Новаторский спектрометр для рентгеновского излучения с высокой энергией фотонов
Исследователи из European XFEL разработали новое устройство для рентгеновских измерений при высоких энергиях фотонов — спектрометр Лауэ. Он позволяет обнаруживать рентгеновский свет с энергией фотонов более 15 килоэлектронвольт с улучшенной эффективностью и высочайшей точностью. Это важно для исследования технически значимых материалов, которые, например, транспортируют электричество без потерь или обеспечивают более эффективное протекание химических процессов. Результаты опубликованы в журнале Journal of Synchrotron Radiation.
Фото. Новый спектрометр Лауэ на позиции FXE-инструмента European XFEL. Кристалл-анализатор находится в центре изображения. Кредит: European XFEL
Основными компонентами подобных устройств обычно являются чрезвычайно точно вырезанные кристаллы из кремния или германия. Традиционно рентгеновские спектрометры работают в так называемой геометрии Брэгга: рентгеновский свет попадает на кристалл и затем дифрагируется атомными плоскостями, параллельными поверхности, подобно тому как зеркала отражают видимый свет. По направлению и интенсивности рассеянного излучения можно сделать выводы об электронных свойствах изучаемых материалов.
Рис. В отличие от обычного спектрометра, новый спектрометр Лауэ дифрагирует рентгеновские лучи (красные стрелки) атомными слоями, перпендикулярными поверхности. Кредит: European XFEL
Уникальной характеристикой European XFEL является способность обеспечивать рентгеновское излучение с очень высокой энергией. Однако по мере увеличения энергии рентгеновских лучей взаимодействие с кристаллами становится меньше, что усложняет измерения. Большая часть рентгеновского света просто проходит через кристалл неиспользуемым, поэтому производительность рентгеновских спектрометров, использующих эти анализаторы, известные как спектрометры Иоганна или фон Хамоса, быстро снижается с ростом энергии рентгеновского излучения. Обычно они хорошо работают только до энергии фотонов около 15 килоэлектронвольт (кэВ).
В новом спектрометре рентгеновские лучи проходят через кристалл и дифрагируют атомными слоями перпендикулярно поверхности. Чем выше энергия рентгеновских лучей, тем эффективнее работает анализатор Лауэ. Конструкция с фиксированной кривизной и коротким радиусом изгиба позволяет создавать анализаторы без заметных искажений поверхности, что значительно упрощает настройку и измерение.
Новый спектрометр Лауэ обеспечивает чрезвычайно высокую точность около 1,2 x 10⁻⁴ при энергии фотонов около 18,6 кэВ. По сравнению с обычными спектрометрами оно достигает мощности сигнала в 4–22 раза выше.
