Введение к работе
Актуальность темы исследования
Хорошо известно, что интенсивность рентгеновских дифракционных максимумов массивных идеальных кристаллов сильно отличается от интенсивности дифракционных максимумов искаженных кристаллов [1]. Это дает возможность с помощью определенных воздействий на дифрагирующий кристалл изменять рентгенодифракционные параметры кристаллов и на основе анализа этих изменения судить о структурных несовершенствах данного кристалла. Кроме того, исследование изменений рентгенодифракционных параметров кристаллов под действием внешних воздействий является перспективным направлением в создании устройств рентгеновской оптики.
В настоящее время созданы целые направления, связанные с управлением пучками рентгеновского излучения: брэгг-френелевские линзы [2, 3], многослойные интерференционные зеркала и зонные дифракционные пластинки [4-7], рентгеновские капиллярные фокусирующие системы [8], кристаллические и многослойные монохроматоры [9]. Исследуется также возможность создания фокусирующих оптических систем на основе деформируемых кристаллов и периодических структур с переменным периодом [10, 11]. Для фокусировки рентгеновского излучения обычно используют изогнутые кристаллы, являющиеся основным элементом почти любой рентгенооптической схемы. Для придания заданной формы поверхности кристалла используют различные способы его изгиба, например упругой деформации [12, 13], термопластического изгиба [14, 15] и др. На результат фокусировки рентгеновского излучения изогнутыми кристаллами, помимо геометрических искажений и структурных несовершенств, влияет отклонение локальной кривизны изгиба от заданной, что в значительной степени влияет на параметры рентгенооптических систем. В этом случае актуальным является развитие методов адаптивной рентгеновской оптики, позволяющих корректировать сходимость рентгеновских пучков путем управления профилем изгиба кристалла или (и) локальным изменением параметров его решетки. К числу таких задач относится разработка способов и создание элементов для управления рентгеновскими пучками. Решение данной задачи открывает новые возможности для развития управляемой рентгеновской оптики, например, можно было бы модулировать рентгеновское излучение, т.е. получать эффекты, аналогичные оптическим [16], в рентгеновском диапазоне волн.
Привлекательной является идея внешнего управления дифракционной средой. Это позволяет непрерывно изменять параметры дифракционного максимума и возвращать среду в исходное состояние за счет обратимого воздействия. Реализация идеи управления параметрами среды существенно затруднена целым рядом причин, в частности необходимо отобрать такие
типы воздействий и такие среды, которые приводили бы к заметным эффектам на дифракционной картине.
В качестве внешних воздействий, обратимо изменяющие структуру кристаллов, могут быть поверхностные акустические волны [17,18], наложение внешнего электрического поля [А1 - A3], облучение кристалла лазерным пучком [A3 - А9] и др.
Общая цель диссертационной работы заключается в исследовании и развитии экспериментальных подходов к управлению рентгеновским излучением с помощью воздействия на кристаллы тепловыми и электрическими ПОЛЯМИ.
Для достижения этой цели возникла необходимость решения следующих задач:
1. Исследовать влияние внешних неоднородных воздействий на
характеристики рентгеновских дифракционных максимумов кристаллов. На
основе проведенных исследований разработать способы управления
интенсивностью рентгеновского излучения;
2. На основе анализа зависимостей влияния электрического поля и
лазерного излучения на интенсивность дифракции рентгеновских лучей в
реальных кристаллах попытаться найти подходы к использованию
полученных результатов для контроля качества кристаллов;
-
Исследовать возможность термоиндуцированного управления угловым рассогласованием рентгеновских дифракционных максимумов кристаллов. Разработать способы корректировки сходимости рентгеновских пучков;
-
Исследовать возможность формирования пространственной структуры рентгеновских дифракционных пучков (рентгеновских изображений) тепловым воздействием света на дифрагирующий кристалл;
-
Исследовать влияние теплового воздействия света на дисперсионные свойства кристаллов, разработать способы управления их дисперсионными свойствами.
-
Разработать принципы построения элементов адаптивной рентгеновской оптики. Разработать способы корректировки профиля изгиба поверхности дифракционных элементов с использованием тепловых и электрических полей.
В качестве основных методов исследования нами применены методы рентгеновской дифрактометрии, эллипсометрии, рентгеновской топографии и компьютерного моделирования.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней развит новый подход к управлению рентгеновским излучением на основе влияния электрического поля, лазерного излучения и теплового воздействия света на параметры дифракционных максимумов кристаллов. Разработаны новые способы модуляции интенсивности рентгеновского излучения, изменения
дисперсионных свойств кристаллов, формирования пространственной структуры рентгеновских пучков и их сходимости.
В диссертационной работе впервые изучены и решены следующие вопросы:
-
Получены значительные обратимые изменения интенсивности дифракционных рентгеновских максимумов (А1/10 до 500%) при непосредственном приложении модулирующего электрического ПОЛЯ к электродам на гранях кристалла.
-
Получены и описаны обратимые изменения интенсивности рентгеновских дифракционных максимумов при облучении массивных монокристаллов лазерным излучением малой мощности.
-
Разработаны способы модуляции рентгеновского излучения путем воздействия на кристалл электрического поля и лазерного излучения.
-
Предложен новый подход к методам контроля совершенства кристаллов, который основан на закономерностях влияния лазерного излучения и электрического поля на дифракцию рентгеновских лучей в кристаллах с разной плотностью дислокаций.
-
Показана возможность и разработан новый способ корректировки сходимости рентгеновских пучков путем управления искажением решетки кристалла с помощью теплового воздействия света на его поверхность.
-
Разработан способ формирования пространственной структуры рентгеновских дифракционных пучков, отраженных от поверхности кристаллов, (рентгеновских изображений) при освещении поверхности пространственно модулированным по интенсивности световым пучком, позволяющим, в частности, локализовано воздействовать на биологическую ткань.
-
Показана возможность увеличения разрешающей способности рентгеновских изображений при дифракции рентгеновских лучей на кристаллах, имеющих колончатую структуру поверхности.
-
Показано, что путем управления профилем светоиндуцированной тепловой деформации кристалла можно изменять его ширину кривой дифракционного отражения. Разработаны методы управления шириной кривой дифракционного отражения кристалл-монохроматоров, профиль тепловой деформации, на поверхности которых создается с помощью полупроводниковых ПК лазеров и оптического излучения видимого диапазона.
-
Разработаны оригинальные способы корректировки профиля изгиба поверхности дифракционных элементов, осуществляемые локальными изменениями радиусов кривизны модульной подложки.
Практическое значение работы
Результаты проведенных исследований могут быть использованы:
для получения рентгеновских пучков переменной интенсивности с целью передачи информации сквозь экраны, сделанные из материалов, непроницаемых для других видов электромагнитных волн;
в методах интегральной диагностики совершенства кристаллов;
в системах рентгеновской фокусирующей оптики для корректировки сходимости рентгеновских пучков;
в рентгеновской спектроскопии и дифрактометрии для управления дисперсионными свойствами кристаллов;
в радиологии для формирования пространственно неоднородного распределения интенсивности в рентгеновском пучке с целью локализованного и дозированного воздействия на биологическую ткань.
