Ученые разработали новый метод настройки элементов рентгеновской оптики
Новый метод настройки элементов рентгеновской оптики, применяемой на синхротронах нового поколения, и лазеров на свободных электронах, разработан учеными МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок „Мегасайенс“» Балтийского федерального университета им. И. Канта совместно с учеными из Научного центра по изучению лазеров на свободных электронах (CFEL) и Европейского центра синхротронного излучения (ESRF).
Метод будет применен на строящихся в России установках класса «Мегасайенс». Кроме того ими предложен оригинальный метод измерений рентгеновских спектров, позволяющий избегать потерь интенсивности (т.н. рентгеновских глитчей).
Благодаря короткой длине волны рентгеновское излучение легко проходит через исследуемое вещество и позволяет получать изображения с высокой степенью детализации отдельных элементов, в том числе с разрешением порядка 0,1 миллиардная метра.
Ученым для изучения внутренней структуры объекта необходимо, чтобы рентгеновские лучи были фокусированы до размера этого объекта. Для этого используются различные элементы рентгеновской оптики.
Качество фокусировки зависит от качества поверхности оптического элемента и внутренней структуры его материала. Поэтому самыми подходящими материалами для этих элементов являются монокристаллы кремния, германия или алмаза, которые научились создавать с практически идеальной внутренней структурой, которая в кристаллах является периодической.
При падении рентгеновского луча на подобную периодическую структуру возникают эффекты интерференции и дифракции, приводящие к тому, что упавший на монокристалл луч далее будет распространяться под некоторым углом к падающему, что и называется эффектом дифракционных потерь или рентгеновских глитчей.
Для конкретного угла падения излучения на кристалл этот эффект будет наблюдаться на различных длинах волн рентгеновского излучения, из-за чего в спектре прошедшего через кристалл излучения будут наблюдаться провалы интенсивности. Такое явление может привести к ряду проблем во время экспериментов, когда длина волны падающего излучения непрерывно изменяется (спектроскопия). Поэтому необходимо понимать закономерности этого явления и, желательно, найти пути «подавления» этих глитчей.
Изучение рентгеновских глитчей в монокристаллических оптических элементах, которое выполнила команда исследователей, легло в основу разработанного ими нового метода, настройки оптических элементов синхротронной станции для более точного определения длины волны рентгеновского излучения, получаемого после монохроматизации. излучения.
Точное знание длины волны позволяет увеличить прецизионность измерения параметров исследуемых образцов в микромире, поскольку достоверное определение любых линейных размеров прямо пропорционально точности определения текущей длины волны используемого рентгеновского излучения.
Алгоритм метода подробно описан в статье «Использование дифракционных потерь рентгеновских лучей в монокристалле для определения параметров его решетки, а также для калибровки монохроматора», опубликованной в Journal of Synchrotron Radiation.
Наталия Климова, м. н. с. МНИЦ рассказала: «Еще одним практически значимым применением глитчей является возможность точного определение ориентации любого кристалла относительно рентгеновского луча. Анализируя энергии глитчей для двух различных ориентаций одного кристалла, можно определить любую ось вращения данного кристалла».
Эти данные могут быть использованы для настройки различных монокристаллических элементов, например, монохроматоры или разделители пучка. В том числе подобная информация позволит настраивать линии задержки, используемые для изучения динамических процессов, а также системы, позволяющие одновременно освещать образец с различных направлений для получения его трехмерной картины, не вращая его, рассказала Климова.
В настоящее время ученые продолжают работать в области дальнейшего конструктивного применения рентгеновских глитчей, в том числе в лабораторных источниках рентгеновского излучения для повышения эффективности измерений.
