Новый подход поможет избавить рентгеновские исследования от провальных результатов из-за особенностей монокристаллической оптики

3 июня 2021
46

Рентгеновское излучение широко применяется для исследования структуры различных объектов. При этом исключительно важно использовать отвечающую всем необходимым требованиям рентгеновскую оптику, изготовленную из идеальных монокристаллов. Однако как раз идеальная периодичность обусловливает нежелательные дифракционные потери — рентгеновские глитчи. Эффект приводит к снижению интенсивности прошедшего через оптический элемент излучения вплоть до нуля. Ученые МНИЦ «РО» БФУ имени И. Канта совместно с иностранными коллегами придумали способ, который позволяет не только предсказать появление глитчей, но и нивелировать их влияние на эксперименты. Результаты работы, поддержанной грантом РНФ, опубликованы в специальном выпуске престижного журнала Crystals. 

Строение вещества определяет его свойства, а потому не приходится оспаривать важность исследований структуры материалов. Наиболее эффективными, неразрушающими и активно развивающимися в настоящее время стали рентгеновские методы, основанные на взаимодействии соответствующего излучения с исследуемым веществом. Новые его источники (четвертого и последующих поколений) способны генерировать рентгеновские пучки с чрезвычайно высокой яркостью и степенью пространственной когерентности. Для полноценного применения таких пучков необходима новая оптика, способная в полной мере формировать, фокусировать и транспортировать излучение без существенных искажений и потерь. Подойдет далеко не любой материал — особенности его атомарного строения и наличие любых неоднородностей поверхности и объема могут значительно повлиять на результат. 

Монокристаллический алмаз давно был признан идеальным кандидатом на роль материала для изготовления рентгеновской оптики: он механически и термически стабилен, слабо поглощает излучение, имеет малое количество примесей, обладает подходящей кристаллической структурой. Иными словами, это рентгеноаморфный материал, микроструктура которого не позволяет пучку рассеиваться, а значит, излучение используется без потерь. Оптика на его основе повышает разрешение и чувствительность исследовательских методов в целом. Однако у монокристаллического алмаза была обнаружена особенность, мешающая работе с ним, — эффект дифракционных потерь, или рентгеновские глитчи. Так называют «провалы» в интенсивности излучения, прошедшего через оптический элемент. Они обусловлены тем, что при прохождении рентгеновского пучка через оптический элемент для некоторых длин волн может выполниться условие (называемое условием Вульфа — Брегга), когда часть проходящего излучения будет дифрагирована (по сути, рассеяна) в нежелательном направлении. Данное условие может выполняться достаточно часто, особенно для «жесткого» излучения с малой длиной волны.

Ученые продолжают работать над тематикой и планируют дополнительные применения обнаруженных эффектов — они могут быть использованы для тонкой настройки современных источников рентгеновского излучения.