дополнительную тонкую настройку устройства). так и исследуемыми объектами.- 1 015236 single crystals; then, using a video camera connected to a computer, the images formed on the screen at different times under the action of x-ray radiation are taken, and the phases of the radiation scattered as reference single crystals are calculated from these images (since the phases are a priori known for reference single crystals, then the comparison of experimentally measured and known values allows for additional fine-tuning of the device). as well as investigated objects.

Изобретение в части устройства поясняется графическим материалом, представленным на фиг. 1. Устройство состоит из основания 1, на котором расположены: группа из трёх прилегающих друг к другу монокристаллов, в которую входят монокристаллы 3 и 5, а также расположенный между ними монокристалл 4, лежащий в плоскости экрана, который состоит из слоев 17, слабо поглощающих рентгеновское излучение, между которыми напылён слой 18 из сильно поглощающего материала, контактирующий со слоем, излучающим в оптическом диапазоне под действием электронов, эмитированных из слоя, сильно поглощающего рентгеновское излучение; монокристаллы 9 и 9', расположенные симметрично относительно экрана; электромоторы 6 и 6', вращающие диски с переменной толщиной 7 и 7'; конструкции (также симметрично расположенные относительно экрана), состоящие из реперных монокристаллов 14 и 14', внутри которых имеются полости, в которые помещаются исследуемые объекты 15 и 15', а кроме того, устройств, позволяющих независимо поворачивать монокристаллы 14 и 14' относительно трёх углов в пространстве, в состав которых входят регулируемые гониометры 11 и 11', поворотные устройства 12 и 12', поворачивающие монокристаллы вокруг осей, соединяющих их с гониометрами, и поворотные устройства 13 и 13', поворачивающие гониометры вместе с монокристаллами вокруг оси 00', соединяющей центры реперных монокристаллов; видеокамера 19, соединённая с компьютером, которая осуществляет видеосъёмку изображения, появляющегося на экране.The invention in terms of the device is illustrated by the graphic material shown in FIG. 1. The device consists of a base 1, on which are located: a group of three single crystals adjacent to each other, which includes single crystals 3 and 5, as well as a single crystal 4 located between them, lying in the plane of the screen, which consists of layers 17 that are weakly absorbing X-ray radiation, between which a layer 18 of highly absorbing material is sprayed, in contact with a layer emitting in the optical range under the influence of electrons emitted from a layer that strongly absorbs X-ray radiation; single crystals 9 and 9 'located symmetrically relative to the screen; electric motors 6 and 6 ', rotating disks with a variable thickness of 7 and 7'; structures (also symmetrically located relative to the screen), consisting of reference single crystals 14 and 14 ', inside of which there are cavities into which the objects under study 15 and 15' are placed, and in addition, devices that allow independent rotation of single crystals 14 and 14 'relative to three angles in space, which includes adjustable goniometers 11 and 11 ', rotary devices 12 and 12', which rotate single crystals around the axes connecting them with goniometers, and rotary devices 13 and 13 ', which rotate goniometers together with monoki istallami about the axis 00 'connecting the centers of reference monocrystals; a video camera 19 connected to a computer that videotapes the image that appears on the screen.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Имеется источник рентгеновского излучения. Из него формируется луч 2, который проходит сквозь монокристаллы 3 и 4 и попадает на монокристалл 5, который отражает его в направлении, противоположном направлению падения. При прохождении сквозь монокристалл 4 падающий луч частично рассеивается и образует луч 8 (причём другие возможные рассеянные лучи нас в данном случае не интересуют). В свою очередь луч, отражённый от 5, также проходя сквозь 4, образует рассеянный луч 8'. Мы подбираем монокристалл 3 таким образом, чтобы лучи 8 и 8' были бы симметричны относительно плоскости экрана. (Для этого, фактически, требуется только одно: чтобы монокристалл 4 был бы симметричен относительно поворота, на 180° вокруг оси, совпадающей по направлению с направлением луча 2 ). Луч 8 проходит сквозь монокристалл 5, а луч 8' -сквозь монокристалл 3. Подбирая монокристалл 3 (в частности, подбирая его толщину), мы можем добиться того, чтобы фазы лучей 8 и 8' были бы одинаковыми.There is an x-ray source. A beam 2 is formed from it, which passes through the single crystals 3 and 4 and enters the single crystal 5, which reflects it in the direction opposite to the direction of incidence. When passing through a single crystal 4, the incident beam is partially scattered and forms beam 8 (moreover, we are not interested in other possible scattered rays in this case). In turn, the beam reflected from 5, also passing through 4, forms a scattered beam 8 '. We select a single crystal 3 so that the rays 8 and 8 'are symmetrical about the plane of the screen. (For this, in fact, only one thing is required: for single crystal 4 to be symmetric about rotation, 180 ° around an axis that coincides in direction with the direction of beam 2). Beam 8 passes through single crystal 5, and beam 8 'passes through single crystal 3. Selecting single crystal 3 (in particular, choosing its thickness), we can ensure that the phases of rays 8 and 8' are the same.

Возникает вопрос, зачем нужна такая, относительно сложная схема, чтобы сформировать симметричные лучи 8 и 8'. Дело в том, что излучение попадает на экран по двум путям (см. фиг. 1) и нужно, чтобы эти пути совпадали бы с высокой точностью. Для этого, в частности, требуется, чтобы 1т - толщина монокристалла 4, была бы достаточно малой, меньшей, чем с(бш)1, где с- скорость света, а δω- ширина линии излучения. В тоже время ширина луча 2 может оказаться существенно большей, чем 1т. И в этом случае предлагаемая здесь схема позволяет работать с такими широкими лучами, не требуя какой-либо их добавочной коллимации.The question arises why such a relatively complex scheme is needed in order to form symmetrical rays 8 and 8 '. The fact is that the radiation enters the screen in two ways (see Fig. 1) and it is necessary that these paths coincide with high accuracy. For this, in particular, it is required that 1 t , the thickness of the single crystal 4, be sufficiently small, less than c (bsh) 1 , where c is the speed of light and δω is the width of the radiation line. At the same time, the width of beam 2 can turn out to be significantly larger than 1 t . And in this case, the scheme proposed here allows you to work with such wide beams without requiring any additional collimation.

В дальнейшем, симметричные лучи 8 и 8' проходят через вращающиеся диски переменной толщины 7 и 7'. При этом в те моменты времени, когда луч 8 перекрывается более толстым участком диска 7 , луч 8' перекрывается более тонким участком диска 7', и наоборот. В результате, фазы лучей 8 и 8' периодически меняются во времени и при этом сдвинуты друг относительно друга на полпериода. Далее эти лучи попадают на монокристаллы 9 и 9', которые переводят их в лучи 10 и 10', распространяющиеся в направлении реперных монокристаллов 14 и 14'. При этом такая оптическая система дополнительно выполняет и функции монохроматора, поскольку излучение различных длин волн будет распространяться в различных направлениях, и на монокристаллы 14 и 14' попадёт только излучение определённой длины волны.Subsequently, the symmetrical rays 8 and 8 'pass through the rotating disks of variable thickness 7 and 7'. Moreover, at those times when the beam 8 is blocked by a thicker section of the disk 7, the beam 8 'is blocked by a thinner section of the disk 7', and vice versa. As a result, the phases of the rays 8 and 8 'periodically change in time and are shifted relative to each other by half a period. Further, these rays fall on single crystals 9 and 9 ', which translate them into rays 10 and 10', propagating in the direction of the reference single crystals 14 and 14 '. Moreover, such an optical system also performs the functions of a monochromator, since radiation of different wavelengths will propagate in different directions, and only radiation of a certain wavelength will get on single crystals 14 and 14 '.

Внутри реперных монокристаллов имеются полости, в которых располагаются исследуемые монокристаллы 15 и 15'. Излучение, рассеянное на этих монокристаллах (как на реперных, так и на исследуемых) образует систему лучей 16 и 16', которые попадают на экран, который включает в себя слои 17, слабо поглощающие излучение, между которыми напылён тонкий слой 18 из сильно поглощающего материала. Электроны, эмитируемые из этого слоя при поглощении в нём рентгеновского излучения, отдают свою энергию на генерацию оптических квантов, которые, в дальнейшем, уже легко могут быть зарегистрированы (в данном случае, с помощью видеокамеры 19, соединённой с компьютером).Inside the reference single crystals there are cavities in which the studied single crystals 15 and 15 'are located. The radiation scattered on these single crystals (both on the reference and on the studied) forms a system of rays 16 and 16 ', which fall on the screen, which includes layers 17, weakly absorbing radiation, between which a thin layer 18 of highly absorbing material is sprayed . The electrons emitted from this layer during the absorption of x-rays in it, give their energy to generate optical quanta, which, later on, can easily be detected (in this case, using a video camera 19 connected to a computer).

Монокристаллы 14 и 14' можно поворачивать в пространстве относительно трёх углов с помощью поворотной системы, включающей в себя устройства 11 и 11', 12 и 12', а также 13 и 13'. Прежде, чем приступить к измерениям, поначалу осуществляется грубая ориентация монокристаллов. Она начинается с того, что оба монокристалла ориентируются в пространстве одинаковым образом (это означает, что при параллельном переносе монокристаллы могут быть совмещены один с другим). После этого один из моThe single crystals 14 and 14 'can be rotated in space relative to three angles using a rotary system including devices 11 and 11', 12 and 12 ', as well as 13 and 13'. Before starting the measurements, a rough orientation of the single crystals is first carried out. It begins with the fact that both single crystals are oriented in space in the same way (this means that with parallel transfer the single crystals can be combined with one another). After that, one of my

- 2 015236 нокристаллов (например, 14') переворачивается ровно па 180° с помощью поворотного устройства 13'. Затем включают источник рентгеновского излучения и регистратор оптического излучения экрана. После этого уже можно приступить к тонкой настройке. Для этого выделяют дифракционные пятна, создаваемые реперными монокристаллами. Затем производится подстройка углов ориентации монокристаллов таким образом, чтобы местоположение дифракционных пятен от 14 и 14' совпадали бы друг с другом. После этого с помощью электромоторов 6 и 6' включают вращение дисков 7 и 7' и измеряют яркость этих дифракционных пятен как функцию времени. По этой функции, методом синхронного детектирования определяют соответствующие фазы излучения и сравнивают их с априорно известными. Затем производится уже более тонкая подстройка углов ориентации 14 и 14' с тем, чтобы экспериментально измеренные и априорно известные фазы совпали бы между собой. После чего уже можно, аналогично тому, как это делалось для фаз излучения от реперных монокристаллов 14 и 14', определить также и фазы излучения для исследуемых монокристаллов 15 и 15'. Далее уже можно изменить ориентацию монокристаллов 14 и 14' с чем, чтобы получить на экране новую дифракционную картину, после чего повторить всю вышеописанную процедуру. И так повторять до тех пор, пока не будут определены фазы излучения для всех векторов обратной решётки, определяющих структуру исследуемых монокристаллов.- 2 015236 nocrystals (for example, 14 ') is turned exactly 180 ° using the rotary device 13'. Then, an X-ray source and a screen optical radiation recorder are turned on. After that, you can already begin fine-tuning. For this, diffraction spots created by reference single crystals are distinguished. Then, the orientation angles of the single crystals are adjusted so that the location of the diffraction spots from 14 and 14 'coincide with each other. After that, using the electric motors 6 and 6 ', the rotation of the disks 7 and 7' is turned on and the brightness of these diffraction spots is measured as a function of time. According to this function, the corresponding radiation phases are determined by the method of synchronous detection and compared with a priori known ones. Then, a finer adjustment of the orientation angles 14 and 14 'is made so that the experimentally measured and a priori known phases coincide. After which it is already possible, similarly to how this was done for the phases of radiation from the reference single crystals 14 and 14 ', to determine also the phases of radiation for the studied single crystals 15 and 15'. Further, it is already possible to change the orientation of the single crystals 14 and 14 'with which to obtain a new diffraction pattern on the screen, and then repeat the entire procedure described above. And so on until the radiation phases are determined for all reciprocal lattice vectors that determine the structure of the single crystals under study.

Поскольку и способ, и устройство, обсуждаемые здесь, основаны на использовании определённых физических процессов, мы полагаем уместным дополнительно изложить здесь как сущность этих процессов, так и то, каким образом они позволяют осуществить поставленную в заявке цель. Прежде всего, имеет смысл напомнить некоторые соотношения, относящиеся к основам рентгеноструктурного анализа [2].Since both the method and the device discussed here are based on the use of certain physical processes, we consider it appropriate to further outline here both the essence of these processes and the way in which they make it possible to achieve the goal set in the application. First of all, it makes sense to recall some relationships related to the basics of x-ray analysis [2].

Амплитуда электромагнитной волны Л(к'.5). прошедшей, после рассеяния на исследуемом объекте, путь 8 и распространяющейся в направлении, задаваемом волновым вектором к', пропорциональна р(г)схр{-/(к'~ к)гр/Г (Г) где к- волновой вектор падающей волны ( причём |к| = |к|' =к ), п(г)- электронная плотность в точке, задаваемой вектором г, интегрирование осуществляется по всему объёму объекта. Как следует из (1), амплитуда А(к',8) представляет собой комплексный вектор, который может быть записан в виде А|< (к',8)ехр(1фк; +1к8), где АК (к',8) уже чисто действительный вектор, а величина <рк как раз и определяет ту фазу, которая требуется нам для определения п(г). В тоже время интенсивность излучения 1(к'), регистрируемого на экране в той его области, на которую попадает рассеянная в направлении вектора к' волна, может быть представлена в виде:The amplitude of the electromagnetic wave A (k'.5). the path 8 that has passed after scattering by the object under study and propagates in the direction given by the wave vector k 'is proportional to p (r) cp {- / (k' ~ k) g / G (T) where k is the wave vector of the incident wave ( moreover, | k | = | k | '= k), n (r) is the electron density at the point specified by the vector r, integration is carried out over the entire volume of the object. As follows from (1), the amplitude A (k ', 8) is a complex vector that can be written in the form A | <(k', 8) exp (1p k ; + 1k8), where A K (k ' , 8) it is already a purely real vector, and the quantity <p k just determines the phase that we need to determine n (r). At the same time, the intensity of the radiation 1 (k ') recorded on the screen in that region of it onto which the wave scattered in the direction of the vector k' falls can be represented as:

/(к')-А(к'.л|)(А(к',у))* =|А(к',у)р -|Л|; (Η'.,ν,ψ (2) (здесь звёздочка означает комплексное сопряжение, а 81, - расстояние от объекта до точки регистрации на экране). Как следует из (2), 1(к') от (<рк не зависит. В тоже время, чтобы определить п(г), что можно сделать с помощью обратного Фурье-преобразования, недостаточно знать одно только |АК (к',83)|2. Для этого нужно знать комплексную амплитуду рассеянной волны Ак (к',8)ехр(1<рк +1к8)./ (k ') - A (k', l | ) (A (k ', y)) * = | A (k', y) p - | A |; (Η '., Ν, ψ (2) (here, the asterisk means complex conjugation, and 81, the distance from the object to the registration point on the screen). As follows from (2), 1 (k') from (<p to not At the same time, to determine n (r), which can be done using the inverse Fourier transform, it is not enough to know only | A K (k ', 8 3 ) | 2. To do this, one needs to know the complex amplitude of the scattered wave A k (k ', 8) exp (1 <p k + 1k8).

Пусть объект является монокристаллом. Электронная плотность п(г) в монокристалле может быть представлена в виде:Let the object be a single crystal. The electron density n (g) in a single crystal can be represented as:

О) ¢:O) ¢:

здесь суммирование осуществляется по всем векторам обратной решётки кристалла С , а величины по представляют собой соответствующие Фурье-компоненты электронной плотности. Условие, определяющее направления волновых векторов к', имеет вид: к'-к = С (причём каждому из векторов С соответствует свой вектор к'). Из очевидного условия, что п(г) является действительной величиной и, следовательно, п(г)^п*(г) можно получить соотношения: по=п*С и |по| = |по|.here, the summation is over all vectors of the reciprocal lattice of the crystal C, and the quantities with respect to the corresponding Fourier components of the electron density. The condition defining the directions of the wave vectors k 'has the form: k'-k = C (moreover, each of the vectors C has its own vector k'). From the obvious condition that n (r) is a real quantity and, therefore, n (r) <n * (r), we can obtain the relations: by = n * C and | by | = | by |.

-'Л; И |(;ЕМ <4) -'L; And | ( ; EM < 4)

Чтобы облегчить понимание идеи предлагаемого метода, предварительно имеет смысл рассмотреть вспомогательную задачу, представляющую определённый методический интерес, но которую нельзя непосредственно реализовать на практике. Предположим, что в нашем распоряжении имеются два монокристалла, в первом из них электронная плотность описывается формулой (3), а во втором электронная плотность п'(г) может быть представлена в виде:To facilitate understanding of the idea of the proposed method, it makes preliminary sense to consider an auxiliary problem that is of a certain methodological interest, but which cannot be directly implemented in practice. Suppose that we have two single crystals at our disposal, in the first of them the electron density is described by formula (3), and in the second, the electron density n '(g) can be represented as:

«' (г) у п(. ехр(- /Сг) (5) с'' (R) y n ( . Exp (- / Cr) (5) s

Сравнивая (3) и (5), мы видим, что второй монокристалл может быть получен из первого с помощью операции инверсии (т.е. его можно назвать инвертированным монокристаллом). Отметим, что угловое распределение рассеянного излучения обоих монокристаллов полностью совпадает: каждому дифракционному пятну первого монокристалла соответствует в точности такое же пятно и у второго.Comparing (3) and (5), we see that the second single crystal can be obtained from the first using the inversion operation (i.e., it can be called an inverted single crystal). We note that the angular distribution of the scattered radiation of both single crystals completely coincides: each diffraction spot of the first single crystal corresponds to exactly the same spot of the second one.

Предположим, что оба монокристалла расположены один за другим в направлении распространения падающей волны. Подобная ситуация изображена на фиг. 2. Здесь 20 и 21 соответственно, обычный и инвертированный монокристаллы, толщина их равна а, а расстояние между ними равно 11 (причём Н~а);Suppose that both single crystals are located one after the other in the direction of propagation of the incident wave. A similar situation is depicted in FIG. 2. Here, 20 and 21, respectively, are ordinary and inverted single crystals, their thickness is a, and the distance between them is 11 (with H ~ a);

- 3 015236 падающее излучение распространяется вдоль оси РА по направлению к регистрирующему экрану ММ', расположенному па расстоянии Ь от монокристаллов; рассеянное монокристаллами излучение, распространяющееся под углом φ к оси Ар. регистрируется на экране в точке В (чтобы не усложнять рисунок, на нём представлено только одно дифракционное пятно).- 3 015236 incident radiation propagates along the axis of the RA towards the recording screen MM ', located at a distance b from the single crystals; radiation scattered by single crystals propagating at an angle φ to the axis Ap. it is registered on the screen at point B (in order not to complicate the picture, it shows only one diffraction spot).

При выборе величины Ь, нужно удовлетворить условию: Ь>>ка2. При этом дифракционные пятна на экране от обоих монокристаллов заведомо, с хорошей точностью, накладываются друг на друга. Интенсивность излучения, регистрируемая в таком суммарном дифракционном пятне, может быть записана как:When choosing the quantity b, it is necessary to satisfy the condition: b >> ka 2 . In this case, the diffraction spots on the screen from both single crystals are obviously superimposed on each other with good accuracy. The radiation intensity recorded in such a total diffraction spot can be written as:

/(к’)~|л(к',Л|) + (Л(к'.л·,')) е;(Л + «)}| 2|Л(к'.л·,)| (ΐ +сомр^, + 2/сЛл,(6) здесь Αδι = (81-81'-а-1), где 8В и 81' - соответственно расстояния от монокристаллов 20 и 21 до точки В. Формула (6) в отличие от (2) уже содержит в себе член, зависящий от фазы φΒ. По чтобы выделить этот член, недостаточно просто измерить 1(к'). В (6) входят две неизвестные величины, |А(к',81)|2 и (φΒ и для того, чтобы их определить, требуется дополнительная информация. Чтобы её получить, можно, например, воспользоваться следующим приёмом. Предположим, что мы приводим один из монокристаллов (например, 21) в движение. Заставляем его периодически перемещаться взад и вперёд, в результате чего 11 становится функцией времени 1. Именно 11 переходит в 11(1) = 11 + 51(1) где 51(1) - периодическая функция, среднее от которой по времени равно нулю. Если при этом 51(1) удовлетворяет условию 2к5й(1)<< 1, то мы можем записать:/ (k ') ~ | ((k', | |) + (((k'.л ·, ')) e; (+ +))} | 2 | A (k'.l ·) | (ΐ + somr ^, + 2 / sL, (6) here Αδι = (8 1 -8 1 '-а-1), where 8 В and 81' are the distances from single crystals 20 and 21 to point B. Formula ( 6) in contrast to (2) already contains a term depending on the phase φ Β on to highlight this term is not enough simply to measure 1 (k ') B (6) includes two unknowns, |. A ('., 8 1 ) | 2 and (φ Β and in order to determine them, additional information is required. To obtain it, you can, for example, use the following trick. Suppose that we set one of the single crystals (for example, 21) in motion. its periodically move back and forth, as a result of which 11 becomes a function of time 1. It is 11 that goes into 11 (1) = 11 + 51 (1) where 51 (1) is a periodic function, the average of which is zero in time. If 51 (1) satisfies the condition 2k5y (1) << 1, then we can write:

+ ЗМл, (/)| ® со.^2^. + 2АЛл,} + 2А7>Л(/)(I -«»(ψ?)}.·5ίη{2¾. + 2кЛх,} (7) где Α81(ΐ) =81 -81'(1)-а -11(1). Подставив (7) в (6), мы видим, что интенсивность 1(к') также становится функцией времени и может быть, с хорошей точностью, представлена в виде I (к') + к5й(1)1(к'). Усреднив интенсивность по времени, мы можем определить I (к'), а воспользовавшись методом синхронного детектирования, мы можем выделить и 1(к'). После этого мы уже можем определить и |А(к',81)|2, и <рк.+ ZML, (/) | ® co. ^ 2 ^. 2ALl +} + 2A7> A (/) (I -?. . «» (Ψ)} · 5ίη {2¾ + 2kLh} (7) where Α8 1 (ΐ) = August 1 -8 1 '(1) -a -11 (1). Substituting (7) into (6), we see that the intensity 1 (k ') also becomes a function of time and can be, with good accuracy, represented as I (k') + k5y ( 1) 1 (k '). By averaging the intensity over time, we can determine I (k'), and using the synchronous detection method, we can select 1 (k '). After that, we can also determine | A (k') , 8 1 ) | 2 , and <p to .

Перейдём теперь от вспомогательной задачи к тому, что мы имеем в реальности. Мы не можем ни вырастить инвертированный монокристалл, ни каким-либо способом преобразовать в него обычный. Действительно, единственное, что мы можем сделать с обычным монокристаллом - это перемещать и поворачивать его в пространстве, но операция инверсии в принципе не может быть сведена к таким действиям. Поэтому, казалось бы, что какого-либо отношения к практике рассмотренный выше способ определения фаз иметь не может.We now turn from the auxiliary task to what we have in reality. We can neither grow an inverted single crystal, nor in any way convert an ordinary one into it. Indeed, the only thing we can do with an ordinary single crystal is to move and rotate it in space, but the inversion operation, in principle, cannot be reduced to such actions. Therefore, it would seem that the above-described method for determining the phases cannot have any relation to practice.

И всё же в принципе возможна ситуация, в которой два одинаковых объекта, определённым образом размещённые в пространстве, проявляют себя в светорассеянии так, как будто бы они взаимно инвертированы. Подобную ситуацию можно проиллюстрировать с помощью фиг. 3.And yet, in principle, a situation is possible in which two identical objects, placed in a certain way in space, manifest themselves in light scattering as if they are mutually inverted. A similar situation can be illustrated using FIG. 3.

Здесь: ММ'- экран, представляющий собой плоскость, перпендикулярную плоскости рисунка; 22 и 22' - два одинаковых монокристалла, их центры расположены симметрично по обе стороны от экрана ММ', они одинаково ориентированы в пространстве за одним только исключением: монокристалл 22' повёрнут ровно на 180° вокруг оси РР' относительно монокристалла 22; падающее излучение, распространяющееся вдоль оси РР' попадает на монокристалл 23, параметры которого подобраны таким образом, чтобы большая часть рассеянного на нём излучения оказалась бы в двух лучах 24 и 24', симметричных относительно экрана ММ' и направленных соответственно на монокристаллы 22 и 22'; рассеянное на этих монокристаллах излучение образует симметричные лучи 25 и 25' (как и ранее, чтобы не усложнять рисунок, рассматривается только одно дифракционное пятно); эти лучи попадают на экран в одну и ту же точку В и регистрируются в ней ( экран достаточно тонок, большая часть излучения проходит сквозь него насквозь, и поэтому для регистрации излучения безразлично, с какой стороны оно на него попадает). Здесь, также как и в рассмотренной ранее вспомогательной задаче, каждому дифракционному пятну от первого монокристалла соответствует в точности такое же пятно и в том же месте экрана от второго. Докажем это утверждение. Запишем волновые вектора лучей 24 и 24' в виде кх1 + ку + к.к и -к,) + ку + к.к соответственно (здесь 1, _), к - единичные вектора, направленные по оси х, по оси у , и по оси ζ, перпендикулярной плоскости рисунка). После рассеяния на монокристалле 22 образуется луч 25, волновой вектор которого имеет вид кх1 + ку + к.к + О где О = Οχί + Оу_) + ОТ - соответствующий вектор обратной решётки. Рассмотрим теперь монокристалл 22'. После поворочана 180° вокруг оси РР' вектор обратной решётки -О переходит в вектор -Ох1 +Оу _) + ОТ . Соответственно, волновой вектор луча 25' имеет вид -(кх + Ох)1 + (куу)_) + (к. +Сук. Таким образом, луч 25' полностью симметричен лучу 25 и, следовательно, они должны пересечься с экраном ММ' в одной точке.Here: MM'- screen, which is a plane perpendicular to the plane of the picture; 22 and 22 'are two identical single crystals, their centers are located symmetrically on both sides of the screen MM', they are equally oriented in space with one exception: the single crystal 22 'is rotated exactly 180 ° around the axis PP' relative to the single crystal 22; incident radiation propagating along the axis of the PP 'falls on the single crystal 23, the parameters of which are selected so that most of the radiation scattered on it would be in two rays 24 and 24', symmetrical with respect to the screen MM 'and directed respectively to the single crystals 22 and 22'; the radiation scattered on these single crystals forms symmetrical rays 25 and 25 '(as before, in order not to complicate the pattern, only one diffraction spot is considered); these rays reach the screen at the same point B and are recorded in it (the screen is thin enough, most of the radiation passes through it through it, and therefore it does not matter which side it hits it to register radiation). Here, as well as in the auxiliary problem considered earlier, each diffraction spot from the first single crystal corresponds to exactly the same spot and in the same place on the screen from the second. Let us prove this statement. We write the wave vectors of rays 24 and 24 'in the form of a 1 x + ky and kk + -k) + ky + kk, respectively (here 1, _), to - a unit vector directed along the axis x, axis y, and along the ζ axis, perpendicular to the plane of the figure). After scattering on a single crystal 22, a beam 25 is formed, the wave vector of which has the form k x 1 + ku + k.k + O where O = Ο χ ί + O y _) + OT is the corresponding reciprocal lattice vector. We now consider a single crystal 22 '. After turning 180 ° around the axis PP 'the reciprocal lattice vector -O goes into the vector -O x 1 + O y _) + OT. Accordingly, the wave vector of the beam 25 'has the form - (k x + D x) 1 + (k y + D y) _) + (k + Suk Thus, the beam 25..' Is completely symmetrical beam 25, and hence they must intersect with the MM 'screen at one point.

Интенсивность излучения, регистрируемая в суммарном дифракционном пятне,1В может быть, в данном случае, записана как:The radiation intensity recorded in the total diffraction spot, 1 V can be, in this case, written as:

где 8- путь, проходимый от монокристаллов 1 и 1' до точки В.where 8 is the path traveled from single crystals 1 and 1 'to point B.

Также как и в (6) в выражение (8) входят две неизвестные величины: |А(к',8)|2 и φΒ.As in (6), expression (8) includes two unknown quantities: | A (k ', 8) | 2 and φ Β .

В принципе, чтобы определить |А(к',8)|2, здесь можно действовать даже проще, чем во вспомогаIn principle, to determine | A (k ', 8) | 2 , here you can act even easier than in help

- 4 015236 тельной задаче, рассмотренной ранее. Можно просто по очереди перекрывать лучи от каждого монокристалла, и, соответственно, интерференционного члена уже не будет. Но можно также и воспользоваться приёмом, аналогичным тому, который уже обсуждался ранее во вспомогательной задаче. Можно периодически вводить в какой-либо из лучей, например, в луч 24', а затем выводить из него пластинку толщиной 1р с диэлектрической проницаемостью ε. Вследствие этого, между лучами 24 и 24' возникнет периодически меняющаяся во времени разность фаз δφ(ΐ) (причём в максимуме, при введённой пластинке, δφ(1)=1<(ε-1)Ιρ: мы можем выбрать 1р таким, чтобы это выражение было бы существенно меньше единицы). Наличие этой разности фаз приведёт к тому, что вместо С05(2<рк) в формуле (8) появится выражение вида С08(2рк') + δφ(ΐ)δίη(2φ0. Таким образом, ΙΒ становится периодической функцией времени: ΙΒ (1) = ΪΒδφ(ΐ)ϊΒ. Теперь уже. действуя аналогично тому, как это предлагалось выше (т.е. усредняя ΙΒ по времени и используя, для выделения 1В метод синхронного детектирования), мы можем определить и |А(к',§)|2, и Рк'.- 4 015236 previous task. You can simply take turns to block the rays from each single crystal, and, accordingly, there will be no interference term. But you can also take advantage of a technique similar to that already discussed earlier in the auxiliary problem. You can periodically enter into any of the rays, for example, into the beam 24 ', and then remove from it a plate 1 p thick with a dielectric constant ε. As a result of this, between the rays 24 and 24 'a phase difference δφ (периодически) periodically changing in time will occur (moreover, at the maximum, when the plate is inserted, δφ (1) = 1 <(ε-1) Ι ρ : we can choose 1 p as so that this expression would be significantly less than unity). The presence of this phase difference will lead to the fact that instead of С05 (2 <р к ) in the formula (8) an expression of the form С08 (2р к ') + δφ (ΐ) δίη (2φ0) will appear. Thus, Ι Β becomes a periodic function of time: Ι Β (1) = ΪΒδφ (ΐ) ϊ Β . Now, acting in the same way as suggested above (i.e., averaging Ι Β over time and using the synchronous detection method to isolate 1 V ), we can determine | A (k ', §) | 2 , and Pk'.

Обсудим теперь возможность применить рассматриваемый здесь подход к некристаллическим объектам. Прежде всего, отметим, что разница между периодическими и непериодическими структурами формально состоит только в том, что в случае непериодических структур п(г) будет записываться не в виде суммы (3), а в виде интегралаWe now discuss the possibility of applying the approach considered here to noncrystalline objects. First of all, we note that the difference between periodic and non-periodic structures formally consists only in the fact that in the case of non-periodic structures n (r) will be written not in the form of the sum (3), but in the form of an integral

Ρ?(.€χρ(/(;τ)<Λί (9)Ρ? ( . € χρ (/ (; τ) <Λί (9)

Отметим также, что мы нигде не использовали ни явный вид формулы (3), ни то, что она представляет собой сумму экспонент. Единственное, для чего она была нам нужна - это для доказательства выполнения условий (4). Но и в случае, когда п(г) определяется выражением (9), условия (4) также выполняются. Поэтому предлагаемый здесь способ определения фаз может быть применён не только к кристаллам, но и к объектам, не обладающим периодической структурой. Нужно только иметь как минимум два практически идентичных объекта. И именно такая ситуация достаточно часто имеет место для биологических объектов в случае, когда их можно размножать.We also note that we have never used either the explicit form of formula (3) or the fact that it is a sum of exponentials. The only reason we needed it was to prove the fulfillment of conditions (4). But even in the case when n (r) is determined by expression (9), conditions (4) are also satisfied. Therefore, the method for determining the phases proposed here can be applied not only to crystals, but also to objects that do not have a periodic structure. It is only necessary to have at least two almost identical objects. And just such a situation often occurs for biological objects in the case when they can be propagated.

Рассматриваемый здесь способ съёмки, использующий для определения фаз рассеянного излучения два идентичных объекта, имеет много общего с обычной голографией. Вполне уместно назвать его автоголографией. Смысл такого названия становится понятным непосредственно из определения автоголографии. Именно автоголография - это такая голографическая съёмка, в которой в качестве опорного пучка используется излучение, рассеивающееся на объекте, полностью идентичном исследуемому, но определённым образом смещённому и повёрнутому в пространстве относительно пего. То есть, в отличие от обычной голографии, в автоголографии опорный пучок тоже несёт в себе информацию об исследуемом объекте (точнее, об идентичной копии этого объекта), и можно сказать, что излучение от исследуемого объекта как бы интерферирует само с собой.The survey method considered here, which uses two identical objects to determine the phases of the scattered radiation, has much in common with ordinary holography. It is quite appropriate to call it auto-holography. The meaning of such a name becomes clear directly from the definition of auto-holography. It is auto-holography - this is such a holographic survey in which radiation is used as a reference beam, which is scattered on an object that is completely identical to the object under study, but which is offset in some way and rotated in space relative to it. That is, unlike ordinary holography, in auto holography the reference beam also carries information about the object under study (more precisely, about an identical copy of this object), and we can say that the radiation from the object under study interferes with itself.

Можно указать на ряд особенностей, присущих автоголографии. Например, для неё, в принципе, не требуется особо хорошей когерентности излучения. Дело в том, что опорный пучок в этом случае позволяет в какой-то мере скомпенсировать недостаточную когерентность используемого излучения. В частности, для автоголографии вполне подходит то рентгеновское излучение, которое используется в рентгеноструктурном анализе. Имеется и другая особенность, которая может, в ряде случаев, упростить процесс съёмки для некристаллических объектов, не обладающих периодической структурой. Именно, в этих случаях не нужно будет модулировать фазу падающего излучения и в дальнейшем выделять сигнал методом синхронного детектирования. Чтобы разобраться, когда такое становится возможным, нам потребуется рассмотреть функцию ν(Δτ), равную:You can point out a number of features inherent in autolography. For example, for it, in principle, it does not require particularly good radiation coherence. The fact is that the reference beam in this case allows us to some extent compensate for the insufficient coherence of the radiation used. In particular, the X-ray radiation used in X-ray diffraction analysis is quite suitable for auto-holography. There is another feature that can, in some cases, simplify the shooting process for non-crystalline objects that do not have a periodic structure. Namely, in these cases it will not be necessary to modulate the phase of the incident radiation and subsequently isolate the signal by synchronous detection. To understand when this becomes possible, we need to consider the function ν (Δτ) equal to:

где п - средняя по объекту электронная плотность, интеграл формально берётся по всему пространству, но вне рассматриваемого объекта полагается и(г) = и . Формально ν(Δτ) не является коррелятором хотя бы уже потому, что п(г) относится к конкретному исследуемому объекту, и здесь нет никакого статистического усреднения, но, тем не менее, ν(Δτ) может проявлять ряд свойств коррелятора. Так помощью ν(Δτ) можно определить характерный масштаб корреляции 1С, такой, что при |Δγ| > 1С имеет место стремление ν(Δτ) к нулю. Если 1С оказывается много меньше размеров объекта Ьо, то характерный масштаб области на экране, на котором меняется |Л(к',§)|2 оказывается много больше характерного масштаба, на котором меняется рк' (мы обозначим эти масштабы соответственно как 1А и 1φ причём в рассматриваемом случае 1А>> 1φ). Это обстоятельство даёт возможность определить |А(к',§)|2 и рк' даже без модуляции фазы излучения и синхронного детектирования. Сначала следует определить |А(к',§)|2, для чего нужно усреднить ΙΒ по масштабу 1φ , убрав, тем самым, его зависимость от φΒ, а затем, уже зная |А(к',8)|2 , определить и φΒ.where n is the average electron density over the object, the integral is formally taken over the entire space, but outside the considered object it is also assumed that (z) = u. Formally, ν (Δτ) is not a correlator, if only because n (g) refers to a specific object under study, and there is no statistical averaging, but, nevertheless, ν (Δτ) can exhibit a number of correlator properties. So, using ν (Δτ), we can determine the characteristic scale of correlation 1С, such that for | Δγ | > 1C, ν (Δτ) tends to zero. If lC turns out to be much smaller than the size of the object b0, then the characteristic scale of the region on the screen on which | A (k ', §) | 2 turns out to be much larger than the characteristic scale at which pk 'changes (we denote these scales by 1 A and 1φ, respectively, and in the case under consideration, 1 A >> 1φ). This circumstance makes it possible to determine | A (k ', §) | 2 and pk 'even without modulation of the radiation phase and synchronous detection. First we must define | A (k ', §) | 2 , for which it is necessary to average ΙΒ over a scale of 1φ, thereby removing its dependence on φ Β , and then, already knowing | A (k ', 8) | 2 , define and φ Β .

Заявляемые способ и устройство позволяют существенно уменьшить время и количество вычислений, требуемое для определения внутренней структуры объекта, по сравнению с временем и количеством вычислений в рентгеноструктурном анализе.The inventive method and device can significantly reduce the time and number of calculations required to determine the internal structure of the object, compared with the time and number of calculations in x-ray analysis.

- 5 015236- 5 015236

ЛитератураLiterature

1. Вгадд ν.Ι.. Ргос. СатЬпбде РЫ1. 8ос. 17, 43 (1913).1. Vgadd ν.Ι .. Rgos. Satbbe P1. 8os. 17, 43 (1913).

2. К111е1 С. 1п1го4исНоп 1о 8ο1ίά 81а1е РНукюк БоигН Εάίΐίοη. Ιοίιη XVНеу ап4 8опк. 1пс. Νο\ν Уогк, Ьопбоп. 8у4пеу. Тотоп1о (русский перевод: Ч. Киттель Введение в физику твёрдого чела. издательство Наука. Москва. 1978 г.).2. K111e1 S. 1p1go4isNop 1о 8ο1ίά 81а1е РНукюк БигН Εάίΐίοη. Ιοίιη XV Neu ap4 8op. 1ps Νο \ ν Wagk, Lopbop. 8u4peu. Totop1o (Russian translation: C. Kittel Introduction to the physics of solid brow. Publishing House Science. Moscow. 1978).

3. Вайнштейн Б.К. УФН. т. 88 №3 стр. 528-565. март 1969 (ш Кикк1ап).3. Weinstein B.K. Physics-Uspekhi. t. 88 No. 3 p. 528-565. March 1969 (W Kikk1ap).

4. Но1тек К.С. Β1ο\ν Ό.Μ. Ике οί Х-гау бгПгасИоп ш Не к!ибу οί рго!ет апб пис1е1 асН к1гисНге Ν.Υ. 1966.4. No1tek K.S. Β1ο \ ν Ό.Μ. Ike ίί X-gau bgPgasIop sh Not to! Бу ί го!!!! Б пис пис 1 Ν Υ Υ.Υ. 1966.

5. 8ауге Ό. Т1е 8с.|иаппд МеИоб: а №\ν МеИоб ίοτ Р1аке ОеЮтипайоп. Ас1а Сгук!. 1952. ν. 5. р. 6065.5.8auge Ό. T1e 8c. | Appd MeIob: a No. \ ν MeIob ίοτ R1ake OeYutipayop. Ac1a Sguk !. 1952. ν. 5. p. 6065.

6. Сосйгап V. А ге1айоп Ье1\\сеп Не 8щпк οί 81гис1иге Рас1огк. Ас1а Сгук!.. 1952. ν. 5. р. 65-67.6. Sosygap V. And ge1ayop bе1 \\ se Not 8shpk οί 81gis1ige Ras1ogk. Ac1a Sguk! .. 1952. ν. 5. p. 65-67.

7. Китайгородский А.И. Теория структурного анализа. М.: Изд-во АН СССР. 1957; Прямые методы в рентгеновской кристаллографии: Теория и практическое применение. Под ред. М. Лэдда. Р. Палмера. М.: Мир. 1983. (ш Кикк1аи).7. Kitaygorodsky A.I. Theory of structural analysis. M.: Publishing House of the USSR Academy of Sciences. 1957; Direct methods in x-ray crystallography: Theory and practical application. Ed. M. Ladda. R. Palmer. M .: World. 1983. (W Kikk1ai).

8. 2ас11апакеп ν.Η. А пе\\' Апа1уБса1 Ме1о4 ίοτ 8ο1νίπ§ Сотр1ех Сгук1а1 81гис1игек. Ас!а Сгук!.. 1952. ν. 5. р. 68-73.8.2as11apakep ν.Η. And ne \\ 'Apa1uBsa1 Me1o4 ίοτ 8ο1νίπ§ Sotr1ekh Sguk1a1 81gis1igek. Ace! A Sguk! .. 1952. ν. 5. p. 68-73.

Claims (2)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Устройство для определения внутренней структуры объектов на основе автоголографического рентгеноструктурного анализа. включающее основание для размещения группы монокристаллов. составленной из прилегающих друг к другу монокристаллов;1. A device for determining the internal structure of objects based on auto-holographic x-ray diffraction analysis. comprising a base for accommodating a group of single crystals. composed of adjacent single crystals; экрана. расположенного в одной плоскости с монокристаллом. находящимся в центре группы. составленной из прилегающих друг к другу монокристаллов и состоящего из двух тонких слоев. слабо поглощающих рентгеновское излучение. между которыми расположены ещё два слоя. первый - из материала. сильно поглощающего рентгеновское излучение. и второй слой - из вещества. излучающего оптические кванты под действием электронов. эмитированных из слоя. сильно поглощающего рентгеновское излучение;screen. located in the same plane with the single crystal. located in the center of the group. composed of single crystals adjacent to each other and consisting of two thin layers. weakly absorbing x-rays. between which there are two more layers. the first is from the material. highly absorbing x-rays. and the second layer is from the substance. emitting optical quanta under the influence of electrons. emitted from the layer. highly absorbing x-rays; двух электромоторов. расположенных симметрично относительно плоскости. в которой находится жран. вращающих диски переменной толщины;two electric motors. located symmetrically relative to the plane. in which there is a zhran. rotating disks of variable thickness; чётного числа монокристаллов. установленных симметрично относительно плоскости. в которой находится экран;an even number of single crystals. mounted symmetrically relative to the plane. in which the screen is located; двух конструкций. симметрично расположенных относительно экрана. состоящих из реперных монокристаллов. в полости которых помещаются исследуемые объекты. и устройств. выполненных с возможностью независимо поворачивать указанные реперные монокристаллы относительно трёх углов в пространстве. в состав которых входят регулируемые гониометры. поворотные устройства. выполненные с возможностью поворачивать реперные монокристаллы вокруг осей. соединяющих их с гониометрами. и поворотные устройства. выполненные с возможностью поворачивать гониометры вместе с реперными монокристаллами вокруг оси. соединяющей центры реперных монокристаллов;two designs. symmetrically located relative to the screen. consisting of reference single crystals. in the cavity of which the investigated objects are placed. and devices. made with the ability to independently rotate these reference single crystals relative to three angles in space. which include adjustable goniometers. rotary devices. made with the ability to rotate the reference single crystals around the axes. connecting them with goniometers. and rotary devices. made with the ability to rotate the goniometers along with the reference single crystals around the axis. connecting the centers of reference single crystals; видеокамеры. соединённой с компьютером и передающей в него информацию об изображении. возникающем на экране.video cameras. connected to a computer and transmitting image information to it. appearing on the screen. 2. Способ определения внутренней структуры объектов на основе автоголографического рентгеноструктурного анализа с использованием устройства по п.1. заключающийся в том. что изготавливают или выращивают. в случае когда исследуемый объект имеет биологическую природу или является монокристаллом. две идентичные копии исследуемого объекта. и помещают их в полости. расположенные внутри реперных монокристаллов. после чего с помощью устройств. поворачивающих реперные монокристаллы относительно трёх углов в пространстве. ориентируют реперные монокристаллы одинаковым образом. далее поворачивают один из монокристаллов ровно на 180° вокруг оси. соединяющей центры реперных монокристаллов. затем включают электромоторы и приводят во вращение диски переменной толщины. после чего подают рентгеновское излучение на группу монокристаллов. состоящую из трёх прилегающих друг к другу монокристаллов. и с помощью видеокамеры передают в компьютер информацию об изображении. образующемся на экране. после этого выключают рентгеновское излучение. вновь ориентируют реперные кристаллы одинаковым образом в пространстве. но уже под другими углами. чем ранее. и затем повторяют всю процедуру. начиная с момента поворота одного из монокристаллов на 180° вокруг оси. соединяющей центры реперных монокристаллов. и так действуют до тех пор. пока в компьютере не окажется достаточно информации для определения внутренней структуры объекта.2. A method for determining the internal structure of objects based on auto-holographic x-ray diffraction analysis using the device according to claim 1. consisting in that. what is made or grown. in the case when the test object is of a biological nature or is a single crystal. two identical copies of the investigated object. and place them in the cavity. located inside the reference single crystals. then using devices. turning reference single crystals with respect to three angles in space. orient reference single crystals in the same way. then one of the single crystals is rotated exactly 180 ° around the axis. connecting the centers of reference single crystals. then they turn on electric motors and rotate disks of variable thickness. then submit x-ray radiation to a group of single crystals. consisting of three single crystals adjacent to each other. and using the camcorder, information about the image is transmitted to the computer. formed on the screen. then turn off the x-ray radiation. again orient reference crystals in the same way in space. but from different angles. than earlier. and then repeat the whole procedure. starting from the moment of rotation of one of the single crystals 180 ° around the axis. connecting the centers of reference single crystals. and so on until then. until the computer has enough information to determine the internal structure of the object.
EA200900791A 2009-07-07 2009-07-07 Method of detecting internal structure of objects and device therefor EA015236B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200900791A EA015236B1 (en) 2009-07-07 2009-07-07 Method of detecting internal structure of objects and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200900791A EA015236B1 (en) 2009-07-07 2009-07-07 Method of detecting internal structure of objects and device therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200900791A1 EA200900791A1 (en) 2011-02-28
EA015236B1 true EA015236B1 (en) 2011-06-30

Family

ID=43778090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200900791A EA015236B1 (en) 2009-07-07 2009-07-07 Method of detecting internal structure of objects and device therefor

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA015236B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU714506A1 (en) * 1977-10-26 1980-02-05 Ереванский государственный университет X-ray monochromator
SU1679315A1 (en) * 1989-03-30 1991-09-23 Г.В.Клевцов Method of x-ray analysis
US5796500A (en) * 1992-11-27 1998-08-18 Voxel Methods and apparatus for making holograms
RU2258203C1 (en) * 2004-06-15 2005-08-10 Орловский государственный технический университет (ОрелГТУ) X-ray surface analyzer
RU2260791C2 (en) * 2001-08-28 2005-09-20 Раховский Вадим Израилович Method for determining structure of polyatomic molecule

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU714506A1 (en) * 1977-10-26 1980-02-05 Ереванский государственный университет X-ray monochromator
SU1679315A1 (en) * 1989-03-30 1991-09-23 Г.В.Клевцов Method of x-ray analysis
US5796500A (en) * 1992-11-27 1998-08-18 Voxel Methods and apparatus for making holograms
RU2260791C2 (en) * 2001-08-28 2005-09-20 Раховский Вадим Израилович Method for determining structure of polyatomic molecule
RU2258203C1 (en) * 2004-06-15 2005-08-10 Орловский государственный технический университет (ОрелГТУ) X-ray surface analyzer

Also Published As

Publication number Publication date
EA200900791A1 (en) 2011-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5418916B2 (en) Reflective imaging device
US7755046B2 (en) Transmission electron microscope
JP2017500160A (en) Large-field phase contrast imaging method based on detuning configuration including acquisition and reconstruction techniques
JP2011053224A (en) Apparatus and method for surface contour measurement
JP7278363B2 (en) diffraction biosensor
Krenkel et al. Three-dimensional single-cell imaging with X-ray waveguides in the holographic regime
Strobl et al. Advanced neutron imaging methods with a potential to benefit from pulsed sources
Modregger et al. Magnified x-ray phase imaging using asymmetric Bragg reflection: Experiment and theory
EA015236B1 (en) Method of detecting internal structure of objects and device therefor
Moscoso et al. Synthetic aperture imaging with intensity-only data
Kupke et al. Observational study of sunspot oscillations in Stokes I, Q, U, and V
Athira et al. Single-shot measurement of the space-varying polarization state of light through interferometric quantification of the geometric phase
Davis et al. Complex field mapping of large direct detector focal plane arrays
Chang et al. Analyzer-free linear dichroic ptychography
JP2019120680A (en) Measuring path delay through liquid-crystal variable retarder at non-uniform retardance intervals
JP7313460B2 (en) Device, use of device, and method for high-contrast imaging
Logan et al. Hard X-ray polarizer to enable simultaneous three-dimensional nanoscale imaging of magnetic structure and lattice strain
Gan et al. Crystallographic refinement of collective excitations using standing wave inelastic X-ray scattering
Kohn et al. A study of X-ray multiple diffraction by means of section topography
Kashyap et al. A variable-wavelength-based approach of phase retrieval for contrast transfer function based methods
Ayyer et al. Structure determination by continuous diffraction from imperfect crystals
JP6116053B2 (en) Spin wave induction and initial phase control system and method, spin wave induction and propagation control system and method
Namiot The possibility of direct measurement of phases in X-ray diffraction analysis
Namiot Autoholography and possibility of direct phase measurement in X-ray diffraction analysis
Kazimirov et al. Bragg diffraction of a focused x-ray beam as a new depth sensitive diagnostic tool

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU