Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Поликапиллярная оптика – современный мощный инструмент управления рентгеновским излучением, находит всё большее применение в широком спектре направлений науки и техники. Это обусловлено, прежде всего, работой систем поликапиллярной оптики в широком диапазоне энергетического и углового спектра, малыми размерами оптических систем и возможностью применения лабораторных, и даже маломощных источников рентгеновского излучения. Применение рентгеновских поликапиллярных линз дает возможность переводить расходящийся пучок от рентгеновского источника в параллельный пучок или же сфокусировать его, позволяет создавать приборы нового поколения – рентгеновские спектрометры, рефлектометры. Особенностью этих приборов является их компактность, чрезвычайно малая доза излучения, которая практически совпадает с естественным фоном.
Таким образом, исследование и обоснование целесообразности применения рентгеновских поликапиллярных линз и полулинз является актуальной задачей и имеет значительный теоретический и практический интерес для широкого круга приложений, в том числе для современных нанотехнологий, микросхемотехники и медицинских исследований. Проведённые в работе исследования актуальны в связи с необходимостью создания современных приборов таких, как дифрактометры и спектрометры, с целью совершенствования и полноценного их применения.
Степень ее разработанности
Несмотря на преимущества, даваемые поликапиллярной оптикой, на сегодняшний день практически отсутствуют работы по исследованию фокусирующих и изображающих рентгенооптических свойств поликапиллярной оптики последнего поколения. Большая часть современных работ в области управления и фокусировки рентгеновского излучения выполнена с использованием элементов оптики скользящего падения, фазовых пластинок и других типов рентгеновской оптики, преимущественно на основе синхротронных источников, работа на которых крайне дорога и малодоступна.
Цель данной работы заключалась в исследовании рентгенооптических свойств поликапиллярных линз и полулинз, установление особенностей и возможностей их использования в дифрактометрии для исследования свойств твёрдых тел и соединений.
Для достижения поставленной цели была разработана и создана установка для экспериментального исследования рентгенооптических параметров поликапиллярных линз, полулинз и рентгеновских трубок, на которой, по разработанной методике, необходимо было решить следующие задачи:
– исследование основных параметров поликапиллярных систем: фокусные расстояния, плотность потока рентгеновских квантов в фокусном пятне, трансмиссия, размер фокусного пятна;
– исследование возможности фокусировки поликапиллярной оптикой излучения, генерируемого мощными импульсными источниками;
– исследование протяжённости фокусного пятна поликапиллярной линзы и выявление возможности использования данной особенности в рентгенооптической схеме Дебая-Шеррера и в экспериментах по микродифракции.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана и создана многофункциональная экспериментальная установка для исследования основных параметров поликапиллярных рентгенооптических систем.
2. Разработана методика и проведено комплексное исследование рентгеновских поликапиллярных линз и полулинз.
3. Разработана новая методика исследования анодных пятен рентгеновских трубок с получением 3D изображения.
4. Впервые осуществлена фокусировка рентгеновского излучения импульсных рентгеновских источников поликапиллярной оптикой.
5. Впервые проведено исследование протяжённости фокусного пятна рентгеновской поликапиллярной линзы и обнаружена возможность получения основных схем дифрактометрии, используя поликапиллярную линзу.
Практическая значимость работы
1. Создана автоматизированная многофункциональная установка – стенд для экспериментального исследования рентгенооптических параметров микрокапиллярных структур.
2. Отработаны методики исследования поликапиллярных линз и полулинз, позволяющие получать всю необходимую информацию для дальнейшего их использования в аналитических приборах.
3. Показана возможность использования поликапиллярной оптики для фокусировки рентгеновского излучения импульсных рентгеновских источников, что позволит расширить использование данных источников в различных областях науки техники.
4. Разработана методика исследования анодных пятен рентгеновских трубок имеющая ряд преимуществ, в сравнении с широко известными методами: простота, достаточно высокая точность, широкий диапазон размеров исследуемых анодов, сокращение времени исследования и получение объемного изображения.
5. Проведено исследование протяжённости фокусного пятна поликапиллярной линзы, позволяющее на одном приборе осуществить все основные схемы дифрактометрии и микродифракцию, используя одну лишь поликапиллярную линзу.
Разработанная установка внедрена в Институте Рентгеновской Оптики (г. Москва) и используется для комплексного исследования рентгенооптических поликапиллярных систем. Результаты НИР могут использоваться для исследования источников рентгеновского излучения, для создания многофункционального рентгено-дифракционного комплекса и оптимизации работы импульсных источников рентгеновского излучения.
Методология и методы исследования
Методология диссертационной работы связана с поиском возможных применений поликапиллярных линз в дифрактометрии для исследования свойств твёрдых тел и соединений.
В работе использовались экспериментальные и теоретические методы исследования рентгенооптических характеристик (методы «максимального счета» и «минимального пятна») поликапиллярной оптики, а также метод «острой кромки» для измерения диаметра фокусных пятен поликапиллярных линз, полулинз и рентгеновских трубок.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Автоматизированная многофункциональная экспериментальная установка для исследования основных параметров рентгенооптических систем.
2. Результаты комплексного исследования параметров рентгеновских поликапиллярных систем: переднее и заднее фокусные расстояния, трансмиссия, коэффициент усиления.
3. Результаты исследования по фокусировке рентгеновского излучения импульсных рентгеновских источников поликапиллярной оптикой.
4. Разработанная методика исследования анодных пятен рентгеновских трубок.
5. Результаты исследования протяжённости фокусного пятна поликапиллярной линзы и выявление возможности использования данной особенности в экспериментах по микродифракции и по схеме параллельного пучка.
Соответствие диссертации Паспорту научной специальности
Отраженные в диссертации научные положения соответствуют области исследований по специальности 01.04.07 – «Физика конденсированного состояния», включающей теоретическое и экспериментальное исследование воздействия различных видов излучений на природу изменений физических свойств конденсированных веществ. Полученные научные результаты соответствуют пунктам 4 и 6 Паспорта специальности 01.04.07. – «Физика конденсированного состояния».
Степень достоверности и апробация результатов. При выполнении экспериментов использовалась серийно выпускаемая и уникальная измерительная аппаратура, погрешность которой обеспечивала достоверность полученных результатов. Результаты, полученные в данной работе, определяются применением современных экспериментальных методик, воспроизводимостью результатов, согласованностью данных, полученных экспериментально, с теоретическими оценками, а также имеющимися литературными данными.
Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, семинарах и совещаниях: Международная научно-техническая конференция «Микро- и нанотехнологии в электронике». Нальчик, 2009–2012 гг.; VII Международная конференция «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов». Алматы, 2011 г.; Семинар «Современные технологии в современном машиностроении». Москва: 2011 г., 2012 г.; Международная научная конференция «Неделя горняка». Москва: 2011 г., 2012 г.; Международная научно-практическая конференция «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития». Одесса, 2012 г.
Личный вклад автора. Диссертация представляет итог самостоятельной работы автора, обобщающей полученные лично им результаты, а также в соавторстве с сотрудниками Института Рентгеновской Оптики и Кабардино-Балкарского государственного университета.
Публикации
По теме исследований опубликованы 11 печатных работ, в том числе
4 научные статьи в центральных физических журналах, входящих в список ВАК РФ, и 1 статья в зарубежным издании.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами и заключения, а также списка литературы, включающего 99 наименований. Работа изложена на
135 страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков и 9 таблиц.
