RU2642886C1 - Intensity modulation of x-ray beam - Google Patents

Intensity modulation of x-ray beam Download PDF

Info

Publication number
RU2642886C1
RU2642886C1 RU2016146909A RU2016146909A RU2642886C1 RU 2642886 C1 RU2642886 C1 RU 2642886C1 RU 2016146909 A RU2016146909 A RU 2016146909A RU 2016146909 A RU2016146909 A RU 2016146909A RU 2642886 C1 RU2642886 C1 RU 2642886C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
single crystal
intensity
bww
electric field
piezoelectric
Prior art date
Application number
RU2016146909A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Трушин
Евгений Владимирович Чупрунов
Алексей Сергеевич Маркелов
Владимир Владимирович Грибко
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority to RU2016146909A priority Critical patent/RU2642886C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2642886C1 publication Critical patent/RU2642886C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/04Scales
    • G01K1/06Arrangements for facilitating reading, e.g. illumination, magnifying glass

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: intensity modulation of the X-ray beam is carried out by changing the reflection conditions of X-ray reflection from a piezoelectric single crystal under the conditions of applying an electric field to it. The said change of conditions of X-ray reflection is made by changing the piezo deformation of said single crystal, resulting in a homogeneous change of interplain distance in crystal lattice of mentioned single crystal, accompanied by an angular offset of its diffraction reflection curve (DRC), under the influence of constant electric field, intensity E of which is change depending on the magnitude of the reflected X-rays (Iθ) according to a specified formula.
EFFECT: enabling optimal intensity modulation of the X-ray beam in the Bragg X-ray reflection mode from the piezoelectric single crystal with a small half-width of the original diffraction reflection curve in conditions of applying constant electric field to it.
2 cl, 2 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии управления рентгеновским излучением путем изменения условий брэгговской дифракции рентгеновских лучей в пьезокристаллах под воздействием электрического поля, создающего возможность заданного изменения (модуляции) интенсивности рентгеновского пучка, и может использоваться в области рентгеновской спектроскопии, рентгеноструктурном анализе и экспериментальной рентгеновской технике.The invention relates to technology for controlling X-ray radiation by changing the conditions of the Bragg diffraction of X-rays in piezocrystals under the influence of an electric field that creates the possibility of a given change (modulation) of the intensity of the X-ray beam, and can be used in the field of X-ray spectroscopy, X-ray diffraction analysis and experimental X-ray technology.

Известная модуляция интенсивности рентгеновского пучка заключается в том, что рентгеновский пучок направляют на пьезоэлектрический монокристалл, который установлен в отражающем положении или в режиме прохождения и к которому прикладывают переменное (импульсное) электрическое поле (см., например, авторское свидетельство СССР №106058, G21K 3/00, G21K 1/06, 1957, патент US №3832562, G01N 23/2073, G01N 23/20, G21K 1/06, 1974 и авторское свидетельство СССР №728166, G21K 1/06, 1980) для создания усложненных и нестабильных условий изменения интенсивности рентгеновского пучка за счет периодического изменения межплоскостных расстояний выбранного семейства атомных плоскостей, приводящего к модуляции углового положения дифрагированного рентгеновского пучка с частотой ультразвуковых колебаний резонатора (см., например, доклад авторов Таргонского А.В., Благова А.Е. и др. «Рентгеноакустическая дифрактометрия для контроля электронных компонент и материалов». - Материалы международной научно-технической конференции. М., 2013, с. 32-35, на сайте в Интернет: http://www.conf.mirea.ru/CD2013/pdf/p1/7.pdf).A known modulation of the intensity of the x-ray beam is that the x-ray beam is sent to a piezoelectric single crystal, which is installed in the reflective position or in the transmission mode and to which an alternating (pulsed) electric field is applied (see, for example, USSR copyright certificate No. 106058, G21K 3 / 00, G21K 1/06, 1957, US patent No. 3832562, G01N 23/2073, G01N 23/20, G21K 1/06, 1974 and USSR copyright certificate No. 728166, G21K 1/06, 1980) to create complicated and unstable conditions for changing the intensity of the x-ray beam due to periodic changes in the interplanar spacings of a selected family of atomic planes, leading to modulation of the angular position of the diffracted X-ray beam with the frequency of the ultrasonic vibrations of the resonator (see, for example, a report by A. Targonsky, A. A. Blagov and others. “X-ray acoustic diffractometry for electron component and materials. ”- Materials of the international scientific and technical conference. M., 2013, p. 32-35, on the Internet site: http://www.conf.mirea.ru/CD2013/pdf/p1/7.pdf).

Уровень техники в области управления рентгеновским излучением характеризуется отсутствием информационных источников со сведениями о предлагаемой модуляции интенсивности рентгеновского пучка, основанной на изменении условий отражения рентгеновского излучения от пьезоэлектрического монокристалла в условиях приложения к нему электрического поля, которое осуществляют за счет изменения пьезодеформации упомянутого монокристалла, приводящего к однородному изменению межплоскостного расстояния в кристаллической решетке упомянутого монокристалла, сопровождаемому угловым смещением его кривой дифракционного отражения (КДО), под воздействием электрического поля, напряженность которого изменяют в зависимости от требуемой величины интенсивности отраженного рентгеновского излучения, в чем заключается физический механизм предлагаемой модуляции интенсивности рентгеновского пучка, значительно отличающийся от эффекта Бормана изложенной выше известной модуляции (см., например, патент US №3991309, G01N 23/20, 1976), в связи с чем выбран вариант составления формулы изобретения (предлагаемого способа модуляции) без прототипа.The prior art in the field of X-ray control is characterized by the absence of information sources with information about the proposed modulation of the intensity of the X-ray beam, based on a change in the conditions for the reflection of X-ray from a piezoelectric single crystal under conditions of applying an electric field to it, which is carried out by changing the piezoelectric strain of the said single crystal, which leads to a uniform a change in interplanar spacing in the crystal lattice of the aforementioned onocrystal, accompanied by the angular displacement of its diffraction reflection curve (KDO), under the influence of an electric field, the intensity of which varies depending on the required intensity of the reflected x-ray radiation, which is the physical mechanism of the proposed modulation of the intensity of the x-ray beam, significantly different from the Bormann effect described above modulation (see, for example, US patent No. 3991309, G01N 23/20, 1976), in connection with which the selected option of drafting the claims (proposal Ai modulation method) without prototype.

Обоснованием выбранного варианта раскрытия сущности предлагаемого способа модуляции без прототипа служит также известный иной физический механизм (низкотехнологичной в реализации в связи с пониженной контролируемостью) модуляции интенсивности рентгеновского пучка путем изменения условий брэгговской дифракции рентгеновского излучения в результате неоднородной пьезодеформации кристаллов ADP, экспериментально осуществленной и описанной в статье Трушина В.Н. и др. «Особенности дифракции рентгеновских лучей на кристаллах группы KDP в электрическом поле». - Доклады Академии Наук. Техническая физика. 1993, т. 331, №3, с. 308-310, основанный на уменьшении вклада динамических эффектов в интенсивность дифракционных максимумов и увеличении их интенсивности.The rationale for the chosen option for disclosing the essence of the proposed modulation method without a prototype is also known other physical mechanism (low-tech in implementation due to reduced controllability) of the X-ray beam intensity modulation by changing the Bragg diffraction of X-ray radiation as a result of inhomogeneous piezoelectric deformation of ADP crystals experimentally carried out and described in the article Trushina V.N. and others. "Features of x-ray diffraction on crystals of the KDP group in an electric field." - Reports of the Academy of Sciences. Technical Physics. 1993, t. 331, No. 3, p. 308-310, based on a decrease in the contribution of dynamic effects to the intensity of diffraction maxima and an increase in their intensity.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения - создание оптимального способа модуляции интенсивности рентгеновского пучка в режиме брэгговского отражения рентгеновского излучения от пьезоэлектрического монокристалла с малой (от 5 до 25 угловых секунд) полушириной исходной КДО в условиях приложения к нему постоянного (неимпульсного) электрического поля, напряженность которого (в результате использования возможности изменения пьезодеформации упомянутого монокристалла, приводящего к однородному изменению межплоскостного расстояния в кристаллической решетке упомянутого монокристалла, сопровождаемому угловым смещением его КДО, под воздействием электрического поля) изменяют в зависимости от требуемой величины интенсивности отраженного рентгеновского излучения в соответствии с предлагаемой формулой.The technical result from the use of the present invention is the creation of an optimal method for modulating the intensity of an x-ray beam in the mode of Bragg reflection of x-ray radiation from a piezoelectric single crystal with a small (from 5 to 25 arc seconds) half-width of the original BWW under conditions of applying a constant (non-pulse) electric field to it, the intensity of which (as a result of using the possibility of changing the piezoelectric strain of the aforementioned single crystal, leading to a uniform change in the interplanar the bone distance in the crystal lattice of the aforementioned single crystal, accompanied by the angular displacement of its BWW, under the influence of an electric field) is changed depending on the required value of the intensity of the reflected x-ray radiation in accordance with the proposed formula.

Оптимальность предлагаемого способа модуляции рентгеновского пучка обеспечивается за счет повышения контролируемости получения стабильного требуемого изменения интенсивности отраженного рентгеновского излучения при изменении напряженности постоянного электрического поля, прикладываемого к пьезоэлектрическим монокристаллам, обладающим малой полушириной КДО и высокой величиной пьезоэлектрического модуля.The optimality of the proposed method of x-ray beam modulation is ensured by increasing the controllability of obtaining a stable desired change in the intensity of the reflected x-ray radiation with a change in the constant electric field applied to piezoelectric single crystals having a small half-width of BWW and a high value of the piezoelectric module.

Для достижения указанного технического результата предлагается способ модуляции интенсивности рентгеновского пучка путем изменения условий отражения рентгеновского излучения от пьезоэлектрического монокристалла в условиях приложения к нему электрического поля, характеризующийся тем, что указанное изменение условий отражения рентгеновского излучения осуществляют за счет изменения пьезодеформации упомянутого монокристалла, приводящего к однородному изменению межплоскостного расстояния в кристаллической решетке упомянутого монокристалла, сопровождаемому угловым смещением его КДО, под воздействием постоянного электрического поля, напряженность E которого изменяют в зависимости от требуемой величины интенсивности отраженного рентгеновского излучения I(θ) в соответствии с формулой:To achieve the indicated technical result, a method for modulating the intensity of an X-ray beam by changing the conditions for the reflection of X-ray radiation from a piezoelectric single crystal under conditions of applying an electric field to it is characterized in that the said change in the conditions for the reflection of X-ray radiation is carried out by changing the piezoelectric strain of said single crystal, which leads to a uniform change interplanar spacing in the crystal lattice of said mo of the nanocrystal, accompanied by the angular displacement of its BWW, under the influence of a constant electric field, the intensity E of which is changed depending on the required value of the intensity of the reflected x-ray radiation I (θ) in accordance with the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Imax - максимальное значение интенсивности отраженного рентгеновского излучения;where I max is the maximum value of the intensity of the reflected x-ray radiation;

λ - длина волны рентгеновского излучения;λ is the wavelength of x-ray radiation;

dhkl - межплоскостное расстояние для плоскостей hkl пьезоэлектрического монокристалла;d hkl is the interplanar distance for the hkl planes of the piezoelectric single crystal;

D(p) - пьезоэлектрический модуль пьезоэлектрического монокристалла в направлении оси z;D (p) is the piezoelectric module of the piezoelectric single crystal in the direction of the z axis;

E - напряженность постоянного электрического поля в направлении оси z;E is the constant electric field in the direction of the z axis;

β - полуширина исходной КДО пьезоэлектрического монокристалла;β is the half-width of the initial BWW of the piezoelectric single crystal;

при условии подбора пьезоэлектрического монокристалла с малой полушириной исходной КДО β и высокой величиной пьезоэлектрического модуля D(p) и изменения напряженности постоянного электрического поля E, приводящего к угловому смещению КДО в интервале изменений интенсивности исходной КДО, приближенном к линейному.subject to the selection of a piezoelectric single crystal with a small half-width of the initial BWW β and a high value of the piezoelectric module D (p) and a change in the constant electric field E, leading to an angular displacement of the BWW in the range of changes in the intensity of the original BWW, which is close to linear.

В частном случае реализации предлагаемого способа модуляции в качестве пьезоэлектрического монокристалла используют монокристалл ниобата стронция-бария (Sr0.61Ba0.39Nb2O6) толщиной 0.5 мм с полушириной исходной КДО 20 угловых секунд и пьезоэлектрическим модулем D(p)=140⋅10-12 Кл/Н, а изменение напряженности постоянного электрического поля E производят в пределах интервала его величин 0 – 7,8⋅105 В/м с угловым смещением КДО указанного монокристалла под воздействием постоянного электрического поля с указанной изменяемой напряженностью в интервале изменений интенсивности исходной КДО I(θ) этого монокристалла 20-80% от максимальной интенсивности исходной КДО Imax.In the particular case of the implementation of the proposed modulation method, a strontium-barium niobate single crystal (Sr 0.61 Ba 0.39 Nb 2 O 6 ) 0.5 mm thick with a half-width of the initial BWW of 20 arc seconds and a piezoelectric module D (p) = 140⋅10 -12 is used as a piezoelectric single crystal C / N, and a change in the intensity of the constant electric field E is performed within the range of its values 0 - 7.8 В10 5 V / m with the angular displacement of the BWW of the indicated single crystal under the influence of a constant electric field with the indicated variable intensity in the interval e changes in the intensity of the initial BWW I (θ) of this single crystal 20-80% of the maximum intensity of the initial BWW I max .

На фиг. 1 показан вид в аксонометрии установки для реализации предлагаемого способа модуляции; на фиг. 2 - две КДО монокристалла ниобата стронция-бария - исходная и в положении крайнего углового смещения после пьезодеформации указанного монокристалла в результате воздействия на него постоянного электрического поля напряженностью 7,8⋅105 В/м, показывающие возможность получения рабочего диапазона модуляции интенсивности рентгеновского пучка в соответствии с предлагаемым способом модуляции.In FIG. 1 shows a perspective view of an apparatus for implementing the proposed modulation method; in FIG. 2 — two BWWs of a single crystal of strontium-barium niobate — the initial one and in the position of extreme angular displacement after the piezoelectric strain of the specified single crystal as a result of exposure to a constant electric field of 7.8 × 10 5 V / m, showing the possibility of obtaining an operating range of modulation of the intensity of the x-ray beam in in accordance with the proposed modulation method.

Установка для реализации предлагаемого способа модуляции (см. фиг. 1) содержит рентгеновскую трубку 1, щели 2 и 3, кристалл-монохроматор 4, пьезоэлектрический монокристалл 5 (в качестве которого выбран монокристалл ниобата стронция-бария Sr0.61Ba0.39Nb2O6 с малой полушириной исходной КДО - 20 угловых секунд), электроды 6, на которые подается постоянное электрическое напряжение, высоковольтный преобразователь напряжения (например, ХР-ЕМСО Р12Р) 7, на который подается сигнал с низковольтного источника 8, сцинтилляционный детектор рентгеновского излучения 9, счетчик импульсов 10, персональный компьютер 11.The installation for implementing the proposed modulation method (see Fig. 1) contains an X-ray tube 1, slits 2 and 3, a crystal monochromator 4, a piezoelectric single crystal 5 (for which a single crystal of strontium-barium niobate Sr 0.61 Ba 0.39 Nb 2 O 6 s is selected a small half-width of the initial BWW - 20 arc seconds), electrodes 6, to which a constant voltage is applied, a high-voltage voltage converter (for example, XP-EMCO R12P) 7, to which a signal from a low-voltage source 8, an X-ray scintillation detector Nia 9, the pulse counter 10, the personal computer 11.

На расстоянии 50 мм от рентгеновской трубки 1 поставлена щель 2 шириной 0,5 мм. Прошедший через нее рентгеновский пучок отражается по Брэггу от кристалла-монохроматора 4. На пути монохроматизированных пучков - CuKα1 и CuKα2 размещена щель 3 шириной 0,1 мм на расстоянии 100 мм от кристалла-монохроматора 4, с помощью которой экранируется CuKα2 - линия излучения.At a distance of 50 mm from the x-ray tube 1, a slot 2 with a width of 0.5 mm is supplied. The X-ray beam transmitted through it is reflected according to Bragg from the crystal-monochromator 4. On the path of the monochromatized beams — CuK α1 and CuK α2 , a slit 3 of 0.1 mm width is placed at a distance of 100 mm from the crystal-monochromator 4, with the help of which the CuK α2 line is screened radiation.

Далее монохроматизированный пучок - CuKα1 падает на пьезоэлектрический монокристалл 5, после дифракции на котором регистрируется с помощью сцинтилляционного детектора 8, сигнал с которого через счетчик импульсов 9 поступает в компьютер 10, где возможна дальнейшая обработка.Next, a monochromatized beam — CuK α1 — is incident on a piezoelectric single crystal 5, after which diffraction is recorded using a scintillation detector 8, the signal from which passes through a pulse counter 9 to computer 10, where further processing is possible.

Предлагаемый способ модуляции рентгеновского излучения основан на сдвиге рабочей точки на КДО при ее угловом смещении, вызванном управляемой пьезодеформацией монокристалла 5.The proposed method for modulating x-ray radiation is based on the shift of the operating point by the BWW at its angular displacement caused by controlled piezoelectric deformation of the single crystal 5.

Изменение интенсивности дифрагированного рентгеновского пучка I(θ), фиксируемое счетчиком импульсов 9, происходит за счет смещения брэгговского угла дифракционного максимума от пьезоэлектрического монокристалла 5, при котором текущая рабочая точка на КДО (см. фиг. 2) смещается, изменяя величину интенсивности в этой точке в соответствии с формулой (1) в зависимости от величины напряженности постоянного электрического поля E в установленном диапазоне от R0 до R1, при подаче изменяемого постоянного электрического напряжения с высоковольтного преобразователя 7 низковольтного источника 8 на контакты - электроды 6.The change in the intensity of the diffracted X-ray beam I (θ), recorded by the pulse counter 9, occurs due to the shift of the Bragg angle of the diffraction maximum from the piezoelectric single crystal 5, at which the current operating point on the BWW (see Fig. 2) is shifted, changing the intensity value at this point in accordance with formula (1) depending on the magnitude of the electric field strength E in a predetermined range from R 0 to R 1, when applying a variable DC voltage with vysokovoltnog converter 7 on the low-voltage source 8 contacts - electrodes 6.

Для модуляции интенсивности отраженного (дифрагированного) рентгеновского пучка монокристалл 5 в условиях отсутствии на нем электрического поля выводится в брэгговское отражающее положение, путем углового поворота этого монокристалла выбирается рабочая точка на левом склоне кривой, на высоте примерно 0.2Imax (начало квазилинейного участка) соответствующая R0 на фиг. 2.To modulate the intensity of the reflected (diffracted) X-ray beam, single crystal 5 in the absence of an electric field is displayed in the Bragg reflective position, by angular rotation of this single crystal, a working point is selected on the left slope of the curve, at a height of about 0.2I max (the beginning of the quasilinear section) corresponding to R 0 in FIG. 2.

В зависимости от величины напряженности E постоянного электрического поля, подаваемого на монокристалл 5, рабочая точка будет смещаться в промежутке от R0 до R1, соответствующей максимальной величине напряженности E постоянного электрического поля, подаваемого на указанный монокристалл.Depending on the magnitude of the intensity E of the constant electric field supplied to the single crystal 5, the operating point will shift in the interval from R 0 to R 1 corresponding to the maximum value of the intensity E of the constant electric field supplied to the specified single crystal.

Максимальная величина напряженности E постоянного электрического поля, смещающего рабочую точку на КДО из положения R0 в положение R1, рассчитывается из значений пьезоэлектрического модуля D(p) монокристалла 5 и полуширины β его КДО. Промежуточные величины интенсивности дифрагированного излучения I(θ) рассчитываются по формуле (1).The maximum value of the intensity E of the constant electric field that shifts the operating point by the BWW from position R 0 to position R 1 is calculated from the values of the piezoelectric module D (p) of the single crystal 5 and the half width β of its BWW. Intermediate values of the intensity of diffracted radiation I (θ) are calculated by the formula (1).

Для расчета интенсивности I(θ) по формуле (1) используют входные параметры монокристалла ниобата стронция-бария (Sr0.61Ba0.39Nb2O6), представленные в таблице 1.To calculate the intensity I (θ) according to formula (1), the input parameters of the strontium-barium niobate single crystal (Sr0.61Ba0.39Nb2O6), presented in Table 1, are used.

Результаты расчета исходной и максимально смещенной КДО указанного монокристалла показаны в таблице 2.The calculation results of the initial and maximum biased BWW of the indicated single crystal are shown in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Обоснование вывода формулы (1):The rationale for the conclusion of the formula (1):

Рассмотрим изменение пиковой интенсивности КДО в ее рабочей точке.Consider the change in the peak intensity of BWW at its operating point.

КДО для плоскостей (hkl) может быть описана кривой Гаусса:BWW for planes (hkl) can be described by a Gaussian curve:

Figure 00000004
Figure 00000004

где: Imax - максимальное значение интенсивности,where: I max - the maximum value of the intensity,

β - полуширина КДО,β is the half-width of the BWW,

θhkl - угловые положения центра КДО,θ hkl - angular positions of MLC Center,

θ - текущее значение угла.θ is the current value of the angle.

Из уравнения Вульфа-Брэгга следует:From the Wulf-Bragg equation it follows:

Figure 00000005
Figure 00000005

где θhkl - брэгговский угол для (hkl) плоскостей;where θ hkl is the Bragg angle for the (hkl) planes;

λ - длина волны рентгеновского излучения;λ is the wavelength of x-ray radiation;

dhkl - межплоскостное расстояние для плоскостей (hkl).d hkl - interplanar distance for planes (hkl).

Межплоскостное расстояние с учетом пьезодеформации:Interplanar distance taking into account piezoelectric deformation:

Figure 00000006
Figure 00000006

dhkl - исходное межплоскостное расстояние,d hkl - initial interplanar distance,

Δd - изменение межплоскостного расстояния, вызванное пьезодеформацией.Δd is the change in interplanar distance caused by piezoelectric deformation.

Относительные деформации можно описать выражением:Relative deformations can be described by the expression:

Figure 00000007
Figure 00000007

В свою очередь, малые упругие деформации, возникающие в кристаллах в результате обратного пьезоэффекта, описываются выражением:In turn, small elastic strains arising in crystals as a result of the inverse piezoelectric effect are described by the expression:

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
- относительные пьезодеформации,Where
Figure 00000009
- relative piezoelectric deformations,

Figure 00000010
- матрица пьезоэлектрических модулей D(p) рассматриваемого монокристалла,
Figure 00000010
- a matrix of piezoelectric modules D (p) of the single crystal under consideration,

Ei - компоненты напряженности постоянного электрического поля.E i are the components of the constant electric field strength.

В общем случае брэгговский угол

Figure 00000011
для плоскостей (hkl), при воздействии постоянного электрического поля на пьезоэлектрический монокристалл 5, зависит от напряженности Ei прикладываемого электрического поля:In general, the Bragg angle
Figure 00000011
for planes (hkl), when a constant electric field acts on the piezoelectric single crystal 5, it depends on the strength E i of the applied electric field:

Figure 00000012
Figure 00000012

Таким образом, из выражений (2) и (7) следует, что величина интенсивности отраженного рентгеновского излучения в рабочей точке на гауссовой кривой КДО, будет изменяться в зависимости от напряженности прикладываемого постоянного электрического поля в соответствии с формулой (1).Thus, it follows from expressions (2) and (7) that the intensity value of the reflected x-ray radiation at the operating point on the Gaussian BWW curve will vary depending on the intensity of the applied constant electric field in accordance with formula (1).

При этом максимальная величина напряженности E постоянного электрического поля, смещающего рабочую точку на КДО из положения R0 в положение R1, рассчитывается из значений пьезоэлектрического модуля D(p) монокристалла 5 и полуширины β его КДО. Согласно формулам (1) и (7) при увеличении полуширины β и уменьшении величины модуля D(p) необходимо будет увеличить максимальную величину постоянного напряжения, подаваемого на монокристалл 5, в противном случае глубина модуляции, определяемая интервалом изменения интенсивности исходной КДО I(θ) этого монокристалла 20-80% от максимальной интенсивности исходной КДО Imax, будет меньше.In this case, the maximum value of the constant electric field strength E displacing the operating point by the BWW from position R 0 to position R 1 is calculated from the values of the piezoelectric module D (p) of the single crystal 5 and the half width β of its BWW. According to formulas (1) and (7), with an increase in the half-width β and a decrease in the modulus D (p), it will be necessary to increase the maximum value of the constant voltage applied to the single crystal 5; otherwise, the modulation depth determined by the interval of variation in the intensity of the initial BWW I (θ) of this single crystal, 20-80% of the maximum intensity of the initial BWW I max will be less.

Если выйти за пределы квазилинейного (приближенного к линейному) участка КДО, определяемого квазилинейную зависимость изменения интенсивности, то максимальную глубину модуляции, определяемой интервалом изменения интенсивности 20-80% можно будет увеличить при соответствующем увеличении максимального значения постоянного напряжения, подаваемого на монокристалл 5, или уменьшении полуширины β и увеличении значения модуля D(p).If we go beyond the quasilinear (close to linear) part of the BWW determined by the quasilinear dependence of the intensity change, then the maximum modulation depth determined by the interval of intensity change of 20-80% can be increased with a corresponding increase in the maximum value of the constant voltage applied to single crystal 5, or decrease half-width β and an increase in the value of the modulus D (p) .

Поэтому невыполнение существенных условий предлагаемого способа модуляции, изложенных в пункте 1 формулы полезной модели, приводит к обеспечению модуляции с технологически невыгодным отклонением от оптимальности модуляции, связанным с повышением затрат электроэнергии и специальных требований к материалу монокристалла 5, и свидетельствует о существенности рассмотренных признаков предлагаемого способа модуляции, изложенных в пункте 1 формулы полезной модели.Therefore, the non-fulfillment of the essential conditions of the proposed modulation method set forth in paragraph 1 of the utility model formula leads to modulation with a technologically disadvantageous deviation from the modulation optimality associated with increased energy costs and special requirements for the single crystal material 5, and indicates the materiality of the considered characteristics of the proposed modulation method set forth in paragraph 1 of the formula of the utility model.

Claims (10)

1. Способ модуляции интенсивности рентгеновского пучка путем изменения условий отражения рентгеновского излучения от пьезоэлектрического монокристалла в условиях приложения к нему электрического поля, характеризующийся тем, что указанное изменение условий отражения рентгеновского излучения осуществляют за счет изменения пьезодеформации упомянутого монокристалла, приводящего к однородному изменению межплоскостного расстояния в кристаллической решетке упомянутого монокристалла, сопровождаемому угловым смещением его кривой дифракционного отражения (КДО), под воздействием постоянного электрического поля, напряженность Е которого изменяют в зависимости от требуемой величины интенсивности отраженного рентгеновского излучения I(θ) в соответствии с формулой:1. A method of modulating the intensity of an X-ray beam by changing the conditions for the reflection of X-ray radiation from a piezoelectric single crystal under conditions of applying an electric field to it, characterized in that said change in the conditions for the reflection of X-ray radiation is carried out by changing the piezoelectric strain of said single crystal, which leads to a uniform change in the interplanar distance in the crystalline lattice of said single crystal, followed by angular displacement of its diffraction curve action reflection (BWW), under the influence of a constant electric field, the intensity E of which is changed depending on the required value of the intensity of the reflected x-ray radiation I (θ) in accordance with the formula:
Figure 00000013
Figure 00000013
где Imax - максимальное значение интенсивности отраженного рентгеновского излучения;where I max is the maximum value of the intensity of the reflected x-ray radiation; λ - длина волны рентгеновского излучения;λ is the wavelength of x-ray radiation; dhkl - межплоскостное расстояние для плоскостей hkl;d hkl is the interplanar distance for the hkl planes; D(p) - пьезоэлектрический модуль пьезоэлектрического монокристалла в направлении оси z;D (p) is the piezoelectric module of the piezoelectric single crystal in the direction of the z axis; Е - напряженность постоянного электрического поля в направлении оси z;E is the constant electric field in the direction of the z axis; β - полуширина исходной КДО пьезоэлектрического монокристалла;β is the half-width of the initial BWW of the piezoelectric single crystal; при условии подбора пьезоэлектрического монокристалла с малой полушириной исходной КДО β и высокой величиной пьезоэлектрического модуля D(p) и изменения напряженности постоянного электрического поля Е, приводящего к угловому смещению КДО в интервале изменений интенсивности исходной КДО, приближенном к линейному.subject to the selection of a piezoelectric single crystal with a small half-width of the initial BWW β and a high value of the piezoelectric module D (p) and a change in the constant electric field E, leading to an angular displacement of the BWW in the range of changes in the intensity of the original BWW, which is close to linear. 2. Способ модуляции по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пьезоэлектрического монокристалла используют монокристалл ниобата стронция-бария (Sr0.61Ba0.39Nb2O6) толщиной 0.5 мм с полушириной исходной КДО β=20 угловых секунд и пьезоэлектрическим модулем D(p)=140·10-12 Кл/Н, а изменение напряженности постоянного электрического поля Е производят в пределах интервала его величин 0-7.8·105 В/м с угловым смещением КДО указанного монокристалла под воздействием постоянного электрического поля с указанной изменяемой напряженностью в интервале изменений интенсивности исходной КДО I(θ) этого монокристалла 20-80% от максимальной интенсивности исходной КДО Imax.2. The modulation method according to claim 1, characterized in that a strontium-barium niobate single crystal (Sr 0.61 Ba 0.39 Nb 2 O 6 ) 0.5 mm thick with a half-width of the initial BWW β = 20 arc seconds and a piezoelectric module D ( p) = 140 · 10 -12 C / N, and a change in the intensity of the constant electric field E is made within the range of its values 0-7.8 · 10 5 V / m with the angular displacement of the BWW of the indicated single crystal under the influence of a constant electric field with the indicated variable intensity in Int interval The intensity of the initial BWW I (θ) of this single crystal is 20-80% of the maximum intensity of the initial BWW I max .
RU2016146909A 2016-11-30 2016-11-30 Intensity modulation of x-ray beam RU2642886C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146909A RU2642886C1 (en) 2016-11-30 2016-11-30 Intensity modulation of x-ray beam

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146909A RU2642886C1 (en) 2016-11-30 2016-11-30 Intensity modulation of x-ray beam

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2642886C1 true RU2642886C1 (en) 2018-01-29

Family

ID=61173341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016146909A RU2642886C1 (en) 2016-11-30 2016-11-30 Intensity modulation of x-ray beam

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2642886C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808945C1 (en) * 2023-08-08 2023-12-05 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" Method for controlling angular divergence of x-ray radiation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU106058A1 (en) * 1955-04-18 1956-11-30 Б.А. Финагин The method of obtaining the intensity-modulated x-rays
SU490222A1 (en) * 1974-02-14 1975-10-30 Предприятие П/Я Г-4126 X-ray modulation device
SU728166A1 (en) * 1978-05-05 1980-04-15 Предприятие П/Я Г-4126 Method and device for modulation of radiation
JPS5776441A (en) * 1980-10-30 1982-05-13 Agency Of Ind Science & Technol Modulation method for x-ray wavelength
JPH11219799A (en) * 1998-02-02 1999-08-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> X-ray pulse generating device and its method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU106058A1 (en) * 1955-04-18 1956-11-30 Б.А. Финагин The method of obtaining the intensity-modulated x-rays
SU490222A1 (en) * 1974-02-14 1975-10-30 Предприятие П/Я Г-4126 X-ray modulation device
SU728166A1 (en) * 1978-05-05 1980-04-15 Предприятие П/Я Г-4126 Method and device for modulation of radiation
JPS5776441A (en) * 1980-10-30 1982-05-13 Agency Of Ind Science & Technol Modulation method for x-ray wavelength
JPH11219799A (en) * 1998-02-02 1999-08-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> X-ray pulse generating device and its method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808945C1 (en) * 2023-08-08 2023-12-05 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" Method for controlling angular divergence of x-ray radiation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mikkelsen et al. A crystalline undulator based on graded composition strained layers in a superlattice
Blagov et al. Bimorph actuator: a new instrument for time-resolved x-ray diffraction and spectroscopy
Kulikov et al. LiNbO3-based bimorph piezoactuator for fast X-ray experiments: Static and quasistatic modes
KR20170091656A (en) Radiation beam apparatus
RU2642886C1 (en) Intensity modulation of x-ray beam
Blagov et al. Development of methods for ultrasonic scanning of X-ray wavelength
Grübel et al. Ultrafast x-ray diffraction of a ferroelectric soft mode driven by broadband terahertz pulses
Blazhevich et al. Coherent X-ray radiation generated by a relativistic electron in an artificial periodic structure
Balanov et al. Temporal and spatial design of x-ray pulses based on free-electron–crystal interaction
Roshchupkin et al. X-ray imaging of the surface acoustic wave propagation in La3Ga5SiO14 crystal
Margaritondo Characteristics and properties of synchrotron radiation
Albert Principles and applications of x-ray light sources driven by laser wakefield acceleration
Malaca et al. Coherence and superradiance from a plasma-based quasiparticle accelerator
Vadilonga et al. Observation of sagittal X-ray diffraction by surface acoustic waves in Bragg geometry
Gogolev et al. Acoustic" pumping effect" for quartz monochromators
Skoromnik et al. Parametric X-ray radiation in the Smith-Purcell geometry for non-destructive beam diagnostics
Roshchupkin et al. Space-time modulation of an X-ray beam by ultrasonic superlattice
Mkrtchyan et al. Spatial modulation of X-rays in the presence of external acoustic field
Eliovich et al. Possibility of Controlled Variation of the Atomic Crystal Structure of Paratellurite by Means of the Excitation of an Ultrasonic Standing Wave
Chen et al. Optics-on-a-chip for ultrafast manipulation of 350-MHz hard x-ray pulses
Blagov et al. Fast ultrasonic wavelength tuning in X-ray experiment
Krasovitskiy et al. Heating of Plasma Electrons by Laser Radiation under Parametric Resonance Conditions in Strong Magnetic Field
Khokonov et al. The relationship of channeling radiation to Thomson scattering and the relative efficiency of X-ray production by intense electron beams
Dzyublik et al. Peculiarities of Laue diffraction of neutrons in strongly absorbing crystals
Muradyan et al. Formation of Parallel X-ray Beams with Controllable Quantity and Distances.