Monochromatizace Dl/l E[eV] = 1240 / l [nm] (1) Premonochromatizace a

Prezentace na téma: "Monochromatizace Dl/l E[eV] = 1240 / l [nm] (1) Premonochromatizace a"— Transkript prezentace:

1 Monochromatizace Dl/l E[eV] = 1240 / l [nm] (1) Premonochromatizace a
Požadavky na monochromátor Dl/l Spektrální obor fokusace polarizace kolimace Rozlišovací schopnost R - l/Dl = E/DE, E je energie fotonů. E[eV] = / l [nm] (1) Premonochromatizace a Odstranění měkké a tvrdé složky Absorpční filtry Zrcadla Undulátory

2 Monochromatizace - filtrace
odstranění měkké (dlouhovlnné) složky Pro zeslabení na 1 % Anoda Filtr Tloušťka (mm) Zeslabení Mo Zr 0,052 56 % Cu Ni 0,013 58 % Co Fe 0,0097 65 % Mn 0,0092 Cr V 0,0091 65.5 %

3 Monochromatizace - filtrace
Rossův filtr Rozdíl intenzit záznamů s Ni a Co

4 Zrcadla Index lomu ~ 10-5 Totální reflexe
Odráží se vlny s vlnovou délkou větší než mezní hodnota.

5 Undulátory Na synchrotronech
Soustava magnetů se směrem pole kolmým na rovinu orbitu prstence Počet period pole na celé délce Vysoká spektrální briliance Lineární nebo kruhová polarizace

6 Disperzní prvky Krystaly, mřížky, multivrstvy 2d sin B = n n
Polarizační faktor , cos 2 -  Pro 1. harmonickou Asymetrická difrakce S0w0 = Shwh Index asymetrie

7 Mozaikové krystaly – grafit Dokonalé krystaly – Si, Ge
Disperze w ~ 1 – 10 Mozaikové krystaly – grafit Dokonalé krystaly – Si, Ge LiF, křemen, kalcit Multivrstvy Rozlišovací schopnost - / ~ N (počet period) Ta-Au/Be, B, C, Si

8 Kosá difrakce Asymetrická difrakce

9 Nefokusující monochromátory
Jednokrystalové Celkový difraktovaný výkon systému zdroj, štěrbina, krystal Spektrální intenzita zdroje Zářivost zdroje Obor  Spektrální okno systému zdroj, štěbina, detektor

10 Dl = ws / D + Dq / D Ri = Dl/ws lmax = 2d
Lze zvýšit pouze použitím vyššího řádu difrakce, pro který je ws menší, a nebo použitím asymetrické difrakce tak, aby w0 < ws . Ri = Dl/ws Vnitřní rozlišovací schopnost Maximální vlnová délka lmax = 2d

11 Nefokusující monochromátory
Dvoukrystalové 1. (+, -) (n, -n) paralelní, bezdisperzní Stejné, rovnoběžné difrakční roviny Vystupující záření má stejný směr jako dopadající Channel-cut Krystalová funkce C2 (nižší chvosty) Mírné rozjustování krystalů (vzájemný posuv C) Zlepšení rozlišovací schopnosti (Disperzní prvky) Potlačení vyšších harmonických Potlačení  složky ladění Prochází i složky od jiných rovin () Užití kosé difrakce – inclined crystal monochromator

12 Monolytický (channel-cut) monochromátor odstraňující vyšší harmonické v širokém rozmezí úhlů q a současně umožňující udržení konstantní polohy vystupujícího svazku posunem krystalu ve směru osy otáčení.

13 Nefokusující monochromátory
Dvoukrystalové Kombinace Bragg-Laue 1b. (+, -) (n, -m) neparalelní, disperzní Různé d 2. (+, -) (n, -m) antiparalelní, disperzní

14 Nefokusující monochromátory
2. (+, +) (+n, +m) antiparalelní, disperzní Vysoká rozlišovací schopnost Monochromátory mění nepolarizované záření na částečně lineárně polarizované a kruhově polarizované na elipticky polarizované. Toto lze odstranit zkříženou polohou monochromátorů (pootočení druhého krystalu kolem dopadajícího centrálního paprsku). Ladění pootáčením druhého krystalu Ladění s využitím vertikální divergence

15 Nefokusující monochromátory
ladění Čtyřkrystalový monochromátor (-, +, +, -) Bartels

16 Paralelní x Antiparalelní
 n1n2  ~ 1+ 2 = 21 = 22 ~ 0  ~ 0 b ~ 21= 22 Přístroj v poloze (n,n) propouští všechny  Přístroj v poloze (n,n) propouští právě jednu  Paprsky odchýlené od horizontální roviny, pro které je splněna Braggova podmínka na C1 se odrazí i na C2 a projdou. Paprsky odchýlené od horizontální roviny dopadají pod stejným úhlem na C1 i C2, ale není to Braggův úhel pro . Díky vertikální divergenci propouští přístroj větší vlnový obor. Pohnutím C2 okolo O2 naráz zrušíme splnění Braggovy podmínky na obou krystalech. Braggova podmínka zůstane splněna pro oba krystaly, ale pro jinou  Difrakční křivka závisí pouze na vlastnostech krystalů. Difrakční křivka je spektrálním rozložením dopadajícího záření, zkresleným vertikální divergencí a konečnou šířkou krystalové funkce.

17 DuMondovy grafy (+-) (++) Velikost okna b = 2 - 1, 2 = b + 1
Otáčení druhým krystalem (+-) b = 2 - 1, 2 = b + 1 Souhlasný smysl C1, C2 (++) b = 2 + 1, 2 = b - 1 Opačný smysl C1, C2 Velikost okna

18

19 DuMondovy grafy

20 Fokusující monochromátory
Pro lepší využití záření zdroje, ale rozlišovací schopnost je horší Fokusační zrcadla Ohnuté krystaly Optická vada metody Vliv odchylek od ideálního tvaru Hloubka průniku Šířka štěrbin Horizontální fokusace (tangenciální) Vertikální (sagitální) fokusace Horizontální Rowlandova kružnice Ohneme-li krystal do tvaru elipsy, pak všechny paprsky vycházející z jednoho ohniska se fokusují do druhého ohniska. Různé paprsky však mají různá q, a tedy i l. Polychromatická fokusace Monochromatická fokusace

21 Fokusující monochromátory
Johanssonův Johannův 2R R

22 Fokusující monochromátory
Cauchoisové Logaritmická spirála

23 Fokusující monochromátory
Guinierova fokusační podmínka p = R sin( - ) zdroj - krystal q = R sin( + ) krystal - ohniska  difraktující roviny, povrch Vertikální (sagitální) fokusace Von Hamosova fokusace Dvoukrystalový (+,-) sagitálně fokusující monochromátor.

24 Další monochromátory

25 Další monochromátory

26 Fokusující monochromátory na principu difrakčně-refrakční optiky
Vyrobíme-li do krystalu transversální drážku (s osou kolmou na rovinu difrakce) vhodného tvaru, pak dno drážky difraktuje symetricky a boční stěny difraktují asymetricky. Přitomm dochází vlivem refrakce k vychýlení difraktovaného paprsku tak, že dochází k meridionální fokusaci. Fokus však není ostrý vlivem chromatické aberace. Zde se jedná o polychromatickou fokusaci Vyrobíme-li do krystalu podélnou (parabolickou) drážku, pak difrakce na stěnách drážky je kosá a difraktované paprsky jsou vlivem refrakce odchýleny sagitálně tak, že dochází k sagitální fokusaci

27 Zrcadla, multivrstvy l/Dl = N Göbelovo parabolické zrcadlo
C, Si, Be, B W, Pt Göbelovo parabolické zrcadlo

28 Zrcadla, multivrstvy

29 Odkazy Rentgenová optika Crystran Spectrolab Osmic Ino X-ray optics
Kolimátory, multivlákna, kapiláry Odkazy Crystran Spectrolab Osmic Ino X-ray optics Charles Super Parabolická zrcadla 1 Parabolická zrcadla 2