Избранные вопросы рентгеновской оптики и рентгеновской голографии Егиазарян, Арменак Маркосович

Введение к работе

Актуальность темы. Осуществление рентгеновской коротковолновой голографии имеет очень важное значение для развития микроскопии, а также для визуализации внутренней микроструктуры, непрозрачных для оптического излучения веществ. Поэтому рентгеновская коротковолновая голоірафия представляет определенный иіггерес наряду с электронной микроскопией и оптической голографией. Ее осуществление откроет новые перспективы перед рентгеновской дефектоскопией, голографией микрообъектов и рентгеновской когерентной оптикой. Кроме того, восстановление фронта рентгеновской волны с помощью волны оптического лазера дает возможность свести, частично, задачу рентгеносвских исследований к задаче выявления информационного содержания оптической волны. Несомненно, осуществление рентгеновской голографии связано с проблематическими трудностями - отсутствием более или менее интенсивных источников когерентного рентгеновского излучения, аберрациями волнового фронта при топографическом восстанавлении и т.д. Несмотря на это, некоторые исследователи из-за отсутствия объектива рентгеновских лучей прибегли к топографическому методу. В 1952г. Эль-Сам и Киркпагрик смогли получить видимое изображение тонкой проволоки при освещении ее рентгеновской дифракционной картины, зарегистрированной за 20 лет перед этим Келлстромом. Далее, в семидесятых годах некоторые авторы сумели обойти эти трудности и экспериментально осуществили рентгеновскую длинноволновую голографию, а также предсказали пути ее дальнейшего развития.

С появлением рентгеновских резонаторов и циклических мопохроматоров (Ереванский государственный университет), используемых в качестве своеобразных когерентных источников коротковолнового рентгеновского излучения, становится возможным осущестазение и коротковолновой рентгеновской голографии.

Наши исследования показали, что коротковолиувую рентгеновскую голографию можно осуществить и реіптеноинтерферометрическими методами. Сопоставляя задачу записи рентгеновских интерференционных картин с задачей записи голограммы, мы заметши, что при определенных условиях эти картины можно рассматривать как рентгеновские голограммы и осуществлять восстановление предметного изображения в видимом свете.

Для ее практической реализации необходимо преодолеть следующие трудности:

1. получение рентгеновских волновых пучков с достаточной пространственно-временной когерентностью;

2. доведение интенсивности когерентного освещения предмета до максимума с целью получения больших разрешений;

3. проведение записи по таким схемам, чтобы получалась большая светосила и разрешение существующих регистрирующих материалов было бы достаточным для записи амплитудного рельефа интерференционного поля;

4. обеспечение безабберационного восстановления предметных волновых полей.

Преодоление вышеуказанных трудностей откроет новые перспективы перед рентгеноголографической микроскопией. С этой точки зрения тема диссертации, в которой:

- теоретически рассмотрен вопрос о возможности применения
дифракционно-коллимированного в рентгеновском циклическом
монохроматоре излучения для осуществления голографии по схеме
оптической осевой голографии в рентгеновской коротковолновой области;

- предложены новые интерферометрические схемы с дифракционной
фокусировкой для осуществления рентгеновской коротковолновой
голографии;

- решены некоторые избранные задачи рентгеновской оптики,
достаточно актуальна.

Известно несколько экспериментов по получению рентгеновских голограмм, позволяющих получить голограммы микрообъектов с разрешением до 1 мкм. В области коротковолнового излучения 0,1-1 Е исследования активизировались после разработки принципов рентгеновской интерферометрии, обнаружения эффектов фокусировки рентгеновских лучей при дифракции на совершенных кристаллах, развития многокристальных схем монохроматизации и коллимации рентгеновского излучения.

Рентгеновская коротковолновая голография, сохраняя в себе всю актуальность оптической голографии, еще более актуальна из-за голографирования с большим разрешением как прозрачных, так и непрозрачных дня света тел. В настоящее время для развития науки и техники по созданию новых материалов одним из актуальных вопросов является диагностика совершенства кристаллов. Этот вопрос с большим успехом можно решіггь применяя рентгеновскую коротковолновую голографию. В частности, для исследования распределений скоплений точечных дефектов (кластеров), временных характеристик их движения и развития визуализации и т.д. рентгеновская коротковолновая голография незаменима.

В настоящее время исследования, в области рентгеновской голографии, проводятся рядом научных групп за рубежом. Все это указывает на актуальность темы диссертационной работы.

Цель работы. Теоретически обосновать возможность применения диффракционно-коллимированных в совершенных кристаллах ренггеновских пучков в коротковолновой рентгеновской голографии.

Предложить новые интерферометрические схемы дпя осуществления рентгеновской коротковолновой голофафии.

Решить некоторые избранные задачи рентгеновской оптики с целью предложения новых моделей элементов рентгеновской оптики.

Научная новизна. Новизна работы состоит в следующем:

1. доказано, что дифракционно-коллимированные в рентгеновском циклическом монохроматоре пучки обладают всеми необходимыми характеристиками для реализации рентгеновской коротковолновой голографии,

2. предложены новые интерферометрические схемы реализации коротковолновой рентгеновской голофафии,

3. решены некоторые избранные задачи реігггеновской оптики и предложены новые модели элементов рентгеновской оптики. Практическая ценность. Осуществление рентгеновской коротковолновой

голофафии создает возможность исследования микронесовершенств кристаллов, их визуализации, динамику их развития и движения. Найдет свое широкое применение в медицине. Можно будет исследовать распределение плотности веществ в аморфных телах.

Предложенные в диссертации новые модели элементов рентгеновской оптаки дадут возможность создать эти элементы.

Апробация работы. Основное содержание диссертации опубликовано в отечественных и в зарубежных журналах. Получено авторское свидетельство на изобретение "Способ записи рентгеновской коротковолновой голофафии". Основные результаты доложены на Всесоюзном совещании "50 лет отечественного приборостроения и XII Всесоюзное совещание по рентгеновской спектроскопии (1978г.) на Всесоюзном совещании по многоволновому рассеянию ретгеновских лучей (Цахкадзор, 1978г.), на II Всесоюзном совещании по методам и аппаратуре для исследования когерентного взаимодействия излучения с веществом (Цахкадзор, 1982г.), на V Всесоюзном совещании "Рентгеновские дифракционные изображения дефектов в кристаллах" (Ереван, 1983г), на Всесоюзном совещании Проблемы рентгеновской диагностики несовершенств кристаллов (Цахкадзор, 1982г), на XV Всесоюзном совещании по рентгеновской и электронной спектроскопии (Ленинфад, 1988г), на V Всесоюзном совещании по когерентному взаимодейевию излучения с веществом (Симферополь, 1990г), на Второй национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (РСНЭ-99) (Москва 1999г), на научных семинарах профессорско-преподавательского состава физического факультета ЕГУ, на научных семинарах ИППФ". За ряд работ 1978 гада получена вторая премия на конкурсе "Молодой научный сотрудник ЕГУ". Кроме того, работа многократно докладывалось на научных семинарах кафедры ФТТ ЕГУ, в институте ИФИ НАН РА.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 24 статьях и тезисах докладов конференций, список которых приведен в конце автореферата. Получено авторское свидетельство на изобретение "Способ записи рентгеновской коротковолновой голограммы".

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и библиографии. Рабога изложена на 171 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и библиографию, включающую 113 наименований.

На защиту выносятся следующие научные положения:

4. разработанный метод для вычисления коэффициентов поляризации, интенсивности и модуля комплексной степени поперечной когерентности рентгеновских волновых пакетов, выходящих из рентгеновского циклического монохроматора;

5. предложенный метод для измерения радиуса поперечной когерентности рентгеновского излучения, выходящего из рентгеновского циклического монохроматора;

6. разработанный теоретический метод для определения модуля комплексной степени пространственной когерентности рентгеновского излучения , выходящего из системы двух рентгеновских циклических монохроматоров со взаимно перпендикулярными плоскостями дисперсии;

7. доказательство возможности осуществления рентгеновской коротковолновой голографии по осевой схеме с применением излучения, выходящего из рентгеновского циклического монохроматора;

8. разработанная общая теория записи интерференционных картин, получаемых в трехблочном интерферометре, и предложенный новый способ записи рештеновской коротковолновой голограммы;

9. новая модель ультразвуковой рентгеновской линзы, фокусирующей в двух взаимноперпендикулярных направлениях;

10. аналитическое решение задачи определения поля температур в анизотропной среде при установившемся температурном градиенте с целью определения фактора Дебая-Валлера;

11. новый теоретический метод точного восстоновления Мессбауэровских и Рентгеновских спектров;

12. способ определения коэффициента аномального поглощения рентгеновских лучей в слабо деформированных кристаллах;

13. исследование взаимосвязи явления переброски и пространственной когерентности рентгеновских лучей.