Рентгеновские лучи высоких энергий - High-energy X-rays

Рентгеновские лучи высоких энергий или же HEX-лучи очень сложно Рентгеновские лучи, с типичными энергиями 80–1000кэВ (1 МэВ), что примерно на порядок больше, чем у обычных рентгеновских лучей, используемых для Рентгеновская кристаллография (и хорошо в гамма-луч энергии более 120 кэВ). Они производятся на современных синхротронное излучение источников, таких как канал ID15 на Европейский центр синхротронного излучения (ESRF). Основное преимущество - глубокое проникновение в иметь значение что делает их зондом для толстых образцов в физика и материаловедение и позволяет отбирать пробы в воздухе и работать. Углы рассеяния малы, а дифракция, направленная вперед, позволяет легко установить детектор.

Рентгеновские лучи высокой энергии (мегавольт) также используются в лечение рака, используя лучи, генерируемые линейные ускорители для подавления опухолей.[1]

Преимущества

Рентгеновские лучи высоких энергий (HEX-лучи) от 100 до 300 кэВ обладают уникальным преимуществом по сравнению с обычным жестким рентгеновским излучением, которое находится в диапазоне 5–20 кэВ. [2] Их можно перечислить следующим образом:

  • Высокое проникновение в материалы благодаря сильно уменьшенному сечению поглощения света. Фотопоглощение сильно зависит от атомного номера материала и энергии рентгеновского излучения. Доступны объемы в несколько сантиметров в стали и миллиметры в содержащих свинец образцах.
  • Отсутствие радиационного повреждения образца, которое может привести к несоизмеримости или разрушить химическое соединение, подлежащее анализу.
  • В Сфера Эвальда имеет кривизну в десять раз меньшую, чем в случае низкой энергии, и позволяет отображать целые области в обратная решетка, аналогично дифракции электронов.
  • Доступ к диффузному рассеянию. Это поглощение, а не ограниченное исчезновение[требуется разъяснение ] при низких энергиях при увеличении объема[требуется разъяснение ] происходит при высоких энергиях. Завершите 3D-карты на нескольких Зоны Бриллюэна можно легко получить.
  • Высокая передача импульса естественным образом доступна из-за большого импульса падающей волны. Это особенно важно для исследований жидких, аморфных и нанокристаллических материалов, а также функция распределения пар анализ.
  • Осуществление Осциллограф материалов.
  • Простые дифракционные установки благодаря работе на воздухе.[требуется разъяснение ]
  • Дифракция в прямом направлении для легкой регистрации с помощью 2D-детектора. Прямое рассеяние и проникновение делают среду образцов простой и понятной.
  • Незначительные поляризационные эффекты из-за относительно малых углов рассеяния.
  • Специальное нерезонансное магнитное рассеяние.
  • LLL интерферометрия.
  • Доступ к спектроскопическим уровням высоких энергий, как электронным, так и ядерным.
  • Нейтроноподобные, но дополнительные исследования в сочетании с высокой точностью пространственного разрешения.
  • Поперечные сечения для Комптоновское рассеяние аналогичны сечениям когерентного рассеяния или поглощения.

Приложения

Двумерный порошковая дифракция настройка для рентгеновские лучи высоких энергий. HEX-лучи, входящие слева, дифрагируют в прямом направлении на образце и регистрируют 2D-детектором, таким как электронная матрица.[2]

Обладая этими преимуществами, HEX-лучи могут применяться для широкого круга исследований. Обзор, который далеко не полный:

  • Структурные исследования реальных материалов, таких как металлы, керамика и жидкости. В частности, in-situ исследования фазовых переходов при повышенных температурах вплоть до расплава любого металла. Фазовые переходы, восстановление, химическая сегрегация, перекристаллизация, двойникование и образование доменов - вот лишь несколько аспектов, которые необходимо соблюдать в одном эксперименте.
  • Материалы в химической или рабочей среде, такие как электроды в батареях, топливных элементах, высокотемпературных реакторах, электролитах и ​​т. Д. Проникновение и хорошо сколлимированный стержневой луч позволяет фокусировать область и интересующий материал во время химической реакции.
  • Изучение «толстых» слоев, таких как окисление стали в процессе ее производства и прокатки, которые слишком толстые для классических экспериментов рефлектометрии. Интерфейсы и слои в сложных средах, таких как интерметаллическая реакция Цинкалюм нанесение поверхностного покрытия на промышленную сталь в жидкой ванне.
  • Исследования на месте промышленных процессов разливки легких металлов. Установка для литья может быть установлена ​​на канале пучка и исследована пучком HEX-лучей в реальном времени.
  • Объемные исследования монокристаллов отличаются от исследований в приповерхностных областях, ограниченных проникновением обычных рентгеновских лучей. Почти во всех исследованиях было обнаружено и подтверждено, что критические длины рассеяния и корреляции сильно зависят от этого эффекта.
  • Комбинация исследований нейтронов и HEX-лучей на одном образце, например изменений контраста из-за разной длины рассеяния.
  • Анализ остаточных напряжений в массе с уникальным пространственным разрешением в образцах сантиметровой толщины; на месте в реальных условиях нагрузки.
  • Исследования на месте термомеханических процессов деформации, таких как ковка, прокатка и экструзия металлов.
  • Измерение текстуры в реальном времени в объеме 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.
  • Дифракция на тройном кристалле высокого разрешения для исследования монокристаллов со всеми преимуществами высокого проникновения и исследования из объема.
  • Комптоновская спектроскопия для исследования импульсного распределения валентных электронных оболочек.
  • Визуализация и томография с высокими энергиями. Выделенные источники могут быть достаточно мощными, чтобы получить трехмерные томограммы за несколько секунд. Комбинация изображения и дифракции возможна благодаря простой геометрии. Например, томография в сочетании с измерением остаточного напряжения или структурным анализом.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Грэм А. Колдиц, Энциклопедия рака и общества SAGE, Публикации SAGE, 2015 г., ISBN  1483345742 стр. 1329
  2. ^ а б Лисс К.Д., Бартельс А., Шрейер А., Клеменс Н. (2003). «Рентгеновские лучи высоких энергий: инструмент для передовых массовых исследований в области материаловедения и физики». Текстуры микроструктуры. 35 (3/4): 219–52. Дои:10.1080/07303300310001634952.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка