Высокоэнергетические рентгеновские лучи

Высокоэнергетические рентгеновские лучи или HEX-лучи представляют собой очень жесткие рентгеновские лучи с типичной энергией 80–1000 кэВ (1 МэВ), что примерно на порядок выше, чем у обычных рентгеновских лучей, используемых для рентгеновской кристаллографии (и хорошо в гамма-излучение с энергией более 120 кэВ). Они производятся на современных источниках синхротронного излучения, таких как Корнеллский источник синхротронного излучения высокой энергии , SPring-8, а также на линиях ID15 и BM18 в Европейской установке синхротронного излучения (ESRF). Основным преимуществом является глубокое проникновение в материю , что делает их зондом для толстых образцов в физике и материаловедении , а также позволяет работать с образцами в воздушной среде. Углы рассеяния малы, а направленная вперед дифракция позволяет упростить установку детектора.

Рентгеновские лучи высокой энергии (мегавольтные) также используются в терапии рака , используя лучи, генерируемые линейными ускорителями, для подавления опухолей. ^[1]

Преимущества

Высокоэнергетические рентгеновские лучи (HEX-лучи) от 100 до 300 кэВ имеют уникальное преимущество перед обычными жесткими рентгеновскими лучами, которые лежат в диапазоне 5–20 кэВ. ^[2] Их можно перечислить следующим образом:

Высокое проникновение в материалы благодаря сильно уменьшенному сечению фотопоглощения. Фотопоглощение сильно зависит от атомного номера материала и энергии рентгеновских лучей. Объемы толщиной в несколько сантиметров можно получить в стали и в несколько миллиметров в образцах, содержащих свинец.
Отсутствие радиационного повреждения образца, способного зафиксировать несоизмеримости или разрушить анализируемое химическое соединение.
Сфера Эвальда имеет кривизну в десять раз меньшую, чем в случае низкой энергии, и позволяет отображать целые области в обратной решетке , аналогично дифракции электронов.
Доступ к диффузному рассеянию. Это поглощение, а не ограниченное исчезновение. ^{[ нужны разъяснения ]} при низких энергиях при увеличении объема ^{[ нужны разъяснения ]} происходит при высоких энергиях. полные 3D-карты нескольких зон Бриллюэна . Можно легко получить
Передача большого импульса естественным образом доступна из-за высокого импульса падающей волны. Это имеет особое значение для исследования жидких, аморфных и нанокристаллических материалов, а также анализа парной функции распределения .
Реализация материалов осциллографа .
Простые дифракционные установки благодаря работе на воздухе. ^{[ нужны разъяснения ]}
Дифракция в прямом направлении для легкой регистрации с помощью 2D-детектора. Прямое рассеяние и проникновение делают работу с образцами простой и понятной.
Незначительные эффекты поляризации из-за относительно малых углов рассеяния.
Специальное нерезонансное магнитное рассеяние.
ЛЛЛ-интерферометрия .
Доступ к спектроскопическим уровням высоких энергий, как электронным, так и ядерным.
Нейтроноподобные, но дополняющие друг друга исследования в сочетании с высокоточным пространственным разрешением.
Сечения комптоновского рассеяния аналогичны сечениям когерентного рассеяния или поглощения.

Приложения

Двумерная порошковая дифракционная установка для *рентгеновских лучей высоких энергий* . HEX-лучи, входящие слева, дифрагируются в прямом направлении на образце и регистрируются 2D-детектором, например, фотопластинкой. ^[2]

Благодаря этим преимуществам HEX-лучи могут применяться для широкого спектра исследований. Обзор, который далеко не полный:

Структурные исследования реальных материалов, таких как металлы, керамика и жидкости. В частности, натурные исследования фазовых переходов при повышенных температурах вплоть до плавления любого металла. Фазовые переходы, восстановление, химическая сегрегация, рекристаллизация, двойникование и образование доменов — вот несколько аспектов, которые необходимо учитывать в одном эксперименте.
Материалы в химических или рабочих средах, такие как электроды в батареях, топливных элементах, высокотемпературных реакторах, электролитах и т. д. Проникновение и хорошо коллимированный карандашный луч позволяют сфокусироваться на интересующей области и материале, пока он подвергается химической реакции.
Исследование «толстых» слоев, таких как окисление стали в процессе ее производства и прокатки, которые слишком толсты для классических экспериментов по рефлектометрии. Интерфейсы и слои в сложных средах, таких как интерметаллическая реакция поверхностного покрытия Zincalume на промышленной стали в жидкой ванне.
Исследования на месте промышленных процессов литья легких металлов, таких как полосовое литье. Установку для отливки можно установить на линии луча и исследовать с помощью шестигранного луча в режиме реального времени.
Объемные исследования в монокристаллах отличаются от исследований в приповерхностных областях, ограниченных проникновением обычных рентгеновских лучей. Практически во всех исследованиях было обнаружено и подтверждено, что этот эффект сильно влияет на критические длины рассеяния и корреляции.
Сочетание исследований нейтронов и HEX-лучей на одном и том же образце, например, изменения контраста из-за разной длины рассеяния.
Анализ остаточных напряжений в объеме с уникальным пространственным разрешением в образцах толщиной в сантиметр; на месте в условиях реалистичной нагрузки.
Натурные исследования процессов термомеханического деформирования, таких как ковка, прокатка и экструзия металлов.
Измерения текстуры в объеме в реальном времени во время деформации, фазового перехода или отжига, например, при обработке металлов.
Структуры и текстуры геологических образцов, которые могут содержать тяжелые элементы и имеют большую толщину.
Тройная дифракция кристаллов высокого разрешения для исследования монокристаллов со всеми преимуществами высокой проникающей способности и исследований из объема.
Комптоновская спектроскопия для исследования импульсного распределения оболочек валентных электронов.
Визуализация и томография с высокими энергиями. Специальные источники могут быть достаточно мощными, чтобы получить трехмерные томограммы за несколько секунд. Комбинация визуализации и дифракции возможна благодаря простой геометрии. Например, томография в сочетании с измерением остаточных напряжений или структурным анализом.

См. также

Ссылки

^ Грэм А. Кольдиц, Энциклопедия рака и общества SAGE , SAGE Publications, 2015, ISBN 1483345742 страница 1329
^ Jump up to: ^а ^б Лисс К.Д., Бартельс А., Шрейер А., Клеменс Х. (2003). «Рентгеновские лучи высокой энергии: инструмент для передовых объемных исследований в области материаловедения и физики» . Текстуры Микроструктура . 35 (3/4): 219–52. дои : 10.1080/07303300310001634952 .

Дальнейшее чтение

Лисс, Клаус-Дитер ; Бартельс, Арно; Шрайер, Андреас; Клеменс, Хельмут (2003). «Рентгеновские лучи высокой энергии: инструмент для расширенных массовых исследований в области материаловедения и физики» . Текстуры и микроструктуры . 35 (3–4): 219–252. дои : 10.1080/07303300310001634952 .
Бенмор, CJ (2012). «Обзор дифракции рентгеновских лучей высоких энергий на стеклах и жидкостях» . ISRN Материаловедение . 2012 : 1–19. дои : 10.5402/2012/852905 .
Эберхард Хауг; Вернер Накель (2004). Элементарный процесс тормозного излучения . Мировые научные конспекты лекций по физике. Том. 73. Ривер Эдж, Нью-Джерси: World Scientific. ISBN 978-981-238-578-9 .

Внешние ссылки

Лисс, Клаус-Дитер; и др. (2006). «Рекристаллизация и фазовые переходы в сплаве на основе γ-Ti Al , наблюдаемые методами дифракции рентгеновских лучей высоких энергий ex situ и in situ». Акта Материалия . 54 (14): 3721–3735. Бибкод : 2006AcMat..54.3721L . дои : 10.1016/j.actamat.2006.04.004 .

[1] Грэм А. Кольдиц, Энциклопедия рака и общества SAGE , SAGE Publications, 2015, ISBN 1483345742 страница 1329

[Liss-2] Jump up to: ^а ^б Лисс К.Д., Бартельс А., Шрейер А., Клеменс Х. (2003). «Рентгеновские лучи высокой энергии: инструмент для передовых объемных исследований в области материаловедения и физики» . Текстуры Микроструктура . 35 (3/4): 219–52. дои : 10.1080/07303300310001634952 .

[1]

[2]