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科学家已经证明了在X射线光学系统中使用“缺陷”钻石的可能性

X射线 同步辐射 同步加速器
发布:2021-03-11 14:52:01    

伊曼纽尔·康德·波罗的海联邦大学的物理学家及其外国同事已经证明了使用含氮金刚石晶体制造X射线光学元件的可能性。在对晶体“完美”的研究中,发现了较大的无缺陷区域,足以在第四代同步加速器辐射源和自由电子激光器中使用,从而可以在最小颗粒的水平上进行观察。该研究发表在同步辐射杂志上。

X射线可用于研究物质的微观结构和性质。这要归功于特殊的加速复合体-同步加速器。同步加速器源产生强大的电磁辐射,其波长为纳米的几分之一。X射线从晶体的原子平面部分反射,并部分通过,从而使晶体板可用作分束器,即所谓的“半透明”镜。穿过单色仪-由两个或多个理想晶体制成的光学设备-输出光束仅给出所需的波长。电磁辐射的参数取决于光学元件的材料,并且改善光学特性可提高X射线研究方法的质量和效率。

当前使用的X射线光学元件是基于硅和锗晶体制成的。来自同步加速器源的X射线辐射会强烈加热此类晶体,而其晶格参数会发生变化,这会导致反射光束的畸变。最好的选择是由人造钻石制成的光学元件。它们的热膨胀系数和热导率高于硅的热膨胀系数和热导率,但是在实验室条件下生长的钻石在其结构中不仅包含碳原子,而且还包含氮原子。原子之间的差异在晶体中产生应力,并导致它们之间距离的不均匀变化。决定晶体刻面的主要因素是其内部结构。因此,晶体生长区域的位置-区域,它们是由于特定区域上的层的生长而形成的。在不受控制地分布在晶体整个体积上的生长区域的边界处,会产生应力场。当生长人造晶体时,很难控制氮含量及其分布。因此,据信由含氮金刚石获得的晶片的质量不能满足光学元件的要求。

IKBFU的一个科学小组与同事一起证明了相反的观点,他们收到的钢板面积足以进行工作而没有缺陷。当生长人造晶体时,很难控制氮含量及其分布。因此,据信由含氮金刚石获得的晶片的质量不能满足光学元件的要求。

使用用于生产超硬材料BARS(高压和高温的复合物)的独特设备,在1500°C的温度和超过50000个大气压的压力下生长了两种合成金刚石晶体。获得的晶体具有几乎完美的原子晶格。从每个小片上切下小片,制成薄板。使用荧光检查法对金刚石板的质量进行了初步评估,然后使用同步加速器源通过高分辨率衍射法检查了金刚石板。在扫描板的过程中,获得了可用来评估晶体结构完美性的图形-高分辨率摇摆曲线。

“取决于入射辐射的能量和发生反射的平面,晶体相对于辐射的倾斜角度也会改变。该角度称为布拉格角。我们以该角度倾斜晶体,反射的辐射射到检测器上,然后开始泵浦它。所得的曲线称为摇摆曲线,代表反射辐射的强度与晶体倾斜角的关系。I. Kant IKBFU国际研究中心“相干X射线用于大科学的国际研究中心主任” Anatoly Snigirev解释说,用预先计算出的理想晶体的理论曲线进行了比较。

对获得的图的分析表明,尽管边缘处的晶体板的结构存在许多缺陷,但在中央部分仍存在较大的完整区域。它-晶体的工作区域-超过表面的50%。由于板的缺陷在钻石的切割和抛光过程中出现,因此使用含氮钻石制造X射线光学器件的可能性取决于这些工艺的进一步改进。金刚石板将同时改善几种光学元件:单色仪,分束器,干涉仪和折射透镜。

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