Свойства рентгеновского излучения. Основы рентгенотехники

1.

1
Свойства рентгеновского излучения.
Основы рентгенотехники.
Фотоны рентгеновского излучения имеют энергию от 100 эВ до 250
кэВ, что соответствует излучению с частотой от 3·1016 Гц до 6·1019 Гц
и длиной волны 0,005 - 10 нм.

2.

2
Рентгеновская трубка состоит из
вакуумированного баллона с двумя
электродами — катодом из вольфрамовой проволоки и массивным анодом. При приложении высокого напряжения между электродами электроны, испускаемые катодом, ускоряются и бомбардируют анод. Кинетическая энергия электронов при этом
преимущественно преобразуется в
тепло, и лишь малая часть в энергию рентгеновского излучения (~1%).

3.

Сплошной и линейчатый спектры
Спектр рентгеновской трубки с
медным анодом при разных значениях
ускоряющего напряжения
Сплошной спектр рентгеновской
трубки с вольфрамовым анодом при
разных значениях ускоряющего
напряжения
3

4.

Природа характеристического излучения
4

5.

5
Закон Мозли
R — постоянная Ридберга (109700см-1);
n – главные квантовые числа уровней, на
который и с которого переходят электроны;
s - константа «экранирования»;
Z- заряд ядра атома.

6.

6
Взаимодействие рентгеновского излучения
с исследуемым веществом
Ослабление рентгеновского излучения при прохождении вещества
описывается законом Ламберта-Буггера
где μ - линейный коэффициент ослабления.
Ослабление рентгеновского излучения происходит за счет двух
механизмов – рассеяния и истинного поглощения.
σ - линейный коэффициент рассеяния, τ - линейный коэффициент
поглощения
μ/ρ - массовый коэффициент поглощения

7.

7
Среди процессов рассеяния различают:
Когерентное (Рэлеевское) рассеяние – рассеяние излучения
электронами без изменения длины волны и потери энергии.
Некогерентное (Комптоновское) рассеяние – рассеяние с передачей
энергии электрону отдачи и увеличением длины отражённой волны.
Δλ = (h/m0c)(1 – cosφ) = 0,0242(1 – cosφ)
Вторичные эффекты наблюдаемые при фотоэлектронном поглощении
проявляются в виде флюоресценции (генерации характеристического
излучения атомов облучаемого вещества) и реже, в специально
подготовленных условиях,- эмитирования вторичных и Оже-электронов.

8.

8
β - фильтрация
Схематичный вид положения
краёв полос поглощения
К-, L- и М-серий
Ослабление интенсивности Moизлучения при использовании: а иттрия; б-молибдена; в-циркония

9.

9
Монохроматоры
λ=2d·sinΘm
LiF
SiO2
Si
Ge
Cпиролит
Индексы
отражения
hkl
Межплоскостное расстояние d, Å
Угол отражения
MoKα
200
101
111
111
002
2.0086
3,343
3.1353
3.2665
3.380
10o11'
6о05'
6о30'
6о00'
6о00'
Схемы фокусирующих монохроматоров: а –по Иоганну; б – по Иогансону;
в – по Кошуа и Дю-Монду

10.

Зеркала полного внешнего отражения
10
Θc = 0,234·λ·(ρ·Z/A)½
угол полного внешнего отражения
d = tA + t B
трансляционный период
Рентгеновский отражатель на основе многослойных тонкоплёночных структур
представляет собой стопку из ряда чередующихся тончайших слоев материалов
с высоким и низким показателями преломления. Принцип усиливающего
действия такой структуры основан на интерференционном сложении
сравнительно слабых зеркальных отражений от многих поверхностей.

11.

11
Пропорциональный
детектор

12.

12
Схема полупроводникового (литий-дрейфового)
детекторa:
1 - контакты; 2 - «мертвый слой» (зона р-типа); 3 - чувствительный
слой (зона р-типа); 4 - зона n-типа

13.

13
Наиболее распространённым и стандартно поставляемым детектором для
рентгеновских дифрактометров является сцинтиляционный детектор.

14.

14
Позиционно-чувствительными детекторами (ПЧД) (PSD – positional
sensitive detector) называют детекторы, которые позволяют определить
координату места попадания в них квантов рентгеновского или γизлучения, а во многих случаях – одновременно и энергию,
переданную квантом чувствительному объёму детектора.

15.

15
По количеству
определяемых координат
Одномерные
Двумерные
По методу
регистрации частиц
ПЧД
Ионизационные
Сцинтилляционные
Зарядовые
По механизму генерации сигналов
Дискретные:
Мозаичные
Матричные
(детектирующие
элементы объединены в
строки и столбцы)
Аналоговые:
С разделением заряда
Со сбором заряда на
резистивных цепях
Со сбором заряда в линии
задержки

16.

16
Возможные типы 2D-детекторов рентгеновского излучения

17.

17
Схема телевизионного детектора:
1 – Be окно; 2 – вакуумированый корпус;
3 - люминесцирующий экран;
4 – оптический сжимающий световод;
5 – матрица ПЗС; 6 – элемент Пельтье;
7 – радиатор охлаждения.

18.

18
Детекторы на пластинах с оптической памятью – пластины
изображения (англ. «image plate – IP»). Комбинация пластины
изображения с устройством считывания данных в одном
блоке образует IP-детектор.

19.

Список рекомендуемой литературы:
• Современная кристаллография. Б.К. Вайнштейн. Т.1. М.: «Наука».
- 1979.
• Рентгеноструктурный анализ. А.И. Китайгородский. М.,Л.: ГИТТЛ.
- 1950.
• Рентгенография металлов и полупроводников. Я.С. Уманский.
М.: «Металлургия». - 1969.
• Физическое материаловедение. Учебное пособие. Т.3. /Под ред.
Б.А.Калина. М.: МИФИ. - 2008. ISBN 978-5-7262-0821-3
• Powder Diffraction. Theory and Practice. /Ed. by R.E. Dinnebier, S.J.L.
Billinge. The Royal Society of Chemistry. - 2008. ISBN: 978-0-85404-231-9
• Позиционно-чувствительные детекторы. Горн Л.С., Хазанов
Б.И. М.: Энергоиздат. – 1982. 64 с.