SU873281A1

SU873281A1 - X-ray radiation collimating monochromator

Info

Publication number: SU873281A1
Application number: SU802871296A
Authority: SU
Inventors: Феликс Николаевич Чуховский; Владимир Васильевич Суходольский; Александр Борисович Гильварг; Карен Терханович Габриелян; Павел Васильевич Петрашень
Original assignee: Специальное Конструкторское Бюро Института Кристаллографии Им.А.В.Шубникова Ан Ссср
Priority date: 1980-01-21
Filing date: 1980-01-21
Publication date: 1981-10-15

Description

Изобретение относится к рентгенсТструктурному анализу,а более конкретнок монохроматорам рентгеновского излучения .The invention relates to x-ray structural analysis, and more specifically to x-ray monochromators.

Известны монохроматоры рентгеновс'' кого излучения, содержащие плоский ^!монокристалл и щелевую диафрагму,установленную по ходу отраженного от монокристалла рентгеновского пучка Г1].X-ray monochromators of flat radiation are known ^! single crystal and a slit diaphragm installed along the X-ray beam G1] reflected from the single crystal.

Известен также коллимирующий монохроматор расходящегося рентгеновско- ¹¹го пучка, выполненный в виде изогнутого монокристалла, установленного относительно фокуса источника таким образом, что от него отражается параллельный пучок рентгеновских излу- ¹чения L2].Also known collimating divergent rentgenovsko- monochromator ¹¹ of the beam, made in the form of a bent single crystal mounted with respect to the source of the focus so that the parallel beam of X-radiated ¹ cheniya L2] is reflected from it.

Однако известные монохроматоры не обеспечивают высокой степени монохроматизации и коллимации рентгеновского излучения.However, known monochromators do not provide a high degree of monochromatization and collimation of x-rays.

Наиболее близким техническим решением является устройство для монохроматизации рентгеновского излучения, (Содержащее два последовательно расюл оже иных по ходу рентгеновских пучка плоских монокристаллов, используемое в трехкристальных рентгеновских спектрометрах Ез].The closest technical solution is a device for monochromatization of x-ray radiation, (containing two sequentially different same in the course of the x-ray beam of flat single crystals used in three-crystal X-ray spectrometers Ez].

Недостатками данного устройства являются: потеря интенсивности излучения в результате коллимации, причем, при последовательных отражениях от плоских кристаллов, интенсивность практически падает во столько раз, во сколько пучок становится близким к параллельному; высокие требования к точности и ориентировке атомных плоскостей кристаллов; высокие требования к взаимной юстировке используемых кристалл-монохроматоров.The disadvantages of this device are: loss of radiation intensity as a result of collimation, moreover, with successive reflections from plane crystals, the intensity practically drops as many times as the beam becomes close to parallel; high requirements for accuracy and orientation of the atomic planes of crystals; high requirements for the mutual alignment of the used crystal monochromators.

Цель изобретения - повышение интенсивности пучка.The purpose of the invention is to increase the intensity of the beam.

Поставленная цель достигается тем, что в коллимирующем монохроматоре рентгеновского излучения, содержащем два последовательно расположенных по ходу рентгеновского пучка монокристал3 ла, монокристаллы выбраны таким образом, что угловой диапазон дифракции первого монокристалла д.₄меньше углового диапазона дифракции второго монокристалла _f причем ₅ второй монокристалл выполнен изогнутым и установлен таким образом, чтоThis goal is achieved by the fact that in a collimating x-ray monochromator containing two monocrystal 3 sequentially located along the x-ray beam, the single crystals are selected so that the angular diffraction range of the first single crystal is ₄ smaller than the angular diffraction range of the second single crystal _f and _{5 the} second single crystal is curved and installed in such a way that

R -радиус изгиба второго монокрис- ^,0талла; L₀ - расстояние от мнимого точечного источника рентгеновского излучения до второго монокристалла по центральному лучу отраженного первым монокристаллом пучка; и ^,5 направляющие косинусы падающего на второй монокристалл и отраженного от него центрального луча пучка рентгеновского излучения соответственно.R is the bending radius of the second monocris ^{, 0} tall; L ₀ is the distance from the imaginary point source of x-ray radiation to the second single crystal along the central beam of the beam reflected by the first single crystal; and ^{, 5 the} directing cosines of the x-ray beam incident on the second single crystal and reflected from it by the central beam, respectively.

На чертеже изображен коллимирую- ²⁰щий монохроматор.The drawing shows a collimating ²⁰ monochromator.

Коллимация узкого пучка рентгеновских лучей осуществляется следующим образом.The collimation of a narrow beam of x-rays is as follows.

На плоско-параллельный монокристалл* с асимметричным отражением падает пучок рентгеновского излучения от. ис'точника S (острофокусная; трубка.ширина фокуса -V 20 мк) . В результате дифракционного отражения от кристал- ³⁰ла 1 пучок попадает на изогнутый монокристалл 2. Отраженный от первого монокристалла 1 пучок имеет угловую и спектральную расходимости,, соответствующие угловому диапазону дифракции 35 для данного дифракционного отражения ^Δ frkS , что эквивалентно наличию мнимого точечного источника S^d . Вто- / рой изогнутый монокристалл 2 установлен таким образом, что 40An X-ray beam from is incident on a plane-parallel single crystal * with asymmetric reflection. source S (sharp focus; tube. focus width -V 20 microns). As a result of diffraction reflection from a crystal of ³⁰ l, the beam hits a bent single crystal 2. The beam reflected from the first single crystal has angular and spectral divergences corresponding to an angular diffraction range of 35 for a given diffraction reflection ^Δ frkS, which is equivalent to the presence of an imaginary point source S ^{d d} . The second- / swarm curved single crystal 2 is set so that 40

RlLo^Mo'W’ где В - радиус изгиба кристалла 2;RlLo ^ Mo'W ’where B is the bending radius of crystal 2;

1.0=:05 ! ~ расстояние от мнимого ис-45 точника S .до кристалла 2 по центральному лучу рентгеновского пучка;1.0 =: 05! ~ the distance from the imaginary source 45 of the source S. to crystal 2 along the central ray of the x-ray beam;

То и TrV) - направляющие косинусы падающего на монокристалл 2 и отраженного от него центрального луча 50 рентгеновского пучка. При этом от монокристалла 2 с ориентацией атомных Плоскостей (¼¹1(1 К”¹) отражается строго параллельный пучок рентгеново*? кого излучения. Существенно, что если 55 выполняется условие отражение происходит без потери интенсивности излучения, отраженного от кристалла 1, Дифракционное уширение отражаемого от монокристалла 2 рабочего пучка определяется выражениемThat and TrV) are the directing cosines of the x-ray beam incident on the single crystal 2 and the central beam 50 reflected from it. In this case, a strictly parallel beam of x-ray radiation is reflected from single crystal 2 with the orientation of the atomic planes (¼ ¹ 1 (1 K ” ¹ ). It is essential that if the condition 55 is satisfied, the reflection occurs without loss of the radiation intensity reflected from crystal 1, Diffraction broadening reflected from the single crystal 2 of the working beam is determined by the expression

Предлагаемый монохроматор также позволяет увеличить интенсивность рабочего пучка в узком угловом интервале, тем самым сокращая время эксперимента по сравнению с двух(трех) кристальными коллиматорами с плоскими монокристаллами. ,The proposed monochromator also allows you to increase the intensity of the working beam in a narrow angular interval, thereby reducing the experiment time in comparison with two (three) crystal collimators with flat single crystals. ,

Пример реализации. Для коллимации рентгеновского пучка использована схема двухкристального рентгеновского спектрометра. Плоский монокристалл 1 кремния ориентирован так, что • на нем происходит асимметричное отражение Су и К^от плоскости (422) ^параметр асимметрии Ь = 0.1). Угловая ширина пучка, отраженного от монокристалла 1, равна 4x10^ рад., что •соответствует расстоянию cLp от мнимого источника S до кристалла 2, равному 50 м, при расстоянии действительный источник S - кристалл 1, равном 49,8 см, и расстояния от монокристалла 1 до монокристалла 2, равном 20 см (все расстояния берутся по центральному лучу). Отраженный от монокристалла 1 пучок падает на изогнутый по цилиндру монокристалл 2 с радиусом изгиба Р = 2 βρ/δίπΟ , =142 м, ориентированный таким образом, что центральному лучу 3 соответствует симметричное брэгговское отражение Ίι'Ή'β¹ = 422. Монокристалл 2 представляет высоко совершенный монокристалл кремния. В результате второго отражения угло- , вой интервал рабочего пучка определяется дифракционным уширением S = 4 В Δ^ι л. 0,2x10! т.е. на. порядок меньше, чем область отражения от монокристалла 1. При этом отражение от монокристалла 2 происходит без потери интенсивности, посколькуImplementation example. To collimate the x-ray beam, a double-crystal x-ray spectrometer was used. The flat silicon single crystal 1 is oriented so that • asymmetric reflection of Cy and K ^ from the plane (422) takes place on it (asymmetry parameter b = 0.1). The angular width of the beam reflected from the single crystal 1 is 4x10 ^ rad., Which • corresponds to the distance cLp from the imaginary source S to crystal 2 equal to 50 m, with a distance of the real source S - crystal 1 equal to 49.8 cm, and the distance from single crystal 1 to single crystal 2, equal to 20 cm (all distances are taken along the central beam). The beam reflected from single crystal 1 is incident on a single crystal bent along a cylinder 2 with a bending radius P = 2 βρ / δίπΟ, = 142 m, oriented in such a way that the symmetrical Bragg reflection соответствуетι'Ή'β ¹ = 422 corresponds to the central beam 3. Single crystal 2 represents highly perfect single crystal of silicon. As a result of the second reflection, the angular interval of the working beam is determined by the diffraction broadening S = 4 V Δ ^ ι l. 0.2x10! those. on the. an order of magnitude less than the region of reflection from single crystal 1. In this case, reflection from single crystal 2 occurs without loss of intensity, since

В схеме двухкристального спектрометра с двумя последовательными симметричным (422) и асимметричным (422) отражениями от плоских монокристаллов параметр асимметрии Ь= 0,1, СуК^·- излучение, трубка БСВ-19, напряжение 25хв, ток 10' m А) получено, что при абсолютной коллимации пучка Дб 3x10 отношение числа квантов, отраженных вторым монокристаллом ! ), к числу квантов, отражен5 873281 t · И Mtl * ных первым монокристаллом —3—/, составляет Nq/N₄ s 0,10-0,1 2 (при различных величинах входной щели спектрометра). В предложенном коллимирующем монохроматоре при тех же параметрах коллимации пучка это отношение составляет величину г = 0,56-0,85 (Р = 140-145 м).In the scheme of a two-crystal spectrometer with two sequential symmetric (422) and asymmetric (422) reflections from plane single crystals, the asymmetry parameter b = 0.1, CyK ^ · radiation, a BSV-19 tube, a voltage 25hv, a current of 10 'm A) were obtained, that with absolute collimation of a beam of DB 3x10, the ratio of the number of quanta reflected by the second single crystal! ), to the number of quanta reflected5 873281 t · And Mtl * of the first single crystal –3– /, is Nq / N ₄ s 0.10-0.1 2 (for various values of the entrance slit of the spectrometer). In the proposed collimating monochromator with the same beam collimation parameters, this ratio is r = 0.56-0.85 (P = 140-145 m).

Claims

(54) X-RAY X-RAY MONOCHROMATOR The invention relates to X-ray structural analysis, and more specifically to X-ray monochromators. X-ray monochromators containing a flat single crystal and a slit diaphragm mounted along the reflected x-ray beam from an ul single crystal are known. Also known for collimating a monochromator is the divergence of a single X-ray beam that is installed relative to the source focus in such a way that parallel beam x-ray G21. However, the known monochromators do not provide a high degree of monochromatization and collimation of x-ray radiation. The closest technical solution is a device for monochromatizing X-ray radiation (containing two flat planar crystals, successively arranged along the X-ray beams, used in three-crystal X-ray spectrometers, Cz. The disadvantages of this device are: loss of radiation intensity due to collimation, moreover from flat crystals, the intensity practically drops as many times as the beam becomes close to parallel high requirements for the accuracy and orientation of the atomic planes of crystals, high requirements for mutual adjustment of the used crystal-monochromators. The purpose of the invention is to increase the intensity of the beam. The goal is achieved by having a single crystal in the collimating X-ray monochromator , single crystals are chosen in such a way that the angular range of diffraction of the first single crystal u. – t is smaller than the angular range of diffraction second a single crystal and, the second single crystal being curved and installed in such a way that (V3) R is the bending adius of the second single-crystal; i is the distance from the imaginary point x-ray source to the second single crystal along the central beam of the beam reflected by the first single crystal; f and the direction cosines of the x-ray beam incident on the second single crystal and reflected from the central beam, respectively. The drawing shows a collimated monochromator. The collimation of a narrow beam of x-rays is carried out as follows. An x-ray beam is incident on a plane-parallel monocryst i with asymmetric reflection. and point S (acute focus; tube, focus width — 20 microns). As a result of diffraction reflection from crystal 1, the beam hits a bent MO crystal 2. The beam reflected from the first single crystal has angular and spectral divergences corresponding to the angular range of the diffraction for a given diffraction reflection f g, which is equivalent to the presence of an imaginary point source. W, a swarm of a bent single crystal 2 is set in such a way that I | b o To 1Go-T) 1 where B is the bending radius of the crystal 2; . -j the distance from the imaginary and the point S to crystal 2 along the central beam of the x-ray beam; Both j-Vi are the direction cosines of the central X-ray beam incident on a single crystal 2 and reflected from it. In this case, a strictly parallel beam of X-ray radiation is reflected from single crystal 2 with orientation of atomic Planes (2). It is significant that if the condition is satisfied, ,, H & , reflection occurs without loss of intensity of radiation reflected from crystal 1, Diffraction broadening of the working beam reflected from single crystal 2 is determined by the expression) The proposed monochromator also allows increasing the intensity of the working beam in a narrow angular interval, thereby reducing the time of the experiment compared to two (three ) crystal collimators with flat single crystals., Example of implementation. For collimation of the X-ray beam, a dual-crystal X-ray spectrometer was used. A flat silicon monocrystal 1 is oriented so that an asymmetric reflection of Su and the (422) plane occurs on it (asymmetry detector L 0.1). The angular width of the beam reflected from single crystal 1 is 4x10 rad. That | Corresponds to the distance oLo from the imaginary source S to crystal 2 equal to 50 m; at a distance the actual source S is crystal 1 equal to 49.8 cm, and the distance from single crystal 1 to single crystal 2, equal to 20 cm (all distances are taken along the central beam). A beam reflected from single crystal 1 falls on a single crystal 2 bent in a cylinder with a bending radius P 2, 42 m, oriented in such a way that the central beam E corresponds to a symmetric Bragg reflection 422. Monocrystal 2 is a highly perfect single crystal of silicon. In the result of the second reflection, the angular interval of the working beam is determined by the diffraction broadening S 4 0,2xlOt i.e., on. the order is smaller than the reflection region from single crystal 1. At the same time, reflection from single crystal 2 occurs without loss of intensity, because in a two-crystal spectrometer with two consecutive symmetric (422) and asymmetric (422) reflections from flat single crystals, the asymmetry parameter is 0.1, radiation, BSV-19 tube, voltage 25хв, current 10 m А) 55 P absolute beam collimation was obtained; 4 3x10 ratio of the number of quanta reflected by the second single crystal ML -L-) | to the number of guys, is reflected. - - / h - FIRST N first single crystal is 0.10-0.1 2 (for different values of the entrance slit of the spectrometer). In the proposed collimating monochromator with the same beam collimation parameters, this ratio is P 0.56-0.85 P 1AO-145 m). Claims An x-ray collimating monochromator containing two successively arranged single crystal x-ray beams, characterized in that, in order to increase the beam intensity, the single crystals are chosen in such a way that the angular diffraction range of the first single crystal (&, () is less than the angular diffraction range the second single crystal (Aj) i and the second single crystal is curved and installed in such a way that R / o-Go (Go-Tb) where R is the bending radius of the second single crystal, Bd is the distance of the imaginary point source of x-ray radiation to the second single crystal along the central beam of the first crystal reflected by the first crystal; T o T} 3 driving cosines of the central beam of the x-ray radiation incident on the second crystal and reflected from it, sources of information taken into account during the examination 1. Heiker D. M, X-ray diffractometry of single crystals L., Mashinostroenie, 1973 p.40-43,

2. US Patent 3982127,250-273, published. 1976.

3. Kovalchuk M. V, et al. Three-crystal X-ray spectrometer for the investigation of the structural perfection of real crystals - PTE. 1976, No. 1, p. 195 (prototype).