авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Рентгенооптические свойства поликапиллярных линз и их применение в дифрактометрии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи






КУМАХОВ АЛИМ АДИЛЕВИЧ





РЕНТГЕНООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ПОЛИКАПИЛЛЯРНЫХ ЛИНЗ

И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ДИФРАКТОМЕТРИИ




01.04.07 – Физика конденсированного состояния




АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Нальчик – 2013

Работа выполнена на кафедре физических основ микро- и наноэлектроники ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» и в Институте Рентгеновской Оптики, г. Москва

Научный руководитель: Тешев Руслан Шахбанович, доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Хоконов Мурат Хазреталиевич, доктор физико-математических наук, профессор, Кабардино-Балкарский государственный
университет, заведующий кафедрой
теоретической физики
Мустафаев Гусейн Абакарович, доктор технических наук, профессор, Северо-Кавказский горнометаллургический институт (государственный технологический университет)

Ведущая организация: Воронежский государственный университет

Защита состоится «03» июля 2013 года в 13-00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.076.02 при Кабардино-Балкарском государственном университете им. Х.М. Бербекова по адресу: 360004, г. Нальчик,
ул. Чернышевского, 173, зал заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке КБГУ по адресу: г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173, КБГУ, корпус 1.

Автореферат разослан «___»_________2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор физико-математических наук, профессор А.А. Ахкубеков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


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.


КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, кратко излагаются основные задачи и формулируются цели диссертационной работы, определены методы исследования, выделены научная новизна и практическая значимость, основные защищаемые положения, приведены сведения об апробации работы и другие общие характеристики работы.

В первой главе диссертации описываются существующие на сегодняшний день способы управления пучками рентгеновского излучения, такие, как рентгеновские зеркала, зеркала Киркпатрика – Бозе, щели Соллера и др. Все эти способы основаны на однократном отражении рентгеновского излучения от поверхности [1]. Низкая эффективность классических элементов рентгеновской оптики, основанных на однократном отражении рентгеновского излучения от поверхности, обусловлена малыми углами захвата. Прин­ципиально новые возможности открываются в связи с разработкой пред­ложенных М. А. Кумаховым элементов рентгеновской оптики, основанных на многократных отражениях рентгеновского излучения от специальным образом изогнутых поверхностей. Создаваемые на этой основе различные рентгенооптические системы позволяют управлять рентгеновскими пучками в широком спектре частот и углов [2].

Поликапиллярная рентгеновская оптика – оптика многократного отра­же­ния, выгодно отличается от существующих рентгенооптических систем однократного отражения по своим параметрам, таким, как угол захвата (апер­тура), эффективность поворота на большие углы, увеличение концентрации рентгеновского излучения в фокальном пятне. Управление рентгеновским излучением можно осуществлять и монокапиллярной системой – системой состоящей из пучка одинаковых монокапилляров, плотно упакованных в поперечной плоскости таким образом, чтобы упаковка была строго упоря­дочена. Однако поликапиллярная система (рисунок 1) намного эффективнее монокапиллярной, это обусловлено тем, что при малом критическом угле апертурный угол будет мал:

, (1)

следовательно, передаваемая мощность также будет мала:

, (2)

где – коэффициент пропускания, зависящий от геометрических параметров монокапилляра и от качества внутренней отражающей поверхности канала.

Рисунок 1 – Структура поликапилляра

В поликапиллярной системе апертурный угол значительно превосходит критический угол:

, (3)

и соответственно мощность системы:

, (4)

где – коэффициент пропускания поликапиллярной системы.

На сегодняшний день существует пять поколений рентгеновских поликапиллярных линз. Первые рентгеновские линзы, собранные в Институте Рентгеновской Оптики, имели довольно большие геометрические размеры [3]. Они собирались вручную из отдельных монокапилляров. Современные микролинзы и полулинзы имеют геометрические размеры в десятки миллиметров, фокусные расстояния от долей миллиметра и размеры фокусных пятен в единицы микрон, а размеры единичных капилляров достигли нанометрового размера.

К основным возможностям поликапиллярной оптики можно отнести следующее: создание квазипараллельного пучка рентгеновских лучей, с помощью поликапиллярной полулинзы, создание сходящегося и расходящегося рентгеновского излучения, с помощью поликапиллярной линзы, монохроматизация рентгеновского излучения, фильтрация дифракционных отражений с помощью поликапиллярных растров и др.

За последние годы на основе поликапиллярной оптики было разработано новое поколение аналитических приборов и установок: спектрометры, малогабаритные дифрактометры, микронасосы, сенсоры. Для успешной реализации этих возможностей необходимо совершенствовать технологию изготовления современных линз и полулинз, всесторонне исследовать их свойства и характеристики, а также проводить исследования с целью поиска новых возможных применений.

Во второй главе описывается разработанная и созданная нами автоматизированная многофункциональная экспериментальная установка для измерения основных параметров поликапиллярных рентгенооптических систем.

Блок-схема экспериментальной установки, представленная на рисунке 2, включает в себя: держатель с линзой (1); источник рентгеновского излучения, в качестве которого используется рентгеновская трубка БС-11 (2); блок детектирования (3), включающий в себя сцинтилляционный детектор в качестве основного элемента, полупроводниковый детектор, регистрирующий энергетический спектр рентгеновского излучения, выходящего из линзы или рентгеновской трубки и систему визуализации для наглядной фокусировки рентгеновского излучения; контроллер, управляющий работой шаговых двигателей (4); амплитудно-цифровой преобразователь (5); персональный компьютер (6).

Установка создана с применением высокоточного механического и электронного оборудования фирмы Standa. Электронное оснащение и программное обеспечение, позволяющие автоматически управлять процессами измерения и обрабатывать экспериментальные данные, созданы нами.

  Блок-схема установки -8

Рисунок 2 – Блок-схема установки

Экспериментальная установка совмещает функции измерительной установки контроля качества поликапиллярных линз и полулинз и установки физических исследований микрофокусной поликапиллярной оптики. При создании экспериментальной установки приоритет отдавался многофункциональности перед простотой эксплуатации.

Ввиду низких значений критического угла, важной проблемой при использовании поликапиллярных структур в составе оптических систем является юстировка. Под юстировкой линзы понимается взаимное совмещение оптических осей, входящих в оптическую систему устройств: излучатель, линза, детектор. Данная процедура осуществляется посредством позиционирования в точку, соответствующую максимальной скорости счёта на детекторе при постоянном потоке рентгеновского излучения от источника. Особенностью данного стенда является использование двух видов юстировки: механической и электронно-лучевой.

Механическая юстировка осуществляется посредством перемещений на основе механических подвижек – традиционно используемая методика, заимствованная из оптических исследований. Она реализована на основе автоматизированного сканирования пространственных областей переднего и заднего фокусов линзы. Использование линейных подвижек и точечного изотропного источника, каковым в данной геометрии можно считать фокусное пятно рентгеновской трубки, в большинстве случаев снимает необходимость в точной угловой настройке линзы.

Электронно-лучевая юстировка связана с перемещением электронного пучка в пределах анода рентгеновской трубки и имеет несомненное преимущество, т.к. возможная скорость перемещений электронного пучка значительно выше, нежели скорость соответствующих механических перемещений.



Pages:   || 2 | 3 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.