Генерация рентгеновского излучения при взаимодействии быстрых электронов с мозаичными кристаллами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ШАТОХИН РОМАН АЛЕКСАНДРОВИЧ

ГЕНЕРАЦИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ БЫСТРЫХ ЭЛЕКТРОНОВ С МОЗАИЧНЫМИ КРИСТАЛЛАМИ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Белгород - 2(

003455798

Работа выполнена на кафедре общей физики Белгородского государственного университета

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор

Внуков Игорь Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Защита состоится 25 декабря в 16.00 часов на заседании Диссертационного Совета Д.212.015.04 Белгородского государственного университета, по адресу: 308007, г. Белгород, ул. Студенческая, 14, ауд. 322.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Белгородского государственного университета.

Автореферат разослан «21 » ноября 2008 г.

Малышевский В.С.

доктор физико-математических наук, профессор Блажевич С.В.

Ведущая организация - Физический институт имени П.Н.Лебедева

Российской академии наук (ФИАН)

Ученый секретарь диссертационного совета

В.А. Беленко

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Пучки рентгеновского излучения широко используются для фундаментальных и прикладных исследований в различных областях (биология, физика твердого тела, микроэлектроника, медицина и т.д.). В настоящее время наиболее интенсивным источником рентгеновского излучения являются электронные накопительные кольца с энергией > 1 ГэВ. Подобные установки являются достаточно дорогостоящими и требуют значительных эксплуатационных затрат. Поэтому сейчас во всём мире ведутся исследования механизмов генерации рентгеновского излучения, возникающего при прохождении легких заряженных частиц меньших энергий через твердотельные мишени, направленные на создание новых источников излучения и анализа структуры кристаллических образцов.

Одним из таких механизмов является параметрическое рентгеновское излучение (ПРИ). В первом приближении это излучение может быть интерпретировано как когерентное рассеяние псевдофотонов (виртуальных фотонов), формирующих собственное электромагнитное поле релятивистской частицы, на электронных оболочках периодически расположенных атомов мишени. Энергия фотонов ПРИ однозначно связана с их углом вылета и ориентацией кристалла, что позволяет на основе этого механизма создавать пучки монохроматического рентгеновского излучения с регулируемой длиной волны. Преимуществом ПРИ перед другими источниками на основе использования излучения быстрых частиц в веществе являются меньшие дозовые нагрузки в месте расположения объекта облучения, так как ПРИ испускается под большими углами к направлению электронного пучка.

Принято считать, что наиболее перспективным является использование этого типа излучения в медицинских целях, где востребованы малогабаритные источники жёсткого квазимонохроматического рентгеновского излучения (со > 20 кэВ, Дсй/ш < 5%). Измерения характеристик ПРИ, проведенные для почти всех известных кристаллов с совершенной структурой: алмаз, кремний, германий, вольфрам, кварц и фторид лития в диапазоне энергий электронов от единиц МэВ до нескольких ГэВ показали, что кинематическая теория ПРИ описывает экспериментальные результаты с погрешностью не хуже 10-15%, а выход излучения слабо зависит от используемого

кристалла и недостаточен для широкого практического использования.

Спосо|

ы

увеличения выхода излучения с использованием твердотельных мишеней и пучков электронов средних энергий, предложенные в последнее время, так же не нашли применения из-за низкого выхода излучения.

Известно, что качество структуры кристаллов существенно влияет на отражающую способность рентгеновского излучения. Например, с помощью мозаичных кристаллов пиролитического графита можно получать интенсивные пучки рентгеновского излучения за счёт снижения монохроматичности и, в случае их использования для генерации ПРИ, дополнительного вклада дифрагированных реальных фотонов тормозного и переходного излучений. Большая мозаичность кристаллов пиролитического графита (типичное значение характерного угла мозаичности сг„ -3-4 мрад) приводит к большой ширине спектра излучения, что не всегда приемлемо для практических приложений. Таким же преимуществом перед совершенными кристаллами должны обладать и другие мозаичные кристаллы, не имеющие недостатков графита. Однако целенаправленных исследований влияния качества структуры образцов на характеристики пучков рентгеновского излучения, получаемых при прохождении через эти образцы быстрых электронов, не проводилось. Недостаточное внимание уделялось и радиационному фону в месте расположения объекта облучения.

Другим механизмом, который так же может быть использован для генерации пучков монохроматического рентгеновского излучения, является дифрагированное излучение каналированных электронов или, как его иногда называют, дифрагированное излучение релятивистского осциллятора (ДИО), одно из интересных физических явлений, происходящих при прохождении быстрых заряженных частиц через упорядоченные среды, предсказанных в 70-80гых годах в работах В.Г. Барышевского с соавторами. ДИО, являющееся результатом когерентного суммирования двух процессов - излучения фотона и его дифракции в кристалле, до последнего времени оставалось вне поля зрения экспериментаторов как вследствие недостаточной ясности в величине эффекта, так и очевидной сложности его выделения на фоне конкурирующих процессов: ПРИ и дифрагированного тормозного излучения (ДТИ). Дополнительную сложность с точки зрения экспериментального поиска этого эффекта представляют ограниченный диапазон энергии электронов, где возможно его чёткое проявление (10-40 МэВ), и узкий диапазон энергий и углов вылета фотонов, где оно может быть уверенно зарегистрировано, что предъявляет жёсткие требования к постановке такого эксперимента.

В последнее время, после появления цикла работ X. Нитгы с соавторами и Ю.Л. Пивоварова с соавторами ситуация с оценкой величины эффекта прояснилась. В соответствии с результатами цитируемых работ в узком угловом интервале выход дифрагированного излучения каналированных электронов может на несколько порядков превышать выход ПРИ. В случае справедливости этой оценки можно надеяться на создание нового источника интенсивного рентгеновского излучения.

Целью работы является исследование влияния совершенства структуры кристаллов на характеристики рентгеновского излучения, генерируемого при взаимодействии электронов средних энергий с кристаллами, включающее сопоставление совершенных и мозаичных кристаллов с точки зрения их использования дтя генерации интенсивных пучков рентгеновского излучения для медицинских применений, создание на базе микротрона НИИ ЯФ МГУ экспериментальной установки по измерению характеристик излучения быстрых электронов в плотной среде и разработка методики ориентации кристаллов на ускорителях средних энергий с коротким временем цикла ускорения.

Научная новизна

- Доказано, что использование идеальных мозаичных кристаллов вместо совершенных при генерации излучения под брэгговскими углами существенно увеличивает выход жёсткого квазимонохроматического рентгеновского излучения, за счёт вклада дифрагированных реальных фотонов.

- Впервые показано, что мозаичность кристалла сгт < обеспечивает увеличение выхода излучения без заметного ухудшения эксплуатационных характеристик фотонного пучка.

- Доказано, что однокристальная схема генерации излучения не пригодна для применения в медицинских целях из-за большого фона тормозного излучения в месте расположения объекта облучения при использовании кристаллов оптимальной толщины и низкой эффективности при малых толщинах.

- Предложена и апробирована новая методика ориентации кристаллов на ускорителях электронов средних энергий с коротким временем цикла ускорения, позволяющая почти на порядок сократить время проведения измерений.

Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы для создания интенсивных пучков квазимонохроматического рентгеновского излучения для медицинских применений.

Развитая и апробированная методика ориентации кристаллов позволяет почти на порядок сократить время проведения измерений на ускорителях электронов средних энергий с коротким временем цикла ускорения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Использование идеальных мозаичных кристаллов вместо совершенных существенно увеличивает выход жёсткого квазимонохроматического рентгеновского излучения, испускаемого под брэгговскими углами при прохождении через них быстрых электронов. Мозаичность <?т < 9С обеспечивает увеличение выхода излучения без ухудшения эксплуатационных характеристик фотонного пучка.

2. Однокристальная схема генерации излучения практически не пригодна для применения в медицине из-за большого фона тормозного излучения в месте расположения объекта облучения при использовании кристаллов оптимальной толщины и низкой эффективности при малых толщинах.

3. Двухкристальная схема генерации излучения с использованием мозаичных кристаллов вместо совершенных увеличивает выход жёстких фотонов, позволяет избавиться от фона тормозного излучения в месте расположения объекта облучения и существенно улучшить монохроматичность по сравнению с однокристальной схемой.

4. На микротроне НИИ ЯФ МГУ создан экспериментальный комплекс, позволяющий проводить измерения характеристик излучения быстрых электронов в конденсированном веществе. Предложена новая методика ориентации кристаллов на ускорителях средних энергий с коротким временем цикла ускорения, существенно сокращающая время проведения измерений.

Апробация результатов работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на XXXV - XXXVIII Международных конференциях по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, МГУ, 2005-2008 гг.), IV - VI конференциях по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям (г. Харьков, ННЦ ХФТИ, Украина, 2006-2008гг.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в работах [1-9].

Личный вклад соискателя в проведении исследований и получении результатов является определяющим. Все результаты, приведённые в диссертации, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и библиографии из 117 наименований. Диссертация изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков и 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введеннн приведены историческая справка, обзор работ по проблеме, состояние исследований к моменту начала работы, обоснование необходимости проведения дальнейших исследований, формулируется цель, задачи исследования и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена сравнению совершенных и мозаичных кристаллов с точки зрения их использования для генерации интенсивных квазимонохроматических пучков рентгеновского излучения, при прохождении через них быстрых электронов.

В §1.1 описана использованная в диссертации методика расчёта выхода параметрического рентгеновского излучения в совершенных и мозаичных кристаллах, основанная на кинематической теории ПРИ, проанализировано влияние совершенства структуры кристалла на характеристики наблюдаемого излучения, приведена методика расчёта выхода дифрагированного тормозного излучения в идеальных мозаичных кристаллах, основанная на теории дифракции рентгеновского излучения в мозаичных кристаллах. В §1.2 приведены результаты обработки данных эксперимента по исследованию выхода ПРИ из кристалла алмаза размерами 6х8х 2 мм3 и поверхностной мозаичностью ат ~ 0.2 мрад, выполненного на томском синхротроне.

На рисунке 1 точками показана полученная в эксперименте зависимость выхода фотонов первого порядка отражения от угла разориентации плоскости (110). Здесь же показана расчетная зависимость, полученная в рамках кинематической теории ПРИ. Обработка данных эксперимента показала, что в максимуме зависимости для всех порядков отражения зарегистрированный выход излучения =(1.63 ±0.008)-10"6 фот./электр., У^' = (8 2±0.09)-10'а фот./электр. и -- (М 4 ± 0.23) ■ 10"я фот./электр. в несколько раз превышает результаты расчёта по теории ПРИ. У\ "'с = 5.13 ■ 10~7 фот./электр., =2.6-10"8 фот./электр. и У3са,с = 3.2-10'9 фог./элекгр.

Рис. 1. Ориентационная зависимость выхода фотонов из кристалла алмаза для Еа=500 МэВ и 0О = 4". ° - эксперимент; Кривые: 1 - расчет по кинематической теории ПРИ; 2 - ДТИ + ПРИ

в мозаичном кристалле

Основными факторами, определяющими форму ориентационной зависимости выхода излучения (03), являются угол коллимации излучения и многократное рассеяние частиц в кристалле. Поэтому измеренная и рассчитанная 03 достаточно близки по форме, но значимо отличаются по амплитуде. Разница в ширинах (Р\УНМ) рассчитанной и измеренной зависимостей Д0СО,С=3.97 мрад и А0ехр = (2.9 ± 0.2) мрад превышает экспериментальную погрешность (шаг измерения 03 ~ 0.4 мрад) и свидетельствует о вкладе излучения с более узким угловым распределением, чем ПРИ. В данном случае это может быть только ДТП, однако оценка вклада ДТИ, сделанная в предположении, что кристалл является совершенным, показала, что выход ДТИ не превышает 20% от выхода ПРИ и не может объяснить полученную разницу.

Учёт мозаичности кристалла в предположении однородного распределения блоков мозаики с размерами меньше длины первичной экстинкции по толщине кристалла, то есть применимости для данной ситуации модели идеального мозаичного кристалла, показал, что наблюдаемое различие действительно обусловлено мозаичностью кристалла. Результирующая зависимость ПРИ+ДТИ, рассчитанная с учетом мозаичности для обеих компонент, близка к экспериментальной. Рассчитанные значения выхода ¥{сак = 1.94-¡О"6 фот./электр., К2ш/С =1.18-1СГ7 фот./электр. и У3га,с = 1.46-10"8 фот./электр. и ширины ориентационной зависимости А®са,с = 2.67 мрад удовлетворительно согласуются с результатами измерений.

Согласие результатов измерений характеристик излучения для мозаичных кристаллов алмаза и пиролитического графита с расчетом позволило сопоставить совершенные и мозаичные кристаллы с точки зрения применимости их использования для генерации квазимонохроматического рентгеновского излучения в прикладных целях. В последнее время во многих ускорительных центрах ведутся работы по созданию источников рентгеновского излучения в медицинских целях для маммографии (со ~ 18-20 кэВ) и ангиографии по краю полосы фотопоглощения йода и бария (ю ~ 33.1 кэВ и оэ ~ 37.5 кэВ), поэтому сопоставление проведено для экспериментальных условий ускорителей средних энергий, на которых проводятся такие работы. Результаты сопоставления приведены в §1.3.

Расчёты показывают, что как для совершенных, так и мозаичных кристаллов выход результирующего излучения обусловлен вкладом двух механизмов: ПРИ и

8

ДТИ, причём их соотношение зависит от толщины кристалла, его мозаичности и энергии электронов и регистрируемых фотонов. В совершенном кристалле, в основном, генерируется ПРИ, вклад ДТИ не превышает 10-40%. Для мозаичного кристалла основным является вклад ДТИ, а вклад ПРИ не превышает 10-20%. Мозаичность приводит к уширению спектров ДТИ и ПРИ, однако в зависимости от условий ширина спектра результирующего излучения для мозаичного кристалла может оказаться меньше, чем для совершенного. То есть наличие мозаичности увеличивает выход излучения без ухудшения характеристик фотонного пучка.

Выход ПРИ линейно зависит от толщины кристалла, поэтому наиболее естественным способом увеличения интенсивности является увеличение толщины мишени. На рисунке 2 приведена зависимость выхода излучения от толщины совершенного кристалла кремния (кривая) для отражения (220) и угла наблюдения 0О=16.7' (со ~ 33 кэВ). Из рисунка видно, что для малых толщин выход ПРИ увеличивается, потом выходит на насыщение и затем спадает из-за поглощения излучения в материале мишени. Положение максимума выхода излучения соответствует длине поглощения генерируемых фотонов - 1а.

1дти^ ПРИ

6 Т, мм

Рис. 2. Зависимость интенсивности ПРИ и ДТИ от толщины кристалла кремния.

£, = 45 МэВ, Эс = 0.85 мрад. Кривая - ПРИ, о - ДТИ, • - Удт / Ут,И.

Как отмечено выше, использование мозаичных кристаллов позволяет получить существенно больший выход излучения за счёт вклада ДТИ. На этом же рисунке (о) показана зависимость выхода ДТИ для мозаичного образца с ат =1 мрад и отношение выходов ДТИ и ПРИ (•). Как видно из рисунка, уже для Т=0.1 мм выход ДТИ из мозаичного кристалла больше, чем выход ПРИ из совершенного кристалла.

Поскольку выход ПРИ, в отличие от спектра излучения, слабо зависит от мозаичносгги кристалла, а выход ДТИ из совершенного кристалла меньше выхода ПРИ (см. рис. 3), мозаичный кристалл практически всегда обеспечивает больший выход излучения, чем совершенный. Расчёты показали, что преимущество мозаичных кристаллов наилучшим образом проявляются при генерации жёсткого излучения с ей 30 кэВ, где соотношение выходов ДТИ и ПРИ достигает 10 и более раз.

Для большинства применений интенсивных пучков рентгеновского излучения с перестраиваемой энергией, например, для просвечивающей рентгенографии, как правило, вполне достаточно монохроматичности Аа/а < 5%. При использовании пучков излучения быстрых электронов в конденсированном веществе (ПРИ, излучение при каналировании и т.п.) монохроматичность достигается за счёт коллимации излучения 9С. Зависимость характеристик результирующего излучения от типа используемого кристалла, соотношения величин $с и сг„, энергии регистрируемого излучения и толщины кристалла приведена в §1.4.

На рисунке 3 приведена зависимость характеристик излучения от величины <тт для кристалла кремния, отражения (220) и угла Брэгга 0„ = 10.45' (со ~ 17.8 кэВ).

17.4 17.6 17.8 18.0 18.2 га, кэВ

0.5 1.0

с„, мрад

Рис Зависимость характеристик излучения от мозаичности кристалла кремния ТЮ.625 мм, Ее=45 МэВ; =1.7 мрад

а) Спектры первого порядка отражения <У„=0 мрад; 0.2 мрад; 0.4 мрад; 0.6 мрад; 0.8 мрад; 1 2 мрад; 1.6 мрад, соответственно, кривые 1-7; 8 - ПРИ в совершенном кристалле.

б) Зависимость выхода ДГИ - о и ширины спехтра (БТОШ) -□ от величины 0"„

• - выход ПРИ из совершенного кристалла.

Из рисунка видно, что вплоть до <т„ =0.6 мрад ~3С/Ъ ширина спектра ДТИ меняется весьма незначительно, оставаясь почти такой же, как и ширина спектра ПРИ

из совершенного кристалла, а затем плавно возрастает. Анализ показывает, что мозаичность кристалла влияет на спектр ПРИ почти так же, как и на спектр ДТИ. То есть для ат<3С/3 уширение спектра ПРИ вследствие наличия мозаичности так же незначительно. Поэтому с учётом вклада ДТИ в совершенном кристалле (см. рис. За) монохроматичность спектра результирующего излучения (ПРИ+ДТИ) из мозаичного кристалла с ат<3с/3 почти такая же, как и у спектра из совершенного кристалла.

Амплитуда пика в спектре и выход ДТИ возрастает с ростом мозаичности вплоть до <гт=0.6 мрад, затем выходит на насыщение и для ат> 1.6 мрад начинает спадать. Ход этой зависимости объясняется конкуренцией двух факторов. Для малых значений <гт с ростом мозаичности уменьшается вероятность переотражения дифрагированного пучка, и выход излучения растёт. Для £глт, сопоставимых с углом коллимации излучения, выход дифрагированного излучения падает из-за уменьшения числа фотонов, которые после отражения могут попасть в коллиматор. Поэтому выход ДТИ стабилизируется при одновременном ухудшении монохроматичности регистрируемого излучения. Для больших значений <т„ второй процесс преобладает, и интенсивность ДТИ начинает спадать. Выводы по результатам сравнения совершенных и мозаичных кристаллов с точки зрения их применимости для генерации интенсивных пучков рентгеновского излучения изложены в §1.5.

До последнего времени считалось, что наиболее перспективной областью использования излучения быстрых электронов средних энергий в кристаллах является медицина, где востребованы малогабаритные источники жёсткого квазимонохроматического рентгеновского излучения. При этом из-за поискового характера работ недостаточное внимание уделялось безопасности применения такого источника. Проблемам, возникающим при попытке использовать излучение быстрых частиц в кристаллах для использования в медицине, и возможным путям их решения посвящена вторая глава диссертации. Наиболее серьёзно в этом направлении продвинулись авторы работы Peistrup М.А. et alJ/Review of Scientific Instruments (2001) v.72, No. 4, P.2159-2170, в которой предложен проект установки для маммографии, использующей ПРИ электронов с энергией 35 МэВ в кристалле пиролитического графита толщиной 10 мм, и показано, что этот источник обладает преимуществами перед традиционным на основе электронной пушки с молибденовым антикатодом.

На рисунке 4 приведены спектры для условий, использованных в этой работе: ©0 = 2®в =10.46° (ю ~ 20 кэВ), угол коллимации излучения 1.24х 80 мрад2. Кривая 1 (УсЫс =3.72-Ю-6 фотон/электрон) - спектр ПРИ, рассчитанный без учёта мозаичности кристалла. Именно такой спектр приведён и обсуждается в цитируемой работе. Кривая 2 (Уа1с =4.70-10"6 фотон/электрон) рассчитана в предположении гауссовского распределения мозаичности для ат - 4 мрад, но без учёта дифракция фотонов ПРИ. Этот эффект учтен при расчете зависимости 3 фотон/электрон).

Рис 4 Спектры излучения в кристалле пиролитического графита Кривые 1 - Спектр ПРИ в совершенном кристалле; 2 - Спектр ПРИ в мозаичном кристалле с <Т„ = 4 мрад без учета переотражения фотонов; 3 - Спектр ПРИ с учетом переотражения; 4 - Спектр ДТИ, 5 - Спектр ТИ

Из сопоставления спектров 1 и 2 видно, что наличие мозаичности привело к уменьшению амплитуды в пике спектра и его сдвигу в область меньших энергий фотонов, что обусловлено сильной зависимостью отражающей способности от длины волны. Этим же фактором обусловлен и больший выход ПРИ из мозаичного кристалла по сравнению с совершенным. Вторичная дифракция фотонов ПРИ уменьшает выход излучения почти в два раза и ещё больше смещает максимум в спектре, поскольку в направлении первичного пучка тормозного излучения наиболее сильно переотражаются фотоны с энергией, соответствующей брэгговскому условию. Из приведённого на этом же рисунке спектра ДТИ (зависимость 4, Усак = 1.32-Ю-5 фотон/электрон) видно, что выход ДТИ примерно в 4 раза превышает выход ПРИ. Ширина спектра ДТИ Аа~2.&6 кэВ больше, чем спектра ПРИ А (а - 2.25 кэВ и, тем более спектра ПРИ из совершенного (не существующего в природе) кристалла пиролитического графита Дш -0.6 кэВ, что обусловлено большим

значением характерного угла мозаичности кристалла по сравнению с углом коллимации излучения в плоскости дифракции (<тга= 4 мрад >Л&Х= 1.24 мрад). Анализ однокристальной схемы генерации рентгеновского излучения для медицинских целей, а так же проблемы его использования, приведены в §2.1.

Основной проблемой, возникающей при использовании кристаллов оптимальной толщины для генерации излучения в медицинских целях, является не ширина спектра, а большая величина фона тормозного излучения (ТИ) в месте расположения объекта облучения. По-видимому, это главная причина почему, несмотря на уже почти двадцатилетнюю историю изучения ПРИ, ни одно из предложений по его применению для прикладных целей до сих пор не реализовано. Из приведённого на рисунке 4 спектра тормозного излучения в спектральной области первого порядка отражения (кривая 5) видно, что вклад непрерывного фона тормозного излучения ~ 3% от амплитуды пика в спектре ДТИ. Поскольку спектр ТИ тянется вплоть до конечной энергии электронов число фотонов ТИ и ДТИ, попадающих на объект облучения для кристаллов оптимальной толщины оказываются сопоставимыми, а полная энергия тормозного излучения на два-три порядка больше полной энергии полезного излучения. Например, для кристалла кремния оптимальной толщины (3.5 мм) и условий рис. 2 Ym «9.4 1СГ8 фотон/электрон, a YJ[t - 7 10"8 фотон/электрон. Тогда как полные энергии излучения IV^ ~З.Ы0~6 кэВ/электрон и WTU -4-10"4 кэВ/электрон. Для кристалла графита и условий рис. 4 это отношение в несколько раз хуже из-за меньших значений энергии электронов и угла наблюдения. Реальное соотношение доз от фонового и полезного излучения, определяемое протяжённостью и составом объекта облучения, будет несколько меньше соотношения полных энергий излучения и должно оцениваться отдельно. Методика оценки выхода фоновых процессов приведена в §2.2.

Одним из решений проблемы высокого уровня фона ТИ в месте расположения объекта облучения может быть использование двухкристальной схемы, анализируемой в §2.3. Недавно в работе Hayakawa Y. et al. //Nucí. Instr. and Meth. 2005. V. B227. P.32-40 предложено использовать систему из двух совершенных кристаллов для генерации ПРИ в тонком кристалле и его последующей дифракции в другом, более толстом. Такие схемы широко используются в экспериментальной

физике ещё с тридцатых годов прошлого века. Главное достоинство такой схемы -узкая ширина спектра приводит к низкой интенсивности излучения. Если ширина спектра не является критичным параметром и Аео !а -2-3% вполне достаточно, то использование мозаичных кристаллов вместо совершенных может увеличить выход излучения на несколько порядков.

На рисунке 5 приведена схема установки, реализующей этот метод. Электронный пучок падает на кристалл, установленный в гониометре и развернутый на угол @в для получения требуемой энергии фотонов, и сбрасывается в могильник. Рожденные в кристалле фотоны ДТИ и ПРИ проходят через коллиматор, расположенный под углом ©с = 2@в и вырезающий нужную область спектрально-углового распределения. Далее излучение падает на второй кристалл, установленный в гониометре и развернутый на такой же угол (схема (п, -п), и отражается в направлении объекта облучения.

¿е.

Рис. 5. Схема реализации двухкристальной системы

Для изменения энергии излучения меняется ориентация обоих кристаллов, положение коллиматора и второго кристалла, таким образом, что бы трасса пучка дифрагированного излучения по-прежнему проходила через объект облучения. Одним из достоинств такой схемы является отсутствие необходимости перемещения объекта облучения при изменении энергии фотонов. В зависимости от конкретной реализации размеры второго кристалла могут быть выбраны такими, что бы он перекрывал только требуемый телесный угол. В этом случае нет необходимости в промежуточном коллиматоре, что существенно упрощает реализацию метода. Для проведения измерений, требующих меньшей ширины спектра, например, исследований ХАББ, мозаичные

кристаллы могут быть заменены совершенными, и установлены так же, как и в работе Hayakawa Y. etal. //Nucí. Instr. andMeth. 2005. V. B227. P.32-40.

Поиск или изготовление мозаичных кристаллов для реализации предлагаемого способа получения интенсивных пучков рентгеновского излучения с перестраиваемой энергией представляет собой отдельную задачу. Рассмотрим, какой выход излучения можно получить при использовании доступных кристаллов пиролитического графита Результаты расчёта для идентичных кристаллов пиролитического графита толщиной 15 мм с мозаичностью ат= 4 мрад и энергии электронов Е = 45 МэВ приведены на рисунке 6. Второй кристалл расположен под углом ©0 = 6.4= (ш~33 кэВ). Угол коллимации для однократно и двукратно дифрагированных фотонов 9с=\ мрад.

Рис. 6 Спектры излучения для кристаллов пиролитического графита: 1 - Спектр ПРИ в совершенном кристалле; 2 - Спектр ПРИ в мозаичном кристалле; 3 - Спектр ДТИ в мозаичном кристалле;

4 - Спектр ТИ на влете во второй кристалл, 5 - Спектр двукратно дифрагированного излучения; б - Спектр дифрагированного тормозного излучения, попавшего на второй кристалл, 7 - Спектр ДТИ в кристалле с (Тт= 1 мрад и = 5 мм; 8- Спектр после второго кристалла с Ст= 1 мрад и 7] = 4 мм

Из рисунка видно, что, как и при использовании других мозаичных кристаллов, основной вклад в спектр после первого кристалла даёт ДТИ. Вклад ПРИ (кривые 1, 2) Ути = 1.68-10~7 фотон/электрон почти на порядок меньше вклада ДТИ (кривая 3) УДТИ = 1 54 КГ6 фотон/электрон. Изменение угла наблюдения и толщины мишени уменьшило интенсивность после первого кристалла до Г = 1.54-10"6 фотон/электрон и увеличило ширину спектра Да ~ 11 кэВ. Из рисунка видно, что использование второго кристалла обеспечивает не только подавление фона ТИ, но и уменьшение ширины спектра излучения, попадающего на объект облучения (кривая 5, Г = 2.3810"8 фотон/электрон, Аад%л'= 0.59 кэВ и = 1 кэВ). Уменьшение

выхода по сравнению с однокристальной схемой обусловлено как сужением спектра,

так и поглощением во втором кристалле. Следует отметить, что с учетом дополнительного вклада дифрагированного во втором кристалле тормозного излучения (см. ниже) полученное значение выхода излучения почти в два раза больше, чем можно получить для этой же энергии фотонов и угла коллимации при помощи механизма ПРИ и совершенного кристалла кремния оптимальной толщины.

Основной недостаток однокристальной схемы - большой фон тормозного излучения (кривая 4), при использовании двухкрисгальной схемы приводит к дополнительному вкладу монохроматического излучения в месте расположения объекта облучения У = 0.55 • 10"8 фотон/электрон (кривая 6). Фотоны ПРИ из первого кристалла так же могут дифрагировать во втором. Но из-за низкой интенсивности ПРИ в требуемой спектральной области (см. спектр 2) вклад этого процесса в суммарную интенсивность излучения не превышает долей процента. Уменьшение интенсивности излучения, попадающего на облучаемый объект, как видно из рисунка теряется почти 80% фотонов с энергией со = 33 кэВ, обусловлено большими значениями <т„ и толщин кристаллов. Уменьшение мозаичности до <тт=1 мрад уменьшило оптимальные толщины до 5 мм и 4 мм для первого и второго кристаллов, соответственно, и увеличило выход излучения почти в два раза (см. спектр 8). Выводы и рекомендации по результатам анализа возможности использования излучения быстрых электронов в кристаллах для медицинских применений приведены в §2.4.

Третья глава посвящена разработке и проверке новой методики ориентации кристаллов на ускорителях с коротким временем цикла ускорения для последующих экспериментов по поиску дифрагированного излучения каналированных электронов.

В §3.1 описаны параметры разрезного микротрона НИИ ЯФ МГУ, на котором планируется провести эти исследования, и приведена постановка задачи. Для уверенной идентификации дифрагированного излучения каналированных электронов необходимо сориентировать плоскость кристалла вдоль направления электронного пучка, то есть выйти на режим плоскостного каналирования. Известные методы ориентации кристаллов по выходу излучения при каналировании с помощью ионизационной камеры или Ыа1(Т1) детектора в комптоновской геометрии для электронов с энергией несколько десятков МэВ не пригодны, поскольку характерная энергия излучения при каналировании таких частиц не превышает 50-100 кэВ. Использование для ориентации кристалла счетного режима работы детекторов на ускорителях с коротким временем цикла ускорения неэффективно, так как типичная длительность импульса с детектора излучения (~ 1-6 мкс) сопоставима с

длительностью цикла ускорения (6-10 мкс), поэтому ориентация кристалла на таком

Рис. 7. Схема расположения экспериментальной аппаратуры.

М- очистной магнит, Ф - цилиндр фарадея; Me - металлическая пластина; Д - дозиметр;

Л-гониометр с кристаллом кремния, Дет. ТП-детектор мониторирования тока пучка по обратно-рассеянным фотонам

Для ориентации кристалла предложено использовать рентгеновский Nal детектор толщиной 1 мм, расположенный под углом 90' и регистрирующий изменение выхода характеристического рентгеновского излучения (ХРИ) из тонкой металлической мишени, установленной на у-пучке из кристалла, в зависимости от его ориентации (см. рис. 7). Измерения проводятся в токовом режиме включения детектора, что позволяет работать в обычном для ускорителя режиме и сократить время ориентации. Для проверки применимости предлагаемого метода ориентации кристаллов проведено моделирование зависимости интегрального отклика детектора, то есть энергии поглощенной в детекторе, от спектра анализируемого излучения, материала и толщины мишени. Описание алгоритма и результаты моделирования приведены в §3.2. При моделировании учитывалось поглощение первичного и рассеянного излучения в материале мишени и в воздухе на пути от мишени до детектора и его эффективность. Для оценки чувствительности методики к ориентации кристалла были использованы результаты эксперимента Gary С. К. е! al.// Phys. Rev. В, V. 42, No. 1 (1990), Р.7-14 по измерению спектра излучения при плоскостном (110) каналировании электронов с Ее - 30 МэВ в кристалле кремния толщиной 15 мкм, то есть для условий, близких к тем, для которых предполагается провести измерение по поиску ДИО. Моделирование подтвердило предположение о преобладающем вкладе фотонов ХРИ в отклик детектора для выбранной геометрии измерений и показало, что для условий цитируемой работы оптимальными являются мишени из серебра, олова и ниобия толщиной несколько десятков микрон. В этом случае отношение

сигналов детектора для ориентации (110) и разориентированного кристалла ~ 2.4-2.1. Оценки показали, что увеличение толщины кристалла до 0.2 мм уменьшает это отношение до ~ 1.1-1.15, что позволяет ориентировать и такие кристаллы.

Описание установки, использованной и разработанной аппаратуры, программного обеспечения и методики проведения измерений приведены в §3.3. Результаты экспериментальной проверки развиваемой методики ориентации кристалла описаны в §3.4. В эксперименте исследовалась зависимость показаний Ка1(Т1) детектора, регистрирующего рассеянное у-излучения из тонкой металлической мишени, от материала мишени и ориентации кристалла. На рисунке 8 приведены сглаженные спектры для мишени из ниобия размерами 80x 150 мм! и толщиной 0.4 мм, измеренные детектором за одинаковое время (5 мин.).

4е-6

х

X

Ч

Зе-6

н

^

о

о

£ 2е-6

0

ш

Р 1е-6

1 О

0 20 40 60 80 100 120 ш,кэВ

Рис. 8. Спектры излучения для мишени из ниобия: I - спектр с мишенью; 2 - спектр без мишени;

5 - трасса рассеянного излучения перекрыта свинцом толщиной 1 мм

Из рисунка видно, что наряду с уверенным пиком ХРИ ниобия (со -16.6 кэВ) присутствует излучение с энергией 70-100 кэВ, причём выход этого излучения с мишенью и без мишени примерно одинаков. Перекрытие трассы рассеянного излучения свинцовой пластиной толщиной 1 мм добавило фотоны ХРИ свинца (со ~ 70 кэВ) и практически полностью "срезало" это излучение, то есть оно идёт с участка трассы пучка у-излучения, просматриваемого детектором. Оценки показали, что появление этого участка спектра обусловлено когерентным и некогерентным рассеянием фотонов пучка у-излучения в слое воздуха, просматриваемом детектором.

Поскольку спектрометрический и счетный режим работы детектирующей аппаратуры не эффективен для ориентации кристалла на микротроне НИИ ЯФ МГУ,

для обеспечения интегрального режима съёма информации с детектора разработано устройство, синхронизированное с циклом ускорения и интегрирующее сигнал.

Для измерения тока микротрона использовался детектор Ыа1(Т1) большего размера также включенный в интегральном режиме и регистрирующий обратно рассеянное излучение из могильника, куда направлялось рожденное в кристалле тормозное излучение. Известно, что обратно рассеянное излучение в основном формируется за счёт перерассеяния фотонов с энергией больше нескольких МэВ, поэтому для энергии электронов Ее~ 30 МэВ его интенсивность не должна зависеть от ориентации кристалла. Измерения показали, что при спонтанном изменении тока на 30-40% и неизменной ориентации кристалла изменение отношения показаний "рентгеновского" и "фонового" детекторов не превышает 1%.

Разработанный комплекс экспериментальной аппаратуры и программного обеспечения позволил провести измерения 03 выхода рассеянного излучения. Из-за отсутствия вакуумированной камеры рассеяния электроны попадают на кристалл кремния с ориентацией <111> и толщиной 0.23 мм через титановую фольгу толщиной 50 мкм. На рисунке 9 приведена одна из 03, измеренная с шагом 0.02 градуса. На пучке излучения установлена мишень из олова размерами 80х 15 мм2 и толщиной 60 мкм. Расстояние между кристаллом и мишенью 2 м. Каждая точка 03 соответствует 20 циклам ускорения. Полное число точек - 1000, время измерения - 37 минут. Такое же число точек с измерением счета фотонов или спектров излучения для разных ориентаций кристалла и статистической ошибкой на уровне 5% заняло бы ~ 100 часов.

|5а(,/|ьагс1

1000

с

01 аии

с

и

600

т

400

п;

200

<

о

з

1.6 1.2 0.8 0.4

-2 0 2 4 6 0, градусы

Рис. 9. Ориентационная зависимость выхода излучения для Ее =30 МэВ и кристалла кремния толщиной 0.23 мм : ] - показания детектора рассеянного излучения; 2 - показания детектора "фонового" излучения; 3 - отношение показаний детекторов

Из рисунка видно, что при изменении угла поворота кристалла выход рассеянного излучения плавно возрастает, достигает максимума и затем начинает спадать. Однако, ожидаемые узки пики, обусловленные излучением при плоскостном каналировании электронов в кремнии, отсутствовали. Наиболее вероятно, что их отсутствие обусловлено двумя причинами. Во-первых, из-за наличия фольги на выходном фланце и слоя воздуха перед кристаллом расходимость электронного пучка ■9, ~ 20 мрад больше угла плоскостного канапирования ц/с - 1 мрад. Во-вторых, большим вкладом фотонов, рассеянных на воздухе. Как уже отмечалось при обсуждении результатов измерений спектров рассеянного излучения, размеры просматриваемого детектором участка трассы пучка излучения намного больше размеров металлической мишени, поэтому вклад фотонов ХРИ, с которым связана ожидаемая регистрация излучения при каналировании, слишком мал.

Зарегистрированная зависимость показаний детектора от ориентации кристалла обусловлена увеличением выхода фотонов когерентного тормозного излучения (КТИ) при уменьшении угла между направлениями кристаллографической оси и пучка электронов. Моделирование процесса рассеяния фотонов КТИ из этого кристалла на воздухе подтвердило, что за счёт рассеяния на воздухе могут наблюдаться похожие ориентационные зависимости, а спектр рассеянного излучения будет близок к спектру, зарегистрированному в эксперименте (см. рис. 8). Тем не менее, при использовании простых мер вклад воздуха в показания детектора можно уменьшить как минимум на порядок. В этом случае можно будет уверенно регистрировать пики, связанные с излучением при каналировании. В §3.5 приведены выводы и рекомендации по использованию развитого метода ориентации кристаллов.

В заключении формулируются выводы и основные результаты диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Использование идеальных мозаичных кристаллов вместо совершенных существенно увеличивает выход жёсткого квазимонохроматического рентгеновского излучения, испускаемого под брэгговскими углами при прохождении них быстрых электронов. Мозаичность ат<Эс обеспечивает увеличение выхода излучения без заметного ухудшения эксплуатационных характеристик фотонного пучка.

2. Однокристальная схема генерации излучения практически не пригодна для применения в медицинских целях из-за большого фона тормозного излучения в месте

расположения объекта облучения при использовании кристаллов оптимальной толщины и низкой эффективности при малых толщинах.

3. Использование мозаичных кристаллов в двухкристальной схеме генерации излучения вместо совершенных позволяет существенно увеличить выход жестких фотонов при некотором ухудшении монохроматичности. Такая схема позволяет избавиться от фона тормозного излучения в месте расположения объекта облучения и существенно улучшить монохроматичность по сравнению с однокристальной схемой. Дополнительным преимуществом такой схемы является отсутствие необходимости перемещения объекта облучения при изменении энергии фотонов.

4. На пучке микротрона НИИ ЯФ создана экспериментальная установка, разработаны комплекс аппаратуры и программное обеспечение, позволяющие проводить на этом ускорителе измерение характеристик излучения быстрых электронов в конденсированных средах и, в частности, в ориентированных кристаллах.

5. Предложен и апробирован новый способ ориентации кристалла на электронных ускорителях средних энергий с коротким временем цикла ускорения и сброса электронов на мишень (микротрон, линейный ускоритель) по интегральным характеристикам выхода мягкого излучения из тонких металлических мишеней, установленных на пучке у - излучения из кристалла, обеспечивающий возможность ориентации без уменьшения тока ускорителя и существенно сокращающий время проведения измерений.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Балдин, А. Н. Влияние мозаичности кристаллов на характеристики параметрического рентгеновского излучения / А. Н. Балдин, И. Е. Внуков, Д. А. Нечаенко, Р. А. Шатохин // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. - 2006. - Т. 744. - Вып.3(31). - С. 51 -65.

2. Балдин, А. Н. Использование мозаичных кристаллов для генерации интенсивных пучков рентгеновского излучения / А. Н. Балдин, И. Е. Внуков, Р. А. Шатохин // Письма ЖТФ. - 2007. - Т. 33. - Вып. 14. - С. 87-94.

3. Шатохин, Р. А. Драйвер управления униполярным шаговым двигателем от LPT порта с автоматическим переходом на ток удержания / Р. А. Шатохин // Схемотехника. - 2007. - №6. - С. 45-47.

4. Бакланов, Д.А. Соотношение вкладов дифрагированного тормозного излучения и параметрического рентгеновского излучения в совершенных кристаллах / Д.А. Бакланов, А.Н. Балдин, И.Е. Внуков, Д.А. Нечаенко, Р.А. Шатохин // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина, серия физическая, "Ядра, частицы, поля". - 2007. - Т. 763. - Вып. 1(33). - С. 41-56.

5. Бакланов, Д. А. Статус эксперимента по поиску и исследованию дифрагированного излучения каналированных электронов / Д. А. Бакланов, И. Е. Внуков, В. К. Гришин, Ю. В. Жандармов, А. Н. Ермаков, Г. П. Похил, Р. А. Шатохин // Препринт МГУ. - 2008. -№ 1 /837. - С. 14.

6. Внуков, И. Е. Источник рентгеновского излучения с перестраиваемой энергией для медицинских целей / И. Е. Внуков, Ю. В. Жандармов, Р. А. Шатохин // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. - 2008. -Т. 808. - вып.2(38). - С. 25-36.

7. Бакланов, Д. А. Соотношение вкладов ДТИ и ПРИ в наблюдаемые характеристики излучения быстрых электронов в совершенных кристаллах / Д. А. Бакланов, А. Н. Балдин, И. Е. Внуков, Н. Ю. Фоменко, Р. А. Шатохин // Тезисы докладов IV конференции по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям. - Харьков, 2006. - С. 88.

8. Бакланов, Д. А. Влияние дифракции реальных фотонов на наблюдаемые характеристики излучения быстрых электронов в совершенных кристаллах произвольной толщины / Д. А. Бакланов, А. Н. Балдин, И. Е. Внуков, Д. А. Нечаенко, Р. А. Шатохин // Тезисы докладов V конференции по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям. - Харьков, 2007. - С. 95.

9. Бакланов, Д. А. Установка для поиска и исследования дифрагированного излучения каналированных электронов / Д. А. Бакланов, И. Е. Внуков, В. К. Гришин, А. Н. Ермаков, Ю. В. Жандармов, Г. П. Похил, Р. А. Шатохин // Тезисы докладов VI конференции по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям. -Харьков, 2008.-С. 107.

Подписано в печать 19.11 2008. Гарнитура Times New Roman. Формат 60x84/16. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 287. Оригинал-макет подготовлен и тиражирован в издательстве Белгородского юсу дарственного университета 308015, г. Белгород, ул Победы, 85

Введение

Глава I. Сопоставление совершенных и мозаичных кристаллов с точки зрения их использования для генерации интенсивных фотонных пучков.

1.1. Методика расчета ПРИ и ДТИ в совершенных и мозаичных кристаллах.

1.2 Анализ экспериментальных данных.

1.3. Сопоставление совершенных и мозаичных кристаллов с точки зрения генерации интенсивных пучков рентгеновского излучения.

1.4. Зависимость характеристик излучения от параметров эксперимента: мозаичности, угла коллимации, толщины и типа кристалла.

В течение последних десятилетий поддерживается постоянный интерес к исследованию механизмов генерации рентгеновского и гамма-излучений при прохождении легких заряженных частиц через структурированные мишени, см., например, [1-8], и цитированную там литературу. Это обусловлено широким использованием пучков жёсткого электромагнитного излучения используются для фундаментальных и прикладных исследований в различных областях науки и техники: биологи, физике твердого тела, микроэлектронике, медицине и т.п. В последнее время в связи с развитием нанотехнологий, возможностью анализа структуры вещества по характеристикам излучения и прогрессом в области медицинской диагностики актуальность таких исследований ещё более выросла.

В настоящее время основным источником интенсивных пучков рентгеновского излучения являются накопительные кольца с энергией ~ 1 ГэВ для генерации синхротронного и ондуляторного излучений. В сочетании с монохроматорами и другими элементами рентгеновской оптики на таких установках можно получать остронаправленные пучки монохроматического рентгеновского излучения с перестраиваемо длиной волны. Однако, эти установки являются сложными и дорогостоящими, а также, что немаловажно, например, в медицине, требуют значительных затрат на эксплуатацию. Тогда как при использовании для генерации излучения процессов, происходящих при прохождении электронов с энергиями 10-50 МэВ через структурированные мишени: кристаллы, рентгеновские зеркала, многослойные мишени и тому подобное, стоимость создания и эксплуатации такого источника рентгеновского излучения уменьшается в сотни раз.

Одним из таких процессов является параметрическое рентгеновское излучение (ПРИ) быстрых заряженных частиц в кристаллах [5-8]. Для генерации пучков ПРИ нет необходимости использовать дорогостоящие ускорители высоких энергий, поскольку их можно получать и на сравнительно дешёвых ускорителях с энергией электронов ~ 50 МэВ.

Преимуществами ПРИ перед другими источниками на основе использования излучения быстрых частиц в веществе является отсутствие необходимости использования дополнительного монохроматора, поскольку энергия фотонов ПРИ связана с их углом вылета и ориентацией кристалла, что позволяет создать пучок монохроматического излучения с регулируемой длиной волны, и меньшие дозовые нагрузки, поскольку ПРИ испускается под большими углами к направлению движения частиц.

Другим механизмом, который также может быть использован для создания такого источника, является излучение при каналировании, возникающее вследствие периодического отклонения частицы от прямолинейной траектории при её движении вдоль осей или плоскостей кристалла, см. [1-4, 9] и цитированную там литературу. Известно [10], что для одинаковых экспериментальных условий (энергия электронов и толщина кристалла) излучение при каналировании на два порядка интенсивнее ПРИ.

Исследование параметрического рентгеновского излучения, как одного из типов монохроматического излучения, генерируемого при движении релятивистских частиц в кристаллических мишенях, имеет довольно долгую историю. Еще в 1960-ых годах M.JI. Тер-Микаэлян, рассматривая излучение заряженной частицы, движущейся в периодической среде, получил условие резонанса [11]: ufi-^cose cost// здесь п - целое число, |3 — скорость частицы, © - угол вылета фотона относительно направления движения частицы, \|/ - угол влета в периодическую структуру, X — длина волны излучения, d - период среды. Здесь и везде далее используется система единиц Ь-т-с-\. В цитируемой работе это излучение было названо резонансным. ,

Механизм генерации рентгеновского излучения, испускаемого при движении заряженной релятивисткой частицы через периодическую трехмерную структуру, был теоретически разработан в начале 1970-ых годов

Барышевским и Феранчуком [12] а также Гарибяном и Ян Ши [13]. В цитируемых работах было показано, что в брэгговских направлениях относительно пучка заряженных частиц должно испускаться монохроматическое рентгеновское излучения с шириной линии А со! со-у~х, частота которого определяется ориентацией кристалла относительно направления движения заряженной частицы: и, (В.2) a sin ®в где п - целое число, определяющее порядок дифракции, d - межплоскостное расстояние, &в - угол между плоскостью кристалла и направлением движения заряженной частицы (угол Брэгга). Это выражение совпадает с совпадает с выражением для дифракции реальных фотонов (см., например, [14]) с точностью до членов порядка у~1.

В работе [13] это излучение было названо "квазичеренковским", а в [12] по аналогии с оптическим излучением, подробно рассмотренным Файнбергом и Хижняком [15], получило название "параметрическое рентгеновское излучение" (ПРИ). Позднее это название стало общепринятым. В первом приближении ПРИ может рассматриваться как когерентное рассеяние собственного электромагнитного поля частицы на электронных оболочках периодически расположенных атомов мишени [12,13]. По аналогии с дифракцией рентгеновских лучей в кристаллах существует два подхода к описанию ПРИ. Так называемый кинематический подход предполагает, что многократное отражение фотонов ПРИ на плоскостях кристалла пренебрежимо мало.

Если вероятность этого процесса не является малой, то необходимо использовать динамическую теорию. Согласно динамической теории, испускание ПРИ возможно не только под брэгговскими углами, но и под малыми углами @<у~1 относительно направления движения быстрой 6 частицы в кристалле (так называемое, ПРИ вперёд). В кинематическом подходе к описанию ПРИ [16,17] и теории, разработанной Тер-Микаэляном [11], существование ветви ПРИ, испускаемой под малыми углами к направлению движения заряженной частицы, не рассматривается. В последнее время предлагается рассматривать процесс ПРИ как когерентное поляризационное излучение релятивистских заряженных частиц в монокристаллах [18]. В рамках этого подхода показано, что для совершенных кристаллов вклад динамических эффектов в ПРИ не превышает 10% [19].

Первая попытка экспериментального обнаружения ПРИ, предпринятая в 1985 году на Корнельском синхротроне для ветви ПРИ, испускаемой в направлении прямо вперед, не увенчалась успехом [20] из-за недостаточного разрешения использованных в эксперименте Nal(Tl) детекторов (ts^cot со > 10-15%), поскольку ПРИ вперёд должно наблюдаться на фоне существенно более интенсивного переходного излучения. Эта ветвь ПРИ была обнаружена совсем недавно с использованием кристалл-дифракционных спектрометров с разрешением А со! со <1% [21,22].

Первые теоретические модели, описывающие ПРИ (см., например, [12,13]), были разработаны для тонкой кристаллической мишени и мононаправленного электронного пучка, т.е. для условий, когда многократным рассеиванием электронов в мишени, поглощением фотонов и некоторыми другими факторами можно пренебречь. Как правило, реальные условия эксперимента далеки от этого идеального случая, поэтому эти модели были малопригодны для сравнения с результатами измерений. В работе [17] на базе кинематического приближения динамической теории [23] была разработана модель, позволившая на тот момент наиболее полно описать предполагаемые характеристики ПРИ. Согласно цитируемой работе угловое распределение фотонов ПРИ в отдельном рефлексе можно записать:

1 d2N ^в2+02соз2вв+в2

N0dexdoy e2x+e2y+e2ph о ph

В.З) где N0 - некоторый множитель, характеризующий абсолютный выход фотонов ПРИ, 6х,6у - проекционные углы вылета фотонов (относительно строго брэгговского направления), величина в h определяется следующим образом: еРь=г2+в1+§, (в.4) шв где у - Лоренц-фактор, - среднеквадратичный угол многократного рассеяния электронов в кристалле, а)р - плазменная частота.

Целенаправленный экспериментальный поиск ПРИ релятивистских электронов в кристаллах для угла наблюдения 0Д = 2&Б = 90° в середине 80ых годов был предпринят на томском синхротроне. В эксперименте [24] для кристалла алмаза и энергии электронов Е0=900 МэВ впервые наблюдалась характерная для этого типа излучения линейчатая структура спектра. В последующих работах эти исследования были продолжены для других углов наблюдения, энергий электронов и кристаллов алмаза [25], кремния [26], германия [27,28]. Исследовались угловое распределение [29] и поляризация излучения [30,31]. Сравнение полученных результатов с теорией [17] показало удовлетворительное согласие, но наблюдались некоторые качественные отличия в форме и ширине углового распределения, что говорило о необходимости продолжения дальнейших исследований. Более подробную библиографию работ, выполненных на томском синхротроне, можно найти в обзоре [6].

После обнаружения ПРИ в эксперименте [24] началось интенсивное исследование этого типа излучения, что связано, в основном, с предполагаемой возможностью его использования для создания пучков рентгеновского излучения с перестраиваемой длиной волны для прикладных целей. В начале пальма первенства принадлежала ускорительным центрам СССР: Томску, Харькову и Еревана. В эксперименте [32], выполненном в

ХФТИ, впервые была исследована ситуация, где согласно с [5] вместе с ПРИ проявился и вклад дифрагированного тормозного излучения (ДТИ).

Этот вопрос специально исследовался в экспериментах [33,34]. В эксперименте [33] для кристалла алмаза, энергии электронов Е0 = 4.5 ГэВ и углов наблюдения 0Д = 60° и 70 ° установка дополнительного радиатора тормозного излучения перед кристаллом не привела к увеличению выхода монохроматического излучения. В этом же эксперименте впервые была проверена зависимость энергии излучения от угла наблюдения. В эксперименте [34] для кристалла кремния толщиной 0.017 мм, угла наблюдения 0„ =305.9 мрад (ю-12.9кэВ»^гУр-1-1.5 кэВ) и энергии электронов Е0 = 15.7 МэВ и 25.7 МэВ анализировалась зависимость энергии регистрируемого излучения от угла ориентации плоскости (111). Измерения показали, что эта зависимость хорошо описывается кинематической теорией ПРИ. Иными словами, вклад дифрагированного тормозного излучения в измеряемые спектры ПРИ в этих экспериментах с точки зрения авторов цитируемых работ отсутствовал. На основе аналогичных измерений для кристаллов кремния толщиной 0.5 мм и фторида лития толщиной 1.5 мм * такой же вывод был позднее сделан в работе [36]. С другой стороны, в работе [35], где, как и в эксперименте [33], перед кристаллом кремния устанавливалась дополнительная мишень для генерации тормозного излучения, было показано, что уменьшение энергии электронов с 900 МэВ до 300 МэВ приводит к сужению ориентационной зависимости выхода регистрируемого излучения по сравнению с предсказаниями кинематической теории ПРИ.

В дальнейшем исследования ПРИ начали проводиться и за рубежом. Здесь можно отметить цикл работ, выполненных группой И. Эндо [37-39]. Эти измерения подтвердили основные выводы, касающиеся спектрально-углового распределения ПРИ, полученные ранее томской группой, и показали, что модель, предложенная Феранчуком и Ивашиным в работе [17], удовлетворительно описывает спектрально-угловое распределение ПРИ в тонких совершенных кристаллах. Однако с ростом толщины мишени, экспериментальные данные расходятся с результатами расчетов, полученными в рамках этой модели. Авторы [37] высказали предположение, что подход, использованный авторами работы [17] для учета влияния многократного рассеивания электронов в мишени на угловое распределение ПРИ, не адекватен. В ней была предложена т. н. некогерентная модель, согласно которой процессы генерации ПРИ и многократное рассеяние электронов в мишени учитываются независимо друг от друга. Расчеты, выполненные с использованием этого приближения, дали результаты, совпадающие с экспериментальными данными. После появления этой работы сопоставление результатов измерений с расчетом проводится только в рамках этого подхода.

Интересные работы по исследованию ПРИ в совершенных кристаллах проведены в Германии, см., например [40,41], США [36] и других странах. Детальный исторический обзор, посвященный исследованиям ПРИ в таких кристаллах, приведен в [5,6,8] и цитируемых там работах. К настоящему времени считается установленным, что для совершенных кристаллов в диапазоне энергий электронов от нескольких МэВ до единиц ГэВ теория ПРИ в кинематическом приближении описывает экспериментальные результаты с погрешностью не хуже 10-15% [41].

По-видимому, наиболее перспективным является использование этого типа излучения в медицинских целях, где востребованы малогабаритные источники жёсткого квазимонохроматического рентгеновского излучения (г»>20 кэВ, А&>/гу<5%) [42]. В работе [43] проведено сравнение источника на основе ПРИ электронов с энергией 35 МэВ в кристалле пиролитического графита с обычно используемыми для этой цели рентгеновскими аппаратами с молибденовым антикатодом для применения в маммографии и доказано преимущество источника на основе ПРИ. Дополнительным преимуществом источника на основе ПРИ для маммографии является возможность плавного изменения энергии фотонов в диапазоне 20-25 кэВ для получения максимального контраста в зависимости от соотношения жировой и мышечной ткани. Ведутся работы по поиску источников рентгеновского излучения для ангиографии по краю полосы фотопоглощения йода и бария (со ~ 33.1 кэВ и со ~ 37.5 кэВ) в том числе и на основе механизма ПРИ [39].

Измерения характеристик ПРИ, проведенные для почти всех известных кристаллов с совершенной структурой: алмаз, кремний, германий, вольфрам, кварц, фторид лития (см. [5-8,36] и цитируемую там литературу), показали, что выход излучения слабо зависит от кристалла и недостаточен для практической реализации источника, основанного на этом механизме излучения. Способы увеличения выхода излучения, предложенные в последнее время (см. например, [39,44,45] и цитируемую там литературу), так же не нашли реального практического применения. Использование в качестве мишеней для генерации жёстких фотонов рентгеновских зеркал [44] и многослойных кристаллических мишеней [39], где основным механизмом генерации излучения под брэгговскими углами является дифракция фотонов переходного излучения, требует энергии электронов Ее > 500 МэВ, что сопоставимо с накопителями и экономически не целесообразно.

Многократное прохождение электронов через рентгеновское зеркало или тонкую кристаллическую мишень в циклическом ускорителе [45] сопровождается увеличением угла многократного рассеяния и потерей частиц на стенках ускорительной камеры. Выход излучения, зарегистрированный в таких измерениях, сопоставим с получаемым для обычных толщин мишеней в экспериментах по генерации ПРИ (~ 1 мм). Главным преимуществом такой схемы генерации является уменьшение поглощения излучения в веществе мишени, то есть она наиболее эффективна для низких энергий фотонов (гу<5-10 кэВ). К недостаткам рентгеновских зеркал следует отнести и больший период решётки, чем у кристаллов. В случае генерации жёстких фотонов и использования электронов средних энергий (Ее < 100 МэВ) это приводит к резкому возрастанию фона в месте расположения объекта облучения из-за перекрытия угловых распределений отражённого излучения и тормозного излучения.

Известно, что отражающая способность рентгеновского излучения мозаичными кристаллами больше, чем у совершенных кристаллов. Поэтому и при исследовании ПРИ возник вопрос о преимуществах и недостатках мозаичных кристаллов для генерации излучения. В работе [46] было теоретически показано, что мозаичность мишени слабо сказывается на выход ПРИ. Позднее в [47] отмечено, что мозаичность кристалла действительно не влияет на интенсивность собственно ПРИ, но для энергий фотонов О) < уй)р наличие мозаичности должно привести к дополнительному вкладу в наблюдаемый спектр дифрагированного переходного излучения, рождённого на передней грани кристалла. То есть выход ПРИ для мозаичных кристаллов может быть больше, чем для совершенных кристаллов.

Первый эксперимент по генерации ПРИ на мозаичном кристалле пиролитического графита был проведен Р. Фиорито и др. [48] для энергии электронов Ес ~ 90 МэВ. Отличительной особенностью эксперимента явилось наблюдение в спектре излучения очень высоких порядков (до п = 8 включительно), причем отношение интенсивностей излучения ПРИ старших порядков к интенсивности ПРИ первого порядка, не описывалось кинематической моделью [17]. Этот результат оказался весьма странным, так как кристаллы пиролитического графита с размерами микроблоков 1-5 мкм [49] обладают высокой отражающей способностью и широко используются в экспериментальной технике в качестве материала для создания монохроматоров нейтронов и рентгеновского излучения. Известно [50], что отражающая способность рентгеновского излучения этим кристаллом хорошо описывается теорией дифракции рентгеновского излучения в мозаичных кристаллах [14]. Поэтому предполагалось, что характеристики ПРИ в этом кристалле будут описываться кинематической теорией, а интенсивность излучения превышать выход ПРИ из совершенных кристаллов.

В работе [51] на базе существующей кинематической модели [17,46] был предложен метод для расчета спектра ПРИ, генерируемого в мозаичных кристаллах. Результаты работы [51] получили дальнейшее развитие в работе [52], где был разработан детальный подход для учета влияния мозаичности на угловое распределение и спектр ПРИ. Тогда же высказывалась мысль о возможном дополнительном вкладе в наблюдаемый экспериментальный спектр дифрагированного переходного излучения, которое генерируется на входной грани кристалла и распространяется вдоль направления электронного пучка внутри кристаллической мишени [47].

Для объяснения результатов эксперимента [48] на томском синхротроне был проведен цикл работ по исследованию дифракции реальных и виртуальных фотонов в кристаллах пиролитического графита [53-59] и была разработана методика расчёта характеристик ПРИ и выхода дифрагированного излучения в мозаичных кристаллах. Было показано, что с учётом дифракции реальных фотонов, включая Брэгговское перерассеяние фотонов ПРИ, все полученные на томском синхротроне экспериментальные данные согласуются с результатами расчётов с точностью порядка 15%, то есть в пределах погрешности абсолютизации и точности воспроизведения экспериментальной геометрии при проведении расчётов. Доказано, что в кристаллах толщиной ~ 0.01 рад. дл. выход дифрагированных реальных фотонов может в несколько раз превышать выход ПРИ. Результаты известных измерений с кристаллами пиролитического графита [39,60] в пределах погрешности абсолютизации совпадали с результатами расчётов, тогда как результаты эксперимента [48] не описывались в рамках развитой модели, что, по-видимому, обусловлено эффектом наложения, то есть регистрацией в этом эксперименте фотонов от нескольких электронов как один квант более высокой энергии.

Таким образом, к моменту выполнения исследований, результаты которых представлены в диссертации, было известно, что кинематическая теория ПРИ [5,16] в случае корректного учета многократного рассеяния электронов, хорошо описывает экспериментальные результаты для совершенных кристаллических мишеней, но выход излучения не достаточен для широкого практического использования. Способы увеличения интенсивности излучения, получаемого при прохождении быстрых электронов через структурированные среды, предложенные в последнее время, себя не оправдали. При этом из-за поискового характера работ недостаточное внимание уделялось безопасности использования такого источника.

Использование мозаичных кристаллов пиролитического графита позволяет получить больший выход излучения, чем при использовании совершенных кристаллов за счёт вклада дифракции реальных фотонов [58]. Большая мозаичность кристаллов пиролитического графита (характерное значение угла мозаичности меняется от 0.3 ° до 3 ° [49]) приводит к большой ширине спектра излучения [36,58], что обычно не приемлемо для практических приложений. Другим недостатком этого кристалла является большое межплоскостное расстояние, приводящее для фиксированной энергии фотонов к меньшим брэгговским углам, и следовательно, к большему фону тормозного излучения в месте расположения объекта облучения. С этим недостатком частично связана и большая ширина спектральной линии излучения из кристалла пиролитического графита по сравнению со спектрами, получаемыми для кристаллов алмаза и фторида лития для близких энергий фотонов [36,58].

Таким же преимуществом перед совершенными кристаллами должны обладать и другие мозаичные кристаллы, не имеющие недостатков графита. Известно [14], что отражающая способность кристаллов алмаза хорошо описывается динамической теорией дифракции только для малых размеров кристаллов. С увеличением размеров наблюдаются отклонения от предсказаний теории, обусловленные разориентацией кристаллитов, из которых состоят образцы природного алмаза больших размеров. То есть по своим отражающим свойствам такие кристаллы приближаются к мозаичным.

Излучение при каналировании возникает вследствие периодического отклонения частицы от прямолинейной траектории при её движении вдоль осей или плоскостей кристалла и направлено вдоль скорости частицы. С точки зрения квантовой механики это излучение обусловлено переходами частицы из одного состояния в потенциале оси или плоскости кристалла в другое. В системе координат, связанной с частицей, эта задача напоминает движение электрона в двумерном (осевое каналирование) или одномерном (плоскостное каналирование) водородоподобном атоме или осцилляторе. Как известно, спектр излучения в такой задаче является линейчатым, а характерные частоты излучения при переходе из одного связанного У состояния в другое соответствуют оптическому диапазону. При переходе в лабораторную систему координат спектр излучения остается линейчатым, но при наблюдении вдоль скорости частицы благодаря эффекту Доплера становится более жёстким. Наиболее важным с точки зрения возможности использования этого типа излучения для получения фотонных пучков с перестраиваемой энергией является тот факт, что характерная энергия 3 излучения при каналировании 0)т « CDQ/2, где CD0~ 102 эВ, для электронов и позитронов с энергией больше нескольких МэВ находится в диапазоне рентгеновских частот, а его интенсивность может значимо превышать интенсивность тормозного излучения.

После появления работы [61], в которой было предсказано существование этого типа излучения, в течение нескольких лет во многих ускорительных центрах были проведены исследования этого типа излучения, подтвердившие основные положения теории. В области энергий частиц (электронов и позитронов) порядка нескольких десятков МэВ большой цикл работ был выполнен в Ливерморской лаборатории им. Лоуренса. Где, в частности, прослежено различие в спектрах излучения позитронов [62] и электронов

15

63], и исследованы спектры излучения в кристаллах алмаза, кремния, гидрида и дейтерида лития, вольфрама и других для нескольких энергий частиц. Обзор работ, выполненных в этом центре до 1986 г., приведен в статье [64]. Эксперименты в области энергий электронов порядка единиц МэВ проводились в Дании, см. например, [65] и США [66]. В области энергий электронов Е0 ~ 1 ГэВ в основном специализировались ускорительные центры СССР [67-70]. Подробный обзор экспериментальных и теоретических работ выполненных к началу 90-тых годов приведён в монографиях [1-4] и обзорах [9,71].

Излучение при каналировании электронов высокой энергии (Е0 > 1 ГэВ) нашло применение в экспериментальной физике для генерации поляризованных фотонных пучков [72] (плоскостное каналирование) и для генерации позитронов при прохождении ультрарелятивистских электронов через ориентированные кристаллы большой толщины, см. например, [73,74] (осевое каналирование). Для меньших энергий электронов (~ 10-50 МэВ) излучение при каналировании до сих пор реально не используется, несмотря на такие его достоинства как линейчатый спектр и большую интенсивность, чем тормозное излучение. Известно несколько проектов по его использованию, см., например [71,75], однако о реальном применении до сих пор не сообщалось. Это связано с собственной шириной спектра излучения при каналировании, определяемой параметрами кристалла, энергией частиц, расходимостью пучка, падающего на кристалл, и углом коллимации излучения и фоном тормозного излучения, распространяющегося в том же направлении, что и излучение при каналировании. То есть для выделения нужной спектральной линии, как и в случае использования пучков СИ, необходим дополнительный монохроматор. Интенсивность излучения при каналировании электронов с энергией порядка нескольких десятков МэВ превышает интенсивность тормозного излучения не больше, чем на порядок. То есть такой источник, несмотря на его внешнюю привлекательность, экономически, по-видимому, не целесообразен.

Ещё до экспериментального обнаружения ПРИ в работах [76-78] было предсказано существование дифрагированного излучения каналированных электронов (DCR - Diffracted Channeling Radiation) или, как его назвали авторы цитируемых работ, дифракционное излучение осциллятора (ДИО). ДИО, являющееся результатом когерентного суммирования двух процессов -излучения фотона и его дифракции в кристалле (см. [5] и цитированную там литературу), до последнего времени оставалось вне поля зрения экспериментаторов как вследствие недостаточной ясности в величине эффекта, так и очевидной сложности его выделения на фоне конкурирующих процессов: ПРИ и дифрагированного тормозного излучения (ДТИ).

Дополнительную сложность с точки зрения возможности проведения исследований по поиску проявления этого эффекта представляет ограниченный диапазон энергии частиц, где возможно чёткое проявление эффекта (7-40 МэВ), и очень узкий диапазон энергий фотонов, где оно может проявиться, что предъявляет жёсткие требования к выбору угла наблюдения и коллимации излучения [82]. Ещё одной немаловажной причиной отсутствия заинтересованности экспериментаторов к этому типу излучения обусловлен тем, что пик интереса к излучению при каналировании электронов средних энергий (20-60 МэВ) закончился в конце 80-тых годов, ещё до обнаружения ПРИ в эксперименте [24] и исследования его основных характеристик. В частности, в Ливерморской Национальной Лаборатории им. Лоуренса, условия которой наиболее пригодны для поиска и исследования этого типа излучения, экспериментальное исследование излучения при каналировании закончилось к 1985 г [64].

В последнее время, после появления цикла работ [79-82], ситуация с оценкой величины эффекта прояснилась. В соответствии с результатами цитируемых работ в узком угловом интервале выход дифрагированного излучения каналированных электронов может на несколько порядков превышать выход ПРИ. В случае справедливости этой оценки можно надеяться на создание нового интенсивного источника рентгеновского излучения с перестраиваемой энергией, поскольку с практической точки зрения источник излучения на основе механизма ПРИ в совершенных кристаллах себя не оправдал [83]. Реальные фотоны излучения при каналировании, как и фотоны тормозного излучения, так же могут дифрагировать на этих же плоскостях, что должно увеличить выход получаемого излучения. Достоинством такой постановки эксперимента по использованию излучения при каналировании состоит в отсутствии необходимости использовать дополнительный кристалл-монохроматор.

Весьма интересным выглядит и утверждение авторов [5] о возможности интерференции механизмов излучения при каналировании и ПРИ. В этом случае при выполнении условий дифракции для фотонов, испущенных при переходе электрона из одного связанного состояния в другое, можно ожидать изменения соотношения пиков в спектре излучения при каналировании. Так как интерференция когерентного тормозного излучения и излучения при каналировании наблюдалась экспериментально [84,85], регистрация эффекта интерференции механизмов излучения при каналировании и ПРИ является интересной физической задачей. Следовательно, экспериментальные исследования, направленные на верификацию теоретических предсказаний о величине и характеристиках ДИО и подготовку таких измерений, бесспорно важны и актуальны.

Из ускорителей, расположенных в России, наиболее удобным для поиска и экспериментального исследования ДИО является микротрон НИИ ЯФ МГУ с током ~ 3 мА (~1012 частиц за цикл ускорения), частотой 10 Гц, длительностью цикла излучения т ~ 8-10 мкс и эмиттансом ~ 1ммхмрад [86]. Наличие выведенного электронного пучка, требуемый энергетический диапазон (14.6-67.4 МэВ) и возможность изменения энергии частиц позволяют надеяться на успешное выделение этого типа излучения на фоне ПРИ и ДТИ. Одной из проблем, которую необходимо решить для проведения исследований по поиску ДИО, состоит в том, что до последнего времени этот ускоритель использовался для измерений сечений фотоядерных реакций, где отсутствует необходимость в точном измерении тока ускорителя в каждом цикле ускорения и нет датчиков для измерения малых токов.

Для наблюдения эффекта необходимо сориентировать плоскость кристалла вдоль направления электронного пучка, то есть выйти на режим плоскостного каналирования. Методы ориентации кристаллов по выходу излучения при каналировании с помощью ионизационной камеры [87] или Nal(Tl) детектора в комптоновской геометрии [88], обычно используемые на ускорителях более высоких энергий для электронов с энергией несколько десятков МэВ не пригодны, поскольку характерная энергия излучения при каналировании таких частиц не превышает 50-100 кэВ.

Использование счётного режима работы детекторов, обычно применяемое на ускорителях низких и средних энергий (см., например, [9] и цитируемую там литературу), на ускорителях с коротким временем цикла, ускорения практически не возможно, так как типичная длительность импульса с детектора излучения (—1-6 мкс), в зависимости от типа используемого детектора, сопоставима с длительностью цикла ускорения (610 мкс). В связи с этим для исключения наложений ток ускорителя должен поддерживаться таким, что бы за один цикл ускорения регистрировалось не более 0.2-0.4 импульсов. Для получения статистической ошибки на уровне 5% при частоте ускорителя 10 Гц необходимо не менее 100- 200 секунд для каждой ориентации кристалла. В процессе ориентации кристалла обычно измеряется несколько ориентационных зависимостей с числом точек от 100 до 200. Другими словами ориентация кристалла требует 10-20 часов непрерывной работы ускорителя, что практически не осуществимо из-за большой стоимости ускорительного времени. Ориентация по спектрам излучения требует увеличения временных затрат как минимум в несколько раз и поэтому так же не может быть использована на этапе первоначальной ориентации кристалла.

Исходя из вышеизложенного основной целью работы является исследование влияния совершенства структуры кристаллов на характеристики рентгеновского излучения, генерируемого при взаимодействии электронов средних энергий с кристаллами, включающее сопоставление совершенных и мозаичных кристаллов с точки зрения их использования для генерации интенсивных пучков рентгеновского излучения для медицинских применений, создание на базе микротрона НИИ ЯФ МГУ экспериментальной установки по измерению характеристик излучения быстрых электронов в плотной среде и разработка методики ориентации кристаллов на ускорителях средних энергий с коротким временем цикла ускорения.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

- Доказано, что использование идеальных мозаичных кристаллов вместо совершенных при генерации излучения под брэгговскими углами существенно увеличивает выход жёсткого квазимонохроматического рентгеновского излучения, за счёт вклада дифрагированных реальных фотонов.

- Впервые показано, что мозаичность кристалла ат < $с обеспечивает увеличение выхода излучения без заметного ухудшения эксплуатационных характеристик фотонного пучка.

- Доказано, что однокристальная схема генерации излучения не пригодна для применения в медицинских целях из-за большого фона тормозного излучения в месте расположения объекта облучения при использовании кристаллов оптимальной толщины и низкой эффективности при малых толщинах.

- Предложена и апробирована новая методика ориентации кристаллов на ускорителях электронов средних энергий с коротким временем цикла ускорения, позволяющая почти на порядок сократить время проведения измерений.

Практическая значимость:

- Результаты исследований могут быть использованы для создания интенсивных пучков квазимонохроматического рентгеновского излучения для медицинских применений.

- Развитая и апробированная методика ориентации кристаллов позволяет почти на порядок сократить время проведения измерений на ускорителях электронов средних энергий с коротким временем цикла ускорения.

- Разработанный драйвер управления униполярным шаговым двигателем от LPT порта с автоматическим переходом на ток удержания, может быть использован при длительной работе с объектом в одном положении, а также при работе двигателей в вакууме (в экспериментальных установках), где недопустим нагрев двигателя, приводящий к ухудшению вакуума.

Положения, выносимые на защиту:

1) Использование идеальных мозаичных кристаллов вместо совершенных существенно увеличивает выход жёсткого квазимонохроматического рентгеновского излучения, испускаемого под брэгговскими углами при прохождении через них быстрых электронов. Мозаичность ст < &с обеспечивает увеличение выхода излучения без заметного ухудшения эксплуатационных характеристик фотонного пучка.

2) Однокристальная схема генерации излучения практически не пригодна для применения в медицинских целях из-за большого фона тормозного излучения в месте расположения объекта облучения при использовании кристаллов оптимальной толщины и низкой эффективности при малых толщинах.

3) Двухкристальная схема генерации излучения с использованием мозаичных кристаллов вместо совершенных увеличивает выход жёстких фотонов, позволяет избавиться от фона тормозного излучения в месте расположения объекта облучения и существенно улучшить монохроматичность по сравнению с однокристальной схемой.

4) На микротроне НИИ ЯФ МГУ создан экспериментальный комплекс, позволяющий проводить измерения характеристик излучения быстрых электронов в конденсированном веществе. Предложена новая методика ориентации кристаллов на ускорителях средних энергий с коротким временем цикла ускорения, существенно сокращающая время проведения измерений.

Апробация результатов работы.

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на XXXV -XXXVIII Международных конференциях по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, МГУ, 2005-2008 гг.), IV - VI конференциях по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям (г. Харьков, ННЦ ХФТИ, Украина, 2006-2008гг.), семинарах физического факультета БелГУ и кафедры общей физики БелГУ.

Публикации: Материалы диссертации опубликовано в работах [89-94].

Личный вклад автора в проведении исследований и получении результатов является определяющим. Все, результаты, приведённые в диссертации, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.

Основные результаты, выносимые на защиту, состоят в следующем:

1) Использование идеальных мозаичных кристаллов вместо совершенных существенно увеличивает выход жёсткого квазимонохроматического рентгеновского излучения, испускаемого под брэгговскими углами при прохождении них быстрых электронов. Мозаичность сгт < Зс обеспечивает увеличение выхода излучения без заметного ухудшения эксплуатационных характеристик фотонного пучка.

2) Однокристальная схема генерации излучения практически не пригодна для применения в медицинских целях из-за большого фона тормозного излучения в месте расположения объекта облучения при использовании кристаллов оптимальной толщины и низкой эффективности при малых толщинах.

3) Использование мозаичных кристаллов в двухкристальной схеме генерации излучения вместо совершенных позволяет существенно увеличить выход жёстких фотонов при некотором ухудшении монохроматичности. Такая схема позволяет избавиться от фона тормозного излучения в месте расположения объекта облучения и существенно улучшить монохроматичность по сравнению с однокристальной схемой. Дополнительным преимуществом такой схемы перед однокристальной является отсутствие необходимости перемещения объекта облучения при изменении энергии фотонов.

4) На пучке микротрона НИИ ЯФ создана экспериментальная установка, разработаны комплекс аппаратуры и программное обеспечение, позволяющие проводить на этом ускорителе измерение характеристик излучения быстрых электронов в конденсированных средах и, в частности, в ориентированных кристаллах.

5) Предложен и апробирован новый способ ориентации кристалла на электронных ускорителях средних энергий с коротким временем цикла ускорения и сброса электронов на мишень (микротрон, линейный ускоритель) по интегральным характеристикам выхода мягкого излучения из тонких металлических мишеней, установленных на пучке у — излучения из кристалла, обеспечивающий возможность ориентации без уменьшения тока ускорителя и существенно (до 10-20 раз) сокращающий время проведения измерений.

В заключение автор считает своим приятным долгом поблагодарить Внукова И.Е. за руководство работой. Автор благодарит коллег по совместной работе Балдина А.Н., Нечаенко Д.А., Жандармова Ю.В., Гришина В.К., Ермакова А.Н., Похила Г.П. за помощь в проведении исследований, а также сотрудников НИИ ЯФ МГУ за помощь при проведении экспериментальных исследований на микротроне.

Заключение

1. Кумахов, М.А. Излучение каналированных частиц в кристаллах / М. А. Кумахов // М.: Энергоатомиздат. - 1986. - 160с.

2. Базылев, В.А. Излучение быстрых частиц в веществе и во внешних полях / В.А. Базылев, Н.К. Жеваго // Москва: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит. 1987. -272с.

3. Байер, В.Н. Электромагнитные процессы при высокой энергии в ориентированных монокристаллах / В.Н. Байер, В.М. Катков, В.М. Страховенко // Новосибирск: Наука, Сибирское отделение. 1989. - 285с.

4. Ахиезер, А.И. Электродинамика высоких энергий в веществе // А.И. Ахиезер, Н.Ф. Шульга // М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1993. - 344 с.

5. Потылицын, А.П. Параметрическое рентгеновское излучение обнаружение, исследования, возможности применения / А.П. Потылицын // Изв. ВУЗов "Физика". 1998.-№4. -С. 26-31.

6. Rullhusen, R. Novel Radiation Sources Using Relativistic Electrons / R. Rullhusen, X. Artru, P. Dhez // World Scientific, Singapore. 1999.

7. Лобко, A.C. Экспериментальные исследования параметрического рентгеновского излучения / A.C. Лобко // Мн.: БГУ. 2006. — 201с.

8. Bemian, B.L. Channeling radiation: A historical perspective / В. Berman, H. Wiedemann // Electron-Photon Interaction in Dense Media, NATO Science Series, II Mathematics, Physics and Chemistry. 2002. - v. 49. - P. 7-24.

9. Freudenberger, J. Channeling radiation and parametric X-raduation at electron energies below 10 MeV / J. Freudenberger, H. Genz, A. Groening // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 1996. - v. 119. - P. 123-130.

10. Тер-Микаэлян, М.JI. Влияние среды на электромагнитные процессы при высоких энергиях / М.Л. Тер-Микаэлян // Изд. АН АРМ ССР. Ереван. -1969.-459с.

11. Барышевский, В.Г. О переходном излучении гамма-квантов в кристалле / В.Г. Барышевский, И.Д. Феранчук // ЖЭТФ. 1971. - Вып. 9. - С. 944-948.

12. Гарибян, Г.М. Квантовая микроскопическая теория излучения равномерно движущейся заряженной частицы в кристалле / Г.М. Гарибян, Ян Ши // ЖЭТФ. 1971. - вып. 9. - С. 930-943.

13. Джеймс, Р. Оптические принципы дифракции рентгеновских лучей / Р. Джеймс // М.: Изд. иностр. лит. 1950. - 572с.

14. Файнберг, Я.Б. Потери энергии заряженной частицы при прохождении через слоистый диэлектрик / Я.Б. Файнберг, Н.А. Хижняк // ЖЭТФ. 1957. -т. 32.-С. 887-893.

15. Nitta, Н. Kinematical theory of parametric X-ray radiation / H. Nitta // Phys. Lett. A.-1991.-V. 158.-P. 270-274.

16. Feranchuk I.D. Theoretical investigation of parametric x-ray features / I.D. Feranchuk, A.V. Ivashin // J. Physique. 1985. - v. 46. - P. 1981-1986.

17. Лапко В.П. О параметрическом механизме излучения быстрых заряженных частиц в конденсированной среде / В.П. Лапко, Н.Н. Насонов // ЖТФ.- 1990.-вып. 1.-С. 160-162.

18. Nitta Н. Theoretical notes on parametric X-ray radiation / H. Nitta // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 1996. - v. 115. - P. 401-404.

19. Yuan Luke, C.L. A search for dynamic radiation from crystals / C.L. Yuan Luke, P.W. Alley, A. Bamberger // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1985. -v. A 234.-P. 426-429.

20. Науменко, А.П. Потылицын, А.Ф. Шарафутдинов // Письма в ЖЭТФ. 2004. -т. 80, вып. 6.-С. 447-451.

21. Н. Backe, A. Forward diffracted parametric X radiation from a silicon crystal / H. Backe, A. Rueda, W. Lauth, N. Clawiter, M. El-Ghazaly, P. Kunz, T.Weber // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 2005. - v. 234. - P. 130-147.

22. Baryshevsky, V.G. Paramertric X-ray from ultrarelativistic electrons in crystal / V.G. Baryshevsky, I.D. Feranchuk // J. Phys. (Paris). 1983. - v. 44. - P. 913933.

23. Воробьев, C.A. Обнаружение монохроматического рентгеновского излучения при взаимодействии релятивистских электронов с монокристаллом алмаза / С.А. Воробьев, Б.Н. Калинин, С. Пак, А.П. Потылицын // Письма ЖЭТФ. 1985. - т. 41, вып. 1. - С. 3-6.

24. Адищев, Ю.Н. Исследование спектров параметрического рентгеновского излучения ультрарелятивистских электронов в монокристалле алмаза / Ю.Н. Адищев, С.А. Воробьев, Б.Н. Калинин // ЖЭТФ. 1986. - т. 90, вып. 3. - С. 829-837.

25. Adishchev Yu, N. Measurements of parametric X-rays from relativistic electrons in silicon crystal / N. Yu, A.N. Adishchev, Didenko, V.V. Mun, A.P. Potylitsin //Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1987. - v . B21. - P. 49-55.

26. Adishchev Yu, N. Influence of Ka- absorption in (111) Ge crystal on spectral yield of Parametric X-rays / N. Adishchev Yu, V.V. Kaplin, A.P. Potylitsin // Phys. Lett. A. 1990. - v. 147. - P. 326-328.

27. Didenko, A.N. Angular distribution and energy dependence of parametric X-ray radiation / A.N. Didenko, Yu.N. Adishchev, A.P. Potylitsin et al.// Phys.Lett. -1986.-v. 118 A, №7.-P. 363-365.

28. Adishchev, Yu.N. Measurement of spectral and polarization characteristics of parametric x-rays in Si crystal / Yu.N. Adishchev, V.A. Verzilov, A.P. Potylitsin et al. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 1989. - v. 44. - P. 130-136.

29. Адищев, Ю.Н. Экспериментальное обнаружение линейной поляризации параметрического рентгеновского излучения / Ю.Н.Адищев, В.А.Верзилов, С.А.Воробьев, А.П.Потылицын, С.Р.Углов // Письма в ЖЭТФ. 1988. - т. 48, вып. 6.-С. 311-314.

30. Адейшвили, Д.И. Спектры жесткого рентгеновского излучения электронов высокой энергии в кристалле под углом Брэгга / Д.И. Адейшвили, С.В. Блажевич, В.Ф. Болдышев и др.// ДАН СССР. 1988. - т. 298, № 4 - С. 844-846.

31. Avakyan, R.O. Quasi-Cherenkov radiation from 4.5 GeV electrons in diamond (experimental) / R.O. Avakyan, A.E. Avetisyan, A.P. Potylitsin et al.// JETP Lett. - 1987. - v. 45, №. 6. - P. 396-399.

32. Shchagin, A.V. A fine structure of parametric X-ray radiation from relativistic electrons in a crystal / A.V. Shchagin, Y.I. Pristupa, N.A. Khizhnyak // Phys. Lett. A. 1990. - v. 148. - P. 485-488.

33. Sones, В. Lithium fluoride (LiF) crystal for parametric X-ray (PXR) production / B. Sones, Y. Danon, R.C. Block // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. -2005. v. 227. - P. 22-31.

34. Asano, S. How intense is parametric X radiation / S. Asano, I. Endo, M. Harada //Phys. Rev. Lett. 1993. - v. 70. - P. 3247-3250.

35. Endo, I. Parametric X radiation from thick crystals / I. Endo, M. Harada, T. Kobayashi // Phys. Rev. E. 1995. - v. 51, №. 6. - P. 6305-6309.

36. Takashima, Y. Observation of monochromatic and tunable hard X radiation from stratified Si single crystals / Y. Takashima, K. Aramitsu, I. Endo // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1998. - v. 145. - P. 25-30.

37. Brenzinger, K.-H. Investigation of the production mechanism of parametric X-ray radiation / K.-H. Brenzinger, C. Herberg, B. Limburg et al. // Z. Phys. A. -1997.-v. 358.-P. 107-114.

38. Brenzinger, K.-H. How narrow is the linewidth of parametric X-ray radiation / K.-H. Brenzinger, B. Limburg, H. Backe, S. Dambach, H. Euteneuer, F. Hagenbuck, C. Herberg, K.H. Kaiser, O. Ketting, G. Kube // Phys. Rev. Lett. -1997. № 13. - P. 2462-2465.

39. Baldelli, P. Dose comparison between conventional and quasumonochronatic systems for diagnostic radiology I P. Baldelli, A. Taibi, A. Tuffanelli, M. Gambaccini // Physics in Medicine and Byology. 2004. - v. 49. - P. 4125-4146.

40. Piestrup, M.A. / M.A. Piestrup, Wu Xizing, V.V. Kaplin, S.R. Uglov, J.T. Cremer, D.W. Rule, R.B. Fiorito // Review of Scientific Instruments. 2001. - v. 72, №4. -P. 2159-2170.

41. Kaplin, V.V. Observation of bright monochromatic x rays generated by relativistic electrons passing through a multilayer mirror / V.V. Kaplin, S.R. Uglov, V.N. Zabaev, M.A. Piestrup, C.K. Gary //Appl. Phys. Lett. 2000. - v. 76. -C. 3647.

42. Kaplin, V.V. Tunable, monochromatic x rays using the internal beam of a betatron / V.V. Kaplin, S.R. Uglov, O.F. Bulaev, V.J. Goncharov, A.A. Voronin, M.A. Peistrup, C.K. Gary, N.N. Nasonov, // Applied Physics Letters. 2002. -v.80, № 18.-P. 3427-3429.

43. Афанасьев, A.M. Излучение ультрарелятивистских частиц при прохождении через идеальные и мозаичные кристаллы / A.M. Афанасьев, М.А. Агинян // ЖЭТФ. 1978. - т. 74, вып. 2. - С. 570-579.

44. Artru, X. Parametric X-rays and diffracted transition radiation in perfect and mosaic crystals / X. Artru, P. Rullhusen // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 1996.-v. 115, № 1,2.-P. 1-7.

45. Fiorito, R.B. Observation of higher order parametric x-ray spectra in mosaic graphite and single silicon crystals / R.B. Fiorito, D.W. Rule, X.K. Maruyama // Phys. Rev. Lett. 1993. - v. 71. - P. 704-707.

46. Ohler, M. Direct observation of mosaic blocks inhighly oriented pyrolytic graphite / M. Ohler, J. Baruchel, A.W. Moore // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 1997. - v. 129. - P. 257-260.

47. Chabot M., Nicolai P., Wohrer K. et al. X-ray reflectivities, at low and high order of reflection, of flat highly oriented pyrolytic graphite crystals / M. Chabot, P. Nicolai, K. Wohrer //Nucl. Instr. and Meth in Phys. Res B. 1991. - v. 61.-P. 377-384.

48. Potylitsin, A.P. Influence of beam divergence and crystal mosaic structure upon Parametric X-Ray Radiation characteristics / A.P. Potylitsin // Preprint 2/94 NPI TPU. 1994, Tomsk. - 7p.

49. Amosov, C.Yu. Angular distribution of parametric X-ray radiation in mosaic crystals / C.Yu. Amosov, M.Y. Andreyashkin, B.N. Kalinin // Preprint 3/94 NPI TPU. 1994, Tomsk. - C. 10.

50. Амосов, К.Ю. Параметрическое рентгеновское излучение в мозаичном кристалле пиролитического графита / К.Ю. Амосов, М.Ю. Андреяшкин, В.А. Верзилов, И.Е. Внуков и др. // Письма в ЖЭТФ. 1994. - т. 60, вып. 7. - С. 506-510.

51. Внуков, И.Е. Мягкая компонента излучения каналированных электронов в кристалле кремния / И.Е. Внуков, Б.Н. Калинин, Г.А. Науменко и др. // Известия ВУЗов "Физика". 2001. - №3 . - С. 71-80.

52. Внуков, И.Е. Параметрическое рентгеновское излучение электронов в мозаичных кристаллах / Внуков И.Е., Калинин Б.Н., Киряков А.А. и др. // Известия ВУЗов "Физика". 2001. - № 3. - С. 53-65.

53. Кумахов, M.A. О возможности существования эффекта спонтанного излучения у-квантов релятивистскими каналированными частицами / М.А. Кумахов // ДАН СССР. 1976. - т. 230. - С. 1077-1080.

54. Alguard, M.J. Observation of Radiation from channeled positrons / M.J. Alguard, R.l. Swent, R.H. Pantell, B.L. Berman, S.D. Bloom, S. Datz // Phys. Rev. Let.-1979.-v. 42, № 17.-P. 1148-1151.

55. Swent, R.l. Observation of stracture in the channelling-radiation spectrum from relativistic electrons / R.l. Swent, R.H. Pantell, M.J. Alguard et al // Phys. Rev. Let. 1979. - v. 43, № 23. - P. 1723-1726.

56. Berman, B.L. Channeling radiation measurements at Lowrence National Laboratory / B.L. Berman, B.A. Danling, S. Datz, J.O. Kephart, R.K. Klein, R.H. Pantell, H. Park//NIM B. 1985.-v. 10/11.-P. 611-617.

57. Andersen, J.U. Characteristic radiation from chanelled electrons / J.U. Andersen, E. Laegsgaard // Phys. Rev. Let. 1980. - v. 44, № 16. - P. 1079-1082.

58. Cue, N. Transitions between bounds states for axially channeled MeV electrons / N. Cue, E. Bonderup, B.B. Marsh, H. Bakhru, R.R. Benenson, R. Haight, K. Inglis, G. Williams // Radiation Effects. 1981. - v. 56. - P. 9-12

59. Воробьев, С.А. Наблюдение интенсивного у излучения электронов с энергией 900 МэВ при каналировании в алмазе / С.А. Воробьев, В.Н. Забаев, Б.Н. Калинин, В.В. Каплин, А.П. Потылицын // Письма в ЖЭТФ. - 1979. - т. 29, вып. 7.-С. 414-418.

60. Шраменко, Б.И. Об увеличении интенсивности излучения ультрарелятивистских каналирующих позитронов в низкоэнергетической части спектра / Б.И. Шраменко, В.И. Витько, И.А. Гришаев // Письма в ЖТФ. 1978. - т. 1, вып. 23. - С. 1340-1343.

61. Аганьянц, А.Ф. Излучение каналированных электронов с энергией 4.7 ГэВ в алмазе / А.Ф. Аганьянц, Ю.А. Вартанов, Г.А. Вартапетян // Письма в ЖЭТФ. 1979. - т. 29. - С. 554-556

62. Berman, B.L. Application of channeling radiation / B.L. Berman, P.V. Marshall, B.J. Faraday, H. Uberall, X.K. Maruyama, W. Beezhold, G.R. Neil // Proceedings of RREPS-93. Tomsk, 1993. - P. 217-226.

63. Адищев, Ю.Н. Обнаружение линейной поляризации у-излучения при плоскостном каналировании электронов в алмазе / Ю.Н. Адищев, И.Е. Внуков, С.А. Воробьев, В.М. Головков, В.Н. Забаев, А.А. Курков, Б.Н.

64. Калинин, А.П. Потылицын // Письма в ЖЭТФ. 1981. - т. 33, вып. 9, С. 478471.

65. Artru, X. Axial channeling of relativistic electrons in crystal as a source for positron production / X. Artru, V.N. Baier, T.V. Baier et al.// Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 1996. - v. 119. - P. 246-252.

66. Satoh, M. Experimental study of positron production from silicon and diamond crystals by 8-GeV channeling electrons / M. Satoh, T. Suwada, K. Furukawa et al. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 2005. - v. 227. - P. 310.

67. Wagner, W. Quasi-monochromatic X-rays from the Elbe radiation source / W. Wagner, W. Enghardt, U. Lehnert, et.al. // IV International Symposium "RADIATION from RELATIVISTIC ELECTRONS in PERIODIC STRUCTURES", September 13-16 / Lake Baikal, Russia 1999.

68. Барышевский, В.Г. Сложный и аномальный эффект Доплера для каналированного позитрона (электрона) / В.Г. Барышевский, И .Я. Дубовская //ДАН СССР. 1976. - т. 231, № 6. - С. 1335-1338.

69. Baryshevsky, V.G. Coherent radiation of the channeling positron (electron) / V.G. Baryshevsky, I.Ya. Dubovskaya // Phys. stat. sol. (b). 1977. - v. 82. - P. 403-412.

70. Барышевский, В.Г. О дифракционном излучении осциллятора в периодической среде (эффект Барышевского-Дубовской) / В.Г. Барышевский, О.Т. Градовский, И.Я. Дубовская // Вестник АН БССР. Сер. физ.-мат.наук. -1987.-№6.-С. 77-81.

71. Ikeda, Т. Parametric X-ray radiation by relativistic channeled particles / T. Ikeda, Y. Matsuda, H. Nitta, Y.H. Ohtsuki // NIM B. 1996. - v. 115. - P. 380.

72. Matsuda, Y. Numerical calculation of parametric X-ray radiation by relativistic electrons channeled in a Si crystal / Y. Matsuda, T. Ikeda, H. Nitta, Y.H. Ohtsuki //NIM B. 1996. - v. 115. - P. 396.

73. Yabuki, R. Theory of diffracted channeling radiation / R. Yabuki, H. Nitta, T. Ikeda, Y.H. Ohtsuki // Phys. Rev. B. 2001. - v. 63. - C. 174.

74. Freudenberger, J. Perspectives of medical X-ray imaging / J. Freudenberger, E. Hell, W. Knupher // Nucl. Instr. and Meth. 2001. - v. A466. - P. 99-104.

75. Andersen, J.U. Coherent bremsstrahlung and sidebands for channeled electrons / J.U. Andersen, E. Laesgaard // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. B. 1988. -v. 33.-P. 11-17.

76. Амосов, К.Ю. Влияние эффекта каналирования ультрарелятивистских электронов на спектр когерентного тормозного излучения типа Б / К.Ю. Амосов, И.Е. Внуков, Б.Н. Калинин и др // Письма в ЖЭТФ. 1992. - т. 55, вып.8. — С. 587-590.

77. Shvedunov, V.I. 70 MeV electron racetrack microtrone commissioning / V.I. Shvedunov, A.N. Ermakov, A.I. Karev, E.A. Knapp, N.P. Sobenin, W.P. Trower // Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference / Chicago. P. 2596.

78. Lackey, D. Methods of crystal alignment for the production of coherent bremsstrahlung / D. Lackey, R.F. Scwitters //NIM. 1970. - v. 81. - P. 164-172.

79. Калинин, Б.Н. Автоматизированная система ориентирования монокристаллических мишеней в электронном ускорителе / Б.Н. Калинин, Е.И. Коновалова, Г.А. Плешков, А.П. Потылицын, В.М. Тарасов, В.К. Томчаков, И. Хакбердыев // ПТЭ. 1985. - № 3. - С. 31-35.

80. Балдин, А. Н. Использование мозаичных кристаллов для генерации интенсивных пучков рентгеновского излучения / А. Н. Балдин, И. Е. Внуков, Р. А. Шатохин // Письма ЖТФ. 2007. - т. 33, вып. 14. - С. 87-94.

81. Шатохин, Р. А. Драйвер управления униполярным шаговым двигателем от LPT порта с автоматическим переходом на ток удержания / Р. А. Шатохин // Схемотехника. 2007. - №6. - С. 45-47.

82. Cromer, D.T. Scattering factors computed from relativistic Dirac-Slater wave functions / D.T. Cromer, J.T. Waber // Acta Cryst. 1965. - v. 18. - P. 104-109.

83. Potylitsin, A.P. Influence of Beam Divergence and Crystal Mosaic Structure Upon Parametric X-Ray Radiation Characteristics / A.P. Potylitsin // arXiv:cond-mat/9802279. v. 1 26. - Feb 1998.

84. Bethe, H.A. Moliere's theory of multiple scattering / H.A. Bethe // Phys. Rev. -1953. v. 89, № 6. - P. 1256-1266.

85. Rewiew of Particle Properties // Phys. Lett. B. 1990. - v. 239. - P. 105-107.

86. Клейнер, В.П. Поляризационное тормозное излучение быстрого заряда в конденсированной среде / В.П. Клейнер, Н.Н. Насонов, Н.А. Шляхов // УФЖ. 1992. - т. 57, вып. 1. - С. 48-62.

87. Chouffani, К. Parametric X-radiation and diffracted transition radiation at REFER electron ring / K. Chouffani, M.Yu. Andreyashkin, I. Endo, J. Masuda, T. Takahashi, Y. Takashima // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 2001. - v. 173.-P. 241-252.

88. Пинскер, З.Г. Рентгеновская кристаллооптика / З.Г. Пинскер // Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982. 392с.

89. Розум Е.И. Изготовление, исследование и некоторые применения монокристаллических мишеней для каналирования / Е.И. Розум // Ред. «Журнала Известия Физика» Томск, 1979 - Деп. В ВИНИТИ 03.10.79, № 3459.

90. Адищев, Ю.Н. Экспериментальное исследование гамма-излучения электронов при каналировании в кристалле алмаза / Ю.Н. Адищев, С.А. Воробьёв, В.Н. Забаев, Б.Н. Калинин, А.А. Курков, А.П. Потылицын // Ядерная физика.-1982.-т. 35., вып. 1.-С. 108-116.

91. Nasonov, N.N. X-rays from relativistic electrons in condensed media H. Wiedemann (ed.) Electron-Photon Interaction in Dense Media / N.N. Nasonov // NATO Science Series, II Mathematics, Physics and Chemistry. 2002. - v. 49. -P. 49-83.

92. Мухин, К.Н. Экспериментальная ядерная физика / К.Н. Мухин // Учеб. для ВУЗов. В 2 кн. Кн.1. Физика атомного ядра. Ч. I. Свойства нуклонов, ядер и радиоактивных излучений. М.: Энероатомиздат. - 1993. - 376с.

93. Hayakawa, Y. Simulation to the project of a PXR based X-ray source composed of an electron linac and a double-crystal system / Y. Hayakawa, I. Sato, K. Haykawa, T. Tanaka // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 2005. - v. 227. -P. 32-40.

94. Nogami, K. Status of the parametric X-ray generator at LEBRA. Nihon University / K. Nogami, K. Nako, T. Sakae // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B.-2006.-v. 252.-P. 102-110.

95. Gary, С.К. Channeling of electrons in Si produces intense quasimonocromatic, tunable, picosecond x-ray bursts / C.K. Gary, A.S. Fisher, R.H. Pantell, J. Harries, M.A. Piestrup // Phys. Rev. B. 1990. - v. 42, № 1. - P. 7-14.

96. Schiff, L.I. Energy angle distribution of thin target bremsstrahlung / L.I. Schiff// Phys. Rev. - 1951. - v. 83. - P. 252-257.

97. Амосов, К.Ю. Исследование угловых распределений мягкой компоненты релятивистских электронов вблизи плоскостной ориентации монокристаллов большой толщины / К.Ю. Амосов, М.Ю. Андреяшкин, И.Е.

98. Внуков, Б.Н. Калинин, Г.А. Науменко, А.П. Потылицын, В.П. Сарычев // Изв. ВУЗов, Физика. 1991. - т. 34, вып. 6. - С. 70-80.

99. Внуков, И.Е. Исследование характеристик когерентного тормозного излучения электронов в монокристаллах большой толщины / И.Е. Внуков, Б.Н. Калинин, А.П. Потылицын // Изв. ВУЗов, Физика. 1991. - т. 34, вып. 6. -С. 21-43.