2. Vznik rtg záření

Rtg záření vzniká v zásadě třemi způsoby : a) dopadem urychleného elektronu na pevnou podložku b) změnou dráhy relativistického elektronu - synchrotronové záření c) jako vybuzené fluorescenční záření Pro účely rtg difrakce má fluorescenční záření příliš malou intensitu a jako zdroj rtg záření ho prakticky nepoužíváme. Záření vznikající dopadem elektronu na hmotu dělíme ještě na brzdné - vzniká změnou rychlosti elektronu charakteristické - určené energetickými hladinami elektronů chemického prvku(ů) hmoty. Podrobnější informace [1- 4].

2.1 Brzdné záření

Zdrojem elektronů je žhavené wolframové vlákno emitující tepelné elektrony jež jsou urychlovány elektrickým polem - obvykle 10-60 keV, pro některé speciální difrakční techniky i nad 100 keV. Přibližný vztah odvozený z experimentů [1]

In = CZ (n0 - n)

Kde In je energie vyzářená jedním elektronem do prostoru (4p) o frekvenci n, Z je atomové číslo, n0 = Ee /h , Ee je energie elektronu Ee = eU, U [V], h je Planckova konstanta, C = (5 ± 1,5 ) . 10-57 [ J.s2 ]. Spektrální intenzita se ale liší od uvedeného vztahu vlivem absorpce a na straně absorpční hrany s vyšší energií. Integrací přes n a dosazením za hn = E dostaneme:

f = 1,3. 107 Z U i (1- E/Ue )

I = U i Z (1- E/Ue ) účinnost pak h ~ 10-6 ZU, kde dosazujeme U [kV], i [mA] a E [ keV].

2.2 Charakteristické záření.

Přesáhne-li urychlovací napětí hodnotu budícího napětí daného materiálu, začne se přes spojité spektrum překládat charakteristické záření o zcela určité vlnové délce dané energetickými hladinami s velmi malou spektrální šířkou ~ 10-5 nm. Experimentální vztah odvozený Greenem [2] pro počet fotonů vybuzených jedním elektronem:

Pj = Kjz (Ee - Eejz)1,63

Intenzita charakteristického záření:

I ~ 5.108 Kjz f(d) i(Ee - Eejz)1,63

kde f(d) závisí na energii dopadajících elektronů, směru dopadu a úhlu projekce, Kjz je experimentální konstanta.

Účinnost pak:

h = KjzEej (eU - Eejz )1,63

Dosazením hodnot pro MoKa napětí U = 40 kV, vyjde h ~ 3,7. 10-4

 

2.3 Synchrotronové záření

Název "synchrotronové záření" pochází z typu urychlovače - elektron synchrotronu. Synchrotronové záření vzniká zakřivením dráhy relativistického elektronu nebo positronu. Vyzářená energie částice pohybující se po kruhové dráze:

P = 0,0265 E3 B I [ kW; GeV, T, mA ]

Spektrální rozložení záření ohybového magnetu a undulátoru je na Obr. 3. Z grafu je patrno, že spektrum záření je spojité od dlouhých vlnových délek s přibližně konstantní intenzitou a prudce klesá pro kritickou vlnovou délku:

l = 18,6 B E2 [T; GeV

Synchrotronové záření je polarizováno v rovině orbitu, odchylkou od této roviny je možné použít i elipticky polarizované záření. Další vlastností je koherence záření a jeho časový průběh ( částice obíhají v klubkách (bunch)).

 

Obr. 3
Obr. 4. Schema uspořádání akumulačního prstence v ESRF, Grenoble [6] ID = vložené zařízení, BM = ohybový magnet

  1. U. Bonse: X-Ray sources. Characterization of Crystal Growth by X-ray Methods. New York 1980. Plenum Press.
  2. M. Green: X - ray Optics and Microanalysis. London. Academic Press.
  3. C. S. Barrett & T. B. Massalski: Structure of Metals. Oxford 1980. Pergamon Press.
  4. U. W. Arndt: International Tables for Crystallography Vol. C. London 1992. Kluwer Academic Publischers.
  5. V. P. Suller: Accelerator Physics, Synchrotron Radiation, Sources and Applications. Edinburgh 1980. Edinburgh University Press.
  6. ESRF Highlights 2001. Editor: G. Admans. Grenoble 2002.
  7. internet: http://www-als.lbl.gov/als/synchrotron_sources.html http://www.chess.cornell.edu
  8. internet: http://www-hasylab.desy.de/facility/main.htm