Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Методы Р. т. используются также в технике неразрушающе и дефектоскопии конструкц. материалов, электрич. кабелей, мехаиич. узлов, испытывающих большие нагрузки (напр., лопаток турбии авиац. двигателей),
353
РЕНТГЕНОВСКАЯ
PEHTTtHOfcCKAfl
я в др. случаях, когда важна точная информация о неоднородностях в объёме тела.
¦ Лит.: Левин Г. Г., Вишняков Г. H., Оптическая томография, М., 1989; Физика визуализации изображений в медицине, под ред. С. Уэбба, пер, с англ., [т. 1—2І, М., 1991.
В. А. Слемгин.
РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОПОГРАФИЯ — совокупность методов получения изображений дефектов в кристаллах при помощи дифракции рентг. лучей. Во всех методах Р, т. рентг. пучок от источника направляют на кристалл так, чтобы для всего кристалла или его части выполнялось Брэгга — Вульфа условие; возникающие при этом дифрагиров. пучки (иногда и прошедший пучок) регистрируются фотопластинкой; зафиксиров. изображение наз. рентг. топограммой.
Процесс дифракции рентг. волны в искажённом дефектами кристалле рассматривается в разл. приближениях кинематич. и динамич. теорией (CM. Дифракция рентгеновских лучей). В обоих случаях влияние искажений атомной структуры на дифракцию описывается параметром локального отклонения положения атомиых плоскостей кристалла от брэгговского: ctgO-fid/d ~f- 60, где 0 — угол Брэгга, первое слагаемое учитывает локальное изменение бd межплоскостного расстояния d для отражающих атомных плоскостей, второе — их локальный угол поворота 60. Интенсивность дифрагированного и прошедшего пучков на поверхности выхода из кристалла определяется значениями этого параметра в объёме кристалла, где происходит дифракция рентг. волн. Т. о., распределение интенсивности регистрируемых пучков отображает отклонения строения кристаллич. структуры от идеальной, т. е. рентг. топограмма содержит информацию об искажениях структуры (дефектах). В зависимости от применяемого метода съёмки иа топограмме видны границы блоков, единичные дислокации, включения, дефекты упаковки, магн. домены, неоднородности распределения примеси, границы окисиых плёнок иа поверхностях кристаллов и изделий из ннх, а также искажения, вызванные внеш. полямк (напр., температурными, акустическими и т. п.). Анализ дифракц. контраста (распределения интенсивности) изображений дефектов проводится на основе динамич. теории рассеяния рентг. лучей и позволяет определять пек-рые качественные (знак избыточного объёма включений, Направление вектора Бюргерса дислокаций), а в нек-рых случаях и количественные характеристики дефектов (величину деформации, величину вектора Бюргерса дислокаций и пр.).
Как правило, в Р. т. используется только двухволновая дифракция, когда для каждого пучка излучения с длиной волны X, условие Брэгга — Вульфа выполняется только для одной системы отражающих плоскостей и возникает только один дифрагиров. пучок. В соответствии с ф-лой Брэгга расходимость дифрагиров. пучка б0д в плоскости рассеяния связана с его спектральной шириной 6?^ соотношением
60d=tg0.6^A.
(1)
Если расходимость падающего иа кристалл пучка велика, т. е.
60f>tg0.-^
(2)
(6^ — спектральная ширина падающего на кристалл пучка), то 60d лимитируется спектральной шириной падающего на кристалл излучения в соответствии с соотношением (1); обычно этот случай реализуется при съёмке в монохроматическом {напр., характеристическом) излучении. Расходимость падающей волны определяется как
6Єі=6 xjl,
где Ьх — размер псточника в плоскости рассеяния, 354 I — расстояние от источника до кристалла. Напр., при
Рис. 1, Схема съёмки рентгеновских топограмм по методу Шульца для исследом-ния блочных кристаллов Kp; И — точечный источник ие-прерывного спектра. Повороты блоков приводят к смещению их изображен!* на фотопластинке Ф.
Рис. 2. Схема съёмки топограмм по методу нерга — Ba ррета для наблюдения
дефектов в тонких припо-
верхностных слоях кристалла: И — источник монохроматического излучения; К — коллиматор; Kp — кристалл; излучение падает на кристалл под скользящим углом (1—5е).
Рис. 3. Схема съёмки топограмм по методу Фудживара для наблюдения блочностн монокристаллов; И — микрофокусный источник излучения непрерывного спектра; К — коллиматор; съёмка производится при одновременном отражении излучения от разных семейств атомных
плоскостей кристалла Kp. Схема Фудживара аналогична
схеме съёмки лауэграмм., но в ней используется сильно расходящийся пучок, изучается распределение интенсивности излучения в каждом дифракционном пятне.
Рис. 4. Схема съёмки топограмм по методу Бормана. В результате эффекта Бормана при выполнении условий Брэгга — Вульфа коэффициент поглощения идеального кристалла Kp уменьшается на два порядка. Дефекты, для к-рых не выполняется условие Брэгга — Вульфа, поглощают излучение источника И, что приводит к их изображению на фотопластинке Ф.
Рис. 5. Схема съёмки топограмм по методу Ланга для наблюдения дефектов в высокосовершенных полупроводниковых монокристаллах. Используется характеристическое излучение JiTal от микро-фокусного источника И, которое коллимируется коллиматором Kx так, чтобы условие Брэгга — Hульфа выполнялось для излучения Ka 1 и не выполнялось для излучения JiTet. Фотоплёнку Ф сканируют синхронно с кристаллом Kp для получения изображения дефектов по всей длине кристалла.
