ФИЗИКА

УДК 539.12

Aкадемик А. Р. Мкртчян, А. Г. Мкртчян, А. А. Асланян, М. М. Мирзоян

Исследование энергетических и угловых характеристик параметрического
рентгеновского излучения электронов с энергией 855 МэВ в
монокристаллах

(Представлено 13/III 2006)

   Ключевые слова: электрон, конденсированная среда, излучение, акустика

   Получены энергетические и угловые распределения параметрического рентгеновского излучения (ПРИ) электронов с энергией 855 МэВ в монокристаллах кварца и ниобата лития. Зарегистрированы изменения параметров ПРИ под воздействием акустических колебаний, которые подтверждают справедливость теоретических расчетов [1] и экспериментальных результатов [2-5].
   Экспериментальные исследования явления ПРИ электронов с энергией 855 МэВ в монокристаллах кварца и ниобата лития проводились на микротроне МАМИ Майнцского университета (Германия) [6]. Эксперименты проводились в геометрии Лауэ [7].
   В качестве радиаторов были использованы пластины пьезоэлектрических кристаллов SiO2 и LiNbO3 разных толщин и срезов. Радиаторы с помощью специально разработанных держателей были закреплены на гониометре с пятью степенями свободы. Для регистрации излучения, возникающего при взаимодействии электронов с радиаторами, были использованы полупроводниковые детекторы на основе кремния и германия. После ориентации радиатора методом регистрации излучения каналированных электронов в определенном телесном угле радиатор поворачивался в горизонтальной плоскости на угол 22.5o, чтобы обеспечить условие Брэгга и регистрацию ПРИ под углом 45o.
   Для всех выбранных радиаторов-мишеней были зарегистрированы спектры угловых и энергетических распределений ПРИ. На рис. 1 приведены зарегистрированные под углом 45o характерные спектры излучения, возникающего при взаимодействии электронов с монокристаллами кварца Х-среза толщиной 0.795 мм и ниобата лития Z-среза толщиной 0.65 мм (рис. 1, а, б соответсвенно). На рис. 1, а при энергиях ~ 5, ~ 10, ~ 15 и ~ 20 кэВ выделяются характерные энергетические выходы ПРИ, т.е. выполняется условие Брэгга для семейства плоскостей кварца В спектре при энергиях 0.525 и 1.74 кэВ также присутствуют характеристические излучения К-краев кислорода и кремния. Зарегистрированные спектры отличаются интенсивностью, энергией и угловым распределением характерных выходов ПРИ, которые определяются условием Брэгга и толщиной радиатора, а также присутствием излучения К-краев атомов, входящих в состав исследуемого радиатора. Для наглядности на рис. 1,б приведен зарегистрированный спектр излучения электронов для монокристалла ниобата лития Z-среза толщиной 650 мкм, где при энергиях ~ 11, ~ 16 и ~ 22 кэВ выделяются рефлексы ПРИ для семейства плоскостей в спектре также выделяются К-края ниобата: Кa1 - 16.615, Кb1 - 18.623, Кb2 - 18.952 и La1 - 2.16 кэВ.

Рис. 1. Спектры ПРИ для семейств плоскостей пластины кварца X-среза
толщиной 795 мкм (а) и
ниобата лития Z-среза толщиной 650 мкм (б).

   На рис. 2 приведено угловое распределение ПРИ для семейства плоскостей кварца непрерывные линии соответствуют характеристическим излучениям кислорода и кремния. Также были получены соответствующие трехмерные картины углового - энергетического распределения ПРИ (рис. 3).
   На основе полученных результатов был проведен сравнительный анализ и были получены зависимости интегральной интенсивности ПРИ от толщины и ориентации радиатора. Предварительная оценка толщины кристаллов для оптимального выхода ПРИ хорошо согласуется с полученными экспериментальными результатами.

Рис. 2. Двумерная картина углового - энергетического распределение ПРИ для
семейства плоскостей кварца

Рис. 3. Трехмерная картина углового - энергетического распределения ПРИ
для плоскости кварца

   Во время экспериментальных работ также были проведены исследования по выявлению воздействия внешних акустических колебаний на угловые и энергетические распределения ПРИ. С этой целью были разработаны специальные резонаторы-держатели, которые обеспечивали возбуждение в образце объемных акустических колебаний.

 

Рис. 4. Энергетическое и угловое распределение ПРИ при отсутствии (а) и
наличии (б) акустических колебаний.

   Для выявления воздействия акустических колебаний на угловые и энергетические распределения ПРИ почти для всех образцов результирующие излучения были зарегистрированы как при отсутствии, так и при наличии акустических колебаний разной амплитуды. На рис. 4, а, б приведены энергетические и угловые распределения ПРИ для кристаллографической плоскости монокристалла кварца Х-среза толщиной 0.795 мм при отсутствии и наличии акустических колебаний с амплитудами 20 В. Аналогичные распределения были получены для всех исследованных образцов. Анализируя полученные спектры, можно прийти к заключению, что акустические колебания могут изменять не только интенсивность, но и форму линий характерных энергетических выходов ПРИ. Для полного представления об изменениях формы линии и интенсивности ПРИ была проведена специальная обработка данных и получены распределения абсолютного изменения интенсивности.
   Во время экспериментальных работ были зарегистрированы увеличения интенсивности ПРИ. Однако предполагаемого увеличения вследствие нагрева радиаторов-кристаллов в вакуумной среде при больших значениях амплитуды акустических колебаний не наблюдалось.
   Полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами и оправдывают выборку пьезоэлектрических кристаллов.

   Институт прикладных проблем физики НАН РА

Литература

     1. Асланян А.А., Мкртчян А.Г., Налбандян В.В., Мирзоян М.М.  - Известия НАН Армении. Физика. 2005. Т. 40. N 3. С.194-199.
     2. Mkrtchyan A.R., Aslanyan H.A., Mkrtchyan A.H. et al.  - Solid State Communication 1991. V. 79. N 4. P. 287-288.
     3. Mkrtchyan A.R., Aslanyan H.A., Mkrtchyan A.H. et al.  - Physics Letters A. 1991. V. 152. N 5,6. P. 297-299.
     4. Mkrtchyan A.R., Aslanyan H.A., Mkrtchyan A.G. et al.  - Radiation Effects and Defects in Solids. 1991. V. 117. P.17-22.
     5. Мкртчян А.Р., Мкртчян А.Г., Асланян А.А., Тароян С.П., Геворкян Л.А., Никогосян В.Ц., Бабаян А.З., Тоноян В.У., Айвазян Г.А., Довлатян Т.Г., Налбандян В.В., Антонян А.П., Мирзоян М.М., Саргсян А.Н., Аршакян А.А.  - Известия НАН Армении. Физика. 2005. Т.40. N 4. С. 282-286.
     6. The Mainz microtron MAMI: a facility portrait with a glimpse at first results. - Nuclear Physics News. 1994. V. 4. N 2. P. 5-15.
     7. Brenzinger K.-H., Nerberg C., Limburg B., Backe H., Dambach S., Euteneuer H. et al.  - Z. Phys. A. 1997. V. 358. P. 107-114.