Александр Китайгородский - Новый этап в развитии физики рентгеновских лучей

Основное применение – это дефектоскопия. Интерференция создает муаровые картины, весьма чувствительные к дефектам, возникающим из-за самых незначительных смещений или поворотов отражающих атомных плоскостей. Метод позволяет обнаружить одиночные дислокации, точечные дефекты и т.д. Вполне возможно, что методика рентгеновской и нейтронной интерферометрии благодаря своей большой точности позволит решать весьма тонкие задачи, такие, как, скажем, выяснение роли тяготения в распространении нейтронов. Эти эксперименты представляют интерес для решения проблемы рентгеновских лазеров, для решения фазовой проблемы в голографии.

К сожалению, статья написана не лучшим образом. Много математических расчетов и лишь бегло изложены физические принципы и идеи, лежащие в основе этого интересного метода.

В Советском Союзе, насколько известно пишущему эти строки, работы в области рентгеновской интерферометрии ведутся лишь на кафедре физики твердого тела в Ереванском университете под руководством П.А. Безирганяна. Опубликованные труды этой группы цитируются в обзоре.

Статья, посвященная источникам рентгеновских лучей большой интенсивности, излагает как теоретические основы получения сильных пучков, так и детали конструкции трубок. Приведены расчеты для стационарных анодов и для вращающихся. Две страницы уделены описанию электронных пушек. В общих чертах рассмотрено устройство трубок с вращающимся анодом. Несколько слов сказано о трубках, в которых за счет фокусирования электромагнитными линзами удается достигнуть диаметра пучка в несколько миллимикрон. В разделе под названием «Специальные генераторы» даны сведения о трубках, дающих мягкие лучи, о сверхмощных трубках, которые позволяют получать картины дислокаций и наблюдать за их движением. Для этого интересного генератора приведены конструктивные данные. Статья заканчивается достаточно четкими рекомендациями. Авторы полагают, что наиболее правильный путь получения сильного рентгеновского луча – это использование трубок с анодами, которые вращаются с большой скоростью. Авторы полагают, что мощность существующих трубок не является предельной. Чтобы превзойти лучшие из имеющихся трубок, надо добиться скоростей вращения, превосходящих 160 м/сек . Авторы не считают, что использование синхротронного излучения вытеснит трубки с вращающимся анодом. Изготовление синхротронных генераторов и работа на них стоит слишком дорого.

Технические свойства материала существенным образом зависят от дислокаций, ошибок в наложении атомных слоев, границ между зернами, двойников, напряжений и пр. Самые различные приемы наблюдения дифракции рентгеновских лучей пригодны для этой цели. Кристалл можно рассматривать в отраженном свете, можно также исследовать отдельные лауэвские отражения. Информация о дефектах содержится в распределении интенсивности поперек дифрагированного луча. Полная картина дефектов может быть получена путем разного типа взаимных перемещений рентгеновского луча и объекта.

Этот метод изучения кристаллов представляет большой практический интерес для микроэлектроники. Не удивительно, что топография кристаллов превратилась в большую отрасль рентгеновской оптики. Статьи Отье и Гартманна рассматривают лишь две главы этой дисциплины. Метод секционной топографии, разработанный Отье и другими исследователями, представляет особый интерес для тех случаев, когда мы хотим получить сведения о глубине распределения дефектов в относительно толстых образцах.

Метод секционной топографии заставляет прибегнуть к довольно сложной теории (динамическая теория интерференции), связывающей «вид» дифракционного пятна со структурой кристалла с малым числом дефектов. Задача получения информации о структуре по данным об искажении волнового поля внутри кристалла далеко не тривиальна.

Наблюдение статической картины дислокаций оставляет многих исследователей и инженеров не удовлетворенными. Требуется метод, который позволял бы следить за перемещениями дефектов под действием внешних сил или изменения температуры.

Естественно, что в этом случае фотографический метод наблюдения желательно заменять установкой, которая позволяет перенести дифракционное пятно на телевизионный экран.

В статье Гартманна рассмотрена техника такого наблюдения. Фотопластинка заменяется флуоресцирующим экраном, изображение увеличивается оптическими приемами и после этого подается на телевизионный экран. Великолепные фотографии разных объектов показывают, что такая «динамическая топография» приводит к замечательным результатам. Трубки с вращающимся анодом дают удовлетворительные результаты, но в этом методе преимущества синхротронного излучения весьма существенны и, возможно, в ряде случаев заставят забыть о дороговизне метода. Важно не только то, что интенсивность излучения может быть увеличена на порядок. Существенна возможность работы с длинами волн около 3 Å , а также много меньшая расходимость пучка.

Для того чтобы наблюдать динамику дефектов, приходится предъявлять большие требования к детектору. Пространственное разрешение должно быть порядка нескольких миллимикрон, а временное не хуже 1 сек . Флуоресцирующий экран должен быть мелкозернистым (несколько миллимикрон) и хорошо поглощать рентгеновские лучи. В настоящее время ведутся работы по получению подходящих материалов и имеются надежды удовлетворить всем этим высоким требованиям.

Сборник обзоров представляет существенный интерес как для специалистов в области физики рентгеновских лучей, так и для лиц, изучающих дефекты кристаллов. Не должны обойти вниманием эту книгу и исследователи, работающие в области микроэлектроники.