Коллективные эффекты в процессах рассеяния электромагнитного поля релятивистских электронов в конденсированных структурированных средах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Жукова Полина Николаевна

КОЛЛЕКТИВНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ПРОЦЕССАХ РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СРЕДАХ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискания ученой степени доктора физико - математических наук

1 7 МДР 2011

Курск 2010

4840848

Работа выполнена в лаборатории радиационной физики Национального исследовательского университета «Белгородский государственный университет»

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

Насонов Николай Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор, Жакин Анатолий Иванович доктор физико-матемаггических наук, профессор Внуков Игорь Евгеньевич доктор физико-математических наук, профессор Гришин Владислав Константинович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Воронежский государственный университет»

Защита состоится «07» апреля 2011 года в «14-00» часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.105.04 при Юго-Западном государственном университете по.адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Юго-Западного государственного университета.

Автореферат разослан С>-1? 2011 года

Ученый секретарь совета

по защите докторских и кандидатских

диссертаций Д 212.105.04

Рослякова Л.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Процессы взаимодействия быстрых частиц и излучения с веществом всегда привлекали внимание исследователей, как многообразием физических явлений, так и широкими возможностями реализации важных приложений. Особое место в обсуждаемой области физики занимает проблема коллективного отклика атомов среды на вносимое извне электромагнитное возмущение, поскольку в указанных условиях возникают возможности существенного усиления выходов электромагнитных процессов, а также открываются различные пути исследования атомной структуры вещества. \

Настоящая диссертация посвящена в основном теоретическому анализу процессов коллективного электромагнитного взаимодействия релятивистских электронов с упорядоченными, либо частично упорядоченными средами. Данная проблема является одной из наиболее актуальных в физике взаимодействия быстрых частиц с веществом. Достаточно указать на такие ее разделы как физика высоких энергий, современная электронная микроскопия, генерация излучения в исключительно широком диапазоне энергий фотонов от СВЧ до десятков ГэВ, диагностика пучков заряженных частиц.

Основное внимание в диссертации уделяется коллективным эффектам в процессах рентгеновского излучения быстрых электронов в веществе, главным образом, в поляризационном тормозном излучении (ПТИ) и его когерентной составляющей - параметрическом рентгеновском излучении (ПРИ). Характерная область энергии электронных пучков в исследуемых процессах имеет величину порядка 10-20 МэВ, а энергия излучаемых фотонов попадает в типичный рентгеновский диапазон от единиц до десятков кэВ. Интерес к выбранной теме обусловлен, прежде всего, обилием нерешенных физически важных проблем в этой, сравнительно недавно, возникшей области физики излучения, а также широкими возможностями реализации новых приложений. К числу таких проблем относятся: необходимость интерпретации неожиданных результатов первых успешных измерений ПРИ вдоль скорости излучающего электрона, отсутствие теории ПРИ в условиях сильной дисперсии диэлектрической проницаемости мишени, необходимость разработки новых путей преодоления основного недостатка ПРИ (низкой интенсивности, затрудняющей практическое использование этого механизма излучения), актуальность развития методов контроля процессов рассеяния и излучения фотонов в кристалле посредством акустических волн, необходимость количественной интерпретации экспериментов по когерентной генерации рентгеновского излучения релятивистскими электронами, движущимися в кристалле вдоль одной из кристаллографических осей, потребность в разработке новых энергодисперсионных методов диагностики атомной структуры вещества, в том числе на основе ПТИ.

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

- развить физические представления и методы описания процессов когерентного рассеяния электромагнитного поля релятивистских электронов в веществе, разработать на их основе конкретные приложения в областях новых методов диагностики атомной структуры вещества и эффективных источников квазимонохроматического рентгеновского излучения, а также предложить количественное объяснение ряда важных экспериментов в данной области.

Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены следующие ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ:

- Разработать новые энергодисперсионные методы диагностики функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации и микрокристаллитов в наноматериале по размерам и форме.

- Разработать новый энергодисперсионный подход к диагностике поликристаллических материалов, основанный на использовании ПТИ релятивистских электронов.

- Развить теорию ПРИ в условиях сильной дисперсии диэлектрической проницаемости мишени и исследовать влияние такой дисперсии на эффект аномального поглощения в ПРИ.

- Исследовать ПРИ в режиме скользящего падения электронов на поверхность мишени и несимметричной геометрии и доказать возможность существенного увеличения интенсивности ПРИ.

- Исследовать числено-аналитическими методами на основе строгого кинетического подхода проблему соотношения вкладов процессов рассеяния реальных фотонов тормозного излучения и виртуальных кулоновских фотонов в формирование выхода ПРИ.

- Развить строгую кинетическую теорию процесса одновременного ПРИ вперед и дифракции тормозных квантов на системе атомных плоскостей, ответственных за ПРИ и предложить на е основе количественную интерпретацию первого успешного эксперимента по обнаружению ПРИ вперед.

- Развить простой кинематический подход к описанию дифракции расходящихся немонохроматических рентгеновских пучков в кристалле, возбужденном акустической волной, и получить на его основе объяснение результатов экспериментов по усилению ПРИ и дифрагированных рентгеновских пучков в акустически возбужденных кристаллах.

Развить теорию низкочастотного рентгеновского излучения релятивистских электронов, движущихся вдоль оси кристалла в режиме случайных столкновений с цепочками атомов. Определить механизм излучения и рассчитать его спектр с учетом корреляций между последовательными столкновениями электрона с цепочками. Объяснить на основе развитой теории данные проведенных измерений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

- Разработан новый энергодисперсионный метод диагностики функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации.

- Разработан новый метод диагностики размера и формы нанокластеров в ультрамелкодисперсной среде.

Впервые установлено резкое возрастание влияния эффекта аномального поглощения на ПРИ в условиях проявления эффекта Вавилова-Черенкова. Показано, что в рассматриваемых условиях возможно существенное увеличение выхода ПРИ.

- Впервые предложен и теоретически исследован метод увеличения интенсивности ПРИ за счет подавления фотопоглощения в режиме скользящего падения электронов на поверхность мишени в несимметричной геометрии рассеяния.

- Развита теория когерентного излучения релятивистских электронов, движущихся в кристалле в режиме случайных столкновений с атомными цепочками, учитывающая корреляции между последовательными столкновениями, интерференционный вклад переходного излучения и не имеющая ограничений на энергию излучающих электронов. На основе теории дана количественная интерпретация данных выполненных измерений.

- Впервые показано, что запрет на ПРИ вдоль скорости излучающего электрона, возникающий в геометрии рассеяния Брэгга, снимается в условиях реализации эффекта Вавилова - Черенкова.

- Развита теория ПРИ вдоль скорости излучающих электронов, описывающая в рамках единого подхода собственно ПРИ и дифракцию тормозного излучения. На основе развитой теории показано, что обнаруженный экспериментально эффект смены спектрального пика ПРИ вперед на плато Бете-Гайтлера тормозного излучения провалом объясняется конкуренцией указанных механизмов излучения, а также эффектом Тер - Микаэляна подавления тормозного излучения.

- Разработана кинематическая модель ПРИ в кристалле в присутствии акустической волны, на основе которой дано объяснение наблюдавшегося экспериментально эффекта усиления выхода излучения в конечный коллиматор.

- Предложен и обоснован метод диагностики атомной структуры поликристаллов с высоким энергетическим разрешением на основе использования пика ПТИ в направлении, противоположном скорости излучающего электрона.

НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

- Разработанные и запатентованные методы диагностики мозаичности кристаллов, а также размеров нанокластеров в ультрамелкодисперсных средах найдут применение в области разработки и создания элементов рентгеновской оптики, а также создания новых материалов и устройств в области

современных нанотехнологий. Эффективность предложенного метода диагностики мозаичности уже подтверждена экспериментально.

- Выявленные и обоснованные теоретически новые подходы к повышению интенсивности ПРИ, основанные на использовании схемы скользящего падения электронов на поверхность мишени, или модификации эффекта аномального поглощения при преодолении электроном черенковского барьера найдут применение в области создания эффективных источников квазимонохроматического рентгеновского излучения, альтернативных современным синхротронам.

Метод увеличения выхода ПРИ, основанный на геометрии скользящего падения, уже нашел экспериментальное подтверждение.

- Развитие предложенного и обоснованного метода диагностики атомной структуры вещества на основе ПТИ релятивистских электронов может привести к созданию методик с исключительно высоким пространственным разрешением.

Эффективность предложенного метода уже подтверждена экспериментально на примере диагностики поликристаллов.

- Разработанные методы описания ПРИ и дифракции расходящихся немонохроматических рентгеновских пучков в кристаллах, возбужденных акустическими волнами, найдут применение при создании устройств контроля и управления электромагнитными процессами в кристаллических средах.

- Результаты анализа влияния многократного рассеяния излучающих электронов на свойства ПРИ позволили выявить область параметров задачи, в которой справедливо упрощенное описание обсуждаемого процесса. Данный вывод, обосновывающий простой подход к интерпретации экспериментов, найдет применение в области фундаментальной физики ПРИ.

- Развитые в работе численно - аналитические методы описания сложных процессов ПРИ вперед с учетом дифракционного выбывания из конуса излучения ПРИ тормозного фона и рентгеновского КТИ надбарьерных электронов с учетом корреляций между последовательными случайными столкновениями электрона с атомными цепочками будут использованы при дальнейшем развитии теории излучения быстрых частиц в среде.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

обеспечивается, прежде всего, аналитической формой большинства из них, позволившей совершить предельные переходы к достоверным результатам, полученным ранее другими авторами. В работе использовались только апробированные методы теоретического анализа электродинамических процессов в веществе (классическая теория излучения, динамическая теория дифракции, метод кинетического уравнения в теории многократного рассеяния, методы функций комплексной переменной, асимптотические методы вычисления интегралов), что также повышает степень достоверности полученных результатов. Многие из результатов получили количественное,

либо качественное экспериментальное подтверждение (метод определения функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации, метод диагностики поликристаллов с помощью ПТИ, метод увеличения интенсивности ПРИ в режиме скользящего падения электронов на поверхность кристалла, теория ПРИ в кристалле, возбужденном акустической волной, теория ПРИ вперед с учетом дифракционного выбывания фотонов тормозного излучения из конуса ПРИ, теория рентгеновского КТИ надбарьерных электронов, учитывающая корреляции между последовательными случайными столкновениями электрона с атомными цепочками).

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1.Установленные закономерности рассеяния широкополосных расходящихся рентгеновских пучков в упорядоченных средах и основанные на этих закономерностях новые энергодисперсионные методы определения функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации, а также размеров и формы нанокластеров в ультрамелкодисперсной среде.

2. Установленный механизм формирования аномального пика ПТИ релятивистских электронов в поликристалле в направлении, противоположном скорости излучающего электрона и основанный на этом пике энергодисперсионный метод диагностики поликристаллов с высоким энергетическим и пространственным разрешением.

3. Выявленные особенности формирования выхода ПРИ релятивистских электронов в периодических средах в условиях преодоления электроном черенковского барьера, а также скользящего падения электронов на поверхность мишени в несимметричной геометрии дифракции и основанные на этих особенностях методы повышения интенсивности ПРИ.

4. Теория процесса ПРИ вдоль скорости излучающего электрона в условиях сильного поглощения, многократного рассеяния и дифракционного выбывания фотонов тормозного фона из конуса излучения ПРИ и количественное объяснение неожиданных результатов первого успешного эксперимента по обнаружению ПРИ вперед.

5. Метод количественного описания процесса генерации рентгеновского излучения релятивистскими электронами, движущимися вдоль оси кристалла в режиме случайных столкновений с атомными цепочками, позволяющий учесть корреляции между последовательными столкновениями электрона с цепочками, а также интерференционный вклад переходного излучения, и обеспечивающий физическую интерпретацию данных выполненных измерений.

6. Теоретическое обоснование возможности радикального упрощения описания ПРИ в условиях сильного многократного рассеяния заменой неравновесного электромагнитного поля релятивистского электрона равновесным кулоновским, допустимой в области частот и энергий, в которой длина формирования тормозного излучения мала по сравнению с расстоянием,

на котором угол рассеяния сравнивается с угловым масштабом равновесного поля.

СВЯЗЬ РАБОТЫ С НАУЧНЫМИ ПРОГРАММАМИ.

Работа выполнена в лаборатории радиационной физики Белгородского государственного университета в соответствии с планами государственных научных программ и грантов. Среди них: «Грант РФФИ № 03-02-16263 «Исследования эффектов, связанных с явлением динамического хаоса при прохождении частиц большой энергии через кристалл» 2003-2005; Федеральная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы» по теме «Аномальные явления в процессах излучения быстрых электронов в конденсированных средах и новые возможности создания рентгеновских источников следующего поколения» (грант № РНП.2.1.1.3263), 2006-2008; Грант РФФИ № 07-02-12226-офи «Разработка метода диагностики атомной структуры вещества на основе поляризационного тормозного излучения релятивистских электронов» 2007 -2008 ; Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» «Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» по теме: «Развитие методов диагностики наноструктурированных сред, основанных на поляризационном тормозном излучении электронов, для создания новых материалов», государственный контракт № 02.513.11.3374; Грант РФФИ №0902-97528 р-центр-а «Развитие энергодисперсионных методов диагностики атомной структуры кристаллических, поликристаллических и

наноструктурированных сред с помощью синхротронного излучения и поляризационного тормозного излучения релятивистских электронов»; Федеральная целевая программа Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлениям: «Оптика. Лазерная физика и лазерные технологии», «Радиофизика, акустика и электроника», «Физика конденсированных сред. Физическое материаловедение», «Физика плазмы», «Физика атмосферы» в рамках мероприятия 1.2.1. Программы. Проект «Разработка новых подходов к диагностике атомной структуры вещества, основанных на рассеянии широкополосных пучков свободных и виртуальных фотонов» ГК № П2317; Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы научно-исследовательские работы по направлению «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области физики конденсированных сред, физического материаловедения» шифр «2010-1.1-121011» по теме: «Исследования управляемых электромагнитных процессов в конденсированных средах» ГК № 02.740.11.0545

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Материалы диссертации апробировались на 17 международных конференциях, список докладов на которых приводится в конце автореферата.

ПУБЛИКАЦИИ.

В основу диссертационной работы положены материалы 27 статей, опубликованных в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций, и 2 патентов.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА.

Личный вклад соискателя заключается в идейной постановке всех задач, рассмотренных в диссертации. Принципиальные аналитические и компьютерные исследования проведены лично автором. В вычислениях, направленных на получение конечных и иллюстративных материалов, принимали участие соавторы работ. Оформлению публикаций предшествовали коллективные обсуждения, но главные выводы формулировались в основном автором. Ей же написаны тексты публикаций (ориентировочная оценка личного вклада составляет величину порядка 80%)

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы. Объем работы - 274 страницы, она включает в себя 54 рисунка. Список литературы состоит из 203 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы, изложены положения, выносимые на защиту, определен личный вклад и отражена апробация результатов работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ излагаются результаты исследований возможностей разработки новых энергодисперсионных методов диагностики атомной структуры вещества на основе рассеяния широкополосных потоков свободных фотонов в исследуемом образце. Анализ проводится в характерной рентгеновской области частот порядка 10 кэВ, в которой не проявляются, или пренебрежимо малы основные квантовоэлектродинамические эффекты, что позволяет использовать обычные уравнения Максвелла. Необходимо также отметить, что изменение скорости электронов, обусловленное ионизационными потерями в веществе мишени, мало в области рассматриваемых начальных энергий электронов (10-20 МэВ) и в дальнейшем не учитывается. С другой стороны, эффект возбуждения быстрыми электронами характеристического рентгеновского излучения (ХРИ) в материале мишени оказывается весьма существенным. Эксперименты показали, что выход ХРИ может на два порядка превышать искомый выход ПТИ, поэтому реализация предлагаемых в работе методов диагностики в схеме угловых измерений невозможна. Ситуация меняется радикально в рамках энергодисперсионной методики, позволяющей легко отстроиться от пиков ХРИ, энергия которых фиксирована. Следует

остановиться на влиянии неупругих процессов взаимодействия быстрых электронов с атомами мишени, приводящих к образованию дефектов. Опыт многолетних экспериментальных исследований ориентационных явлений в процессах взаимодействия релятивистских электронов с кристаллами показывает несущественность учета обсуждаемых эффектов, что связано с малостью сечения дефектообразования электронами.

В частности, в работе рассматривается модификация одного из основных методов определения ближнего порядка в расположении атомов в конденсированных средах, предложенного Цернике и Принсом. В рамках этого метода искомая функция радиального распределения атомов п(г) находится из интегрального уравнения Цернике - Принса

^Х^О-1' О)

где л0 - средняя плотность атомов, <1Ыа I ¿ю40. - рассчитанное спектрально-угловое распределение рассеянных независимо атомами образца фотонов, сШ'54/Лу(Л5- измеренное распределение, х~2соа'т(в12)- переданный в процессе рассеяния импульс. Традиционный подход, метод Цернике - Принса, предполагает угловые измерения рассеянного квазимонохроматического излучения. При этом верхний предел в (1) ограничен величиной, пропорциональной 2т, что приводит к искажениям искомой функции, для уменьшения которых разрабатываются специальные процедуры.

Указанное затруднение снимается, если в эксперименте перейти к спектральным измерениям при условии точного знания спектра падающего излучения. Последнему условию можно удовлетворить обращением к хорошо изученным механизмам генерации широкополосного излучения, например к тормозному и синхротронному. Еще одна возможность реализуется в методе рассеяния виртуальных фотонов кулоновского поля пересекающих образец релятивистских электронов, поскольку спектр таких фотонов рассчитывается точно.

Далее, в главе рассматривается процесс рассеяния широкополосного рентгеновского излучения в мозаичном кристалле с целью выяснения возможности создания нового энергодисперсионного метода определения функции распределении зерен кристалла по углам ориентации. Как правило, подобные проблемы решаются с помощью угловых, или ориентационных измерений рассеянного квазимонохроматического излучения. Можно сравниваться с эталонной (от кристалла высокого качества) полушириной рефлекса. Предложен и более сложный метод, основанный на сравнении отражательных способностей в многоволновом и двухволновом случаях. В настоящее работе для исключения влияния ширины спектра первичного

излучения ориентационные измерения предлагается проводить с широкополосным излучением. Решение полученного интегрального уравнения показывает, что искомая функция распределения 0,(77,,) выражается виде ряда по функциям ориентационной зависимости жестко коллимированного выхода рассеянного в заданный брэгговский рефлекс излучения Мг(щ)

где щ - угол мозаичности в плоскости рассеяния, Ав- угол коллимации излучения. Согласно проведенному анализу, представленный ряд сворачивается и совпадает с ориентационной зависимостью с точностью порядка нескольких процентов, если размер коллиматора не превышает полуширину ориентационной зависимости.

Таким образом, предлагаемый подход позволяет определять распределение зерен мозаичного кристалла непосредственно из эксперимента. В главе приводятся данные выполненных измерений, подтверждающих теорию.

Завершает главу анализ возможности создания метода диагностики нанокластеров в ультрамелкодисперсной среде, основанного на рассеянии широкополосного рентгеновского излучения с анализом спектров когерентно рассеянного излучения в области брэгговских пиков. Показывается, что в этом случае повышается чувствительность отклика к форме кластера и точность измерений, причем от формы зависит соотношение между интенсивностями различных пиков. Изложенное иллюстрируется спектральными кривыми, приведенными на Рис.1. Кривые описывают несколько первых брэгговских пиков рассеянного на кластере с ОЦК решеткой и заданным числом атомов широкополосного излучения. Положения пиков определяются типом и постоянной решетки и не меняются при изменении формы кластера. С изменение формы существенно меняются соотношения между пиками различного порядка. Именно это обстоятельство открывает путь к диагностике формы кластеров. Обратим внимание на значительные изменения амплитуд пиков, что делает решение проблемы вполне доступным методом Ритвелда.

х = 2(оа$л\\{(р 12)

Рис.1. Спектр рентгеновского излучения, когерентно рассеянного в материале с ОЦКрешеткой.

1 - кх =иу =24 (куб), 2 - N. =48,И, =48,Л^ =6 (диск), 3 - Ы, =12,=12,N. =96(стержень).

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена исследованию нового энергодисперсионного метода структурной диагностики, основанного на рассеянии в веществе не свободных, а виртуальных фотонов кулоновского поля релятивистских электронов, пересекающих исследуемый образец. Правомерность использования "методики и терминологии теории рассеяния свободных фотонов обоснована в работах Вейцзеккера и Вильямса и исходит из хорошо известного факта, что с ростом энергии быстрого электрона его продольное поле становится в у раз меньше поперечного, а связь последнего с магнитным полем стремится к характерной связи магнитной и электрической составляющих в поле электромагнитной волны. Именно данное обстоятельство позволяет рассматривать в рамках метода Вейцзеккера - Вильямса кулоновское поле релятивистского электрона как непрерывный набор фотонов. Экспериментальная процедура измерений в рамках предлагаемого подхода является более сложной по сравнению с классическими рентгеноструктурными измерениями, однако некоторые перспективы подхода выглядят настолько привлекательными, что полностью оправдывают усилия по его освоению.

Первое преимущество обусловлено точным знанием спектра первичных виртуальных фотонов, что необходимо для реализации энергодисперсионной

методики. Второе преимущество связано с возможностью относительно простого управления параметрами электронного пучка с помощью приемов традиционной магнитной оптики (например, фокусировать электронный пучок на мишень, что несравненно проще фокусировки фотонного пучка). Наконец, использование фотонов рассеянных в направлении, противоположном скорости электронов, движущихся в поликристалле, позволяет реализовать процесс диагностики поликристаллических сред с уникальным энергетическим разрешением, поскольку ширина спектра рассеянных фотонов обратно пропорциональна в обсуждаемом случае квадрату энергии электронов.

Процесс рассеяния виртуальных фотонов (в указанном выше смысле) называется поляризационным тормозным излучением (ПТИ) и детально изучен к настоящему времени применительно к столкновению быстрой частицы с изолированным атомом. В рассматриваемых задачах диагностики требуется анализ коллективного рассеяния кулоновского поля быстрого электрона всеми атомами мишени одновременно. В главе приводятся рабочие формулы для количественной интерпретации выполненных первых абсолютных измерений характеристик ПТИ релятивистских электронов в поликристалле. Проводится детальное сравнение экспериментальных данных с предсказаниями теории. Характерный измеренный спектр ПТИ, а также рассчитанная теоретически кривая показан на Рис.2. Видно согласие теории и эксперимента не только по положению пиков ПТИ, но и по их амплитуде (наблюденный экспериментально пик в области 6,3 .кэВ не является структурным; это характеристический пик железа, возникший вследствие рассеян™ электронного пучка на элементы установки).

Далее в главе исследуются характеристики аномального пика ПТИ, излучаемого движущимися в поликристалле электронами в направлении строго назад. Для относительной ширины спектра пика получена формула

Аа> \

сое2 (в 12)- — у'1 С05{в)

4 Г

.-2

со у$т{в!2)

(3)

где угол отсчитывается от направления, противоположного скорости электрона Формула (3) предсказывает возможность проводить измерения межплоскостных расстояний в поликристалле с весьма высоким энергетическим разрешением при относительно малых энергиях электронного пучка.

СО(КэВ)

Рис.2. Спектральная кривая ПТИиз пленки алюминия, кооптированного под углом 90 градусов относительно скорости электронного пучка.

Например, для достижения разрешения Ю-4 в эксперименте с синхротронным излучением требуется электронный пучок с энергией 5 ГэВ. С другой стороны, рассматриваемый подход может обеспечить такое разрешение уже с пучком электронов с энергией 50 МэВ. Рассчитанный спектр ПТИ электронов с энергией 15 МэВ в алюминии приведен на Рис.3, для угла излучения 180 гр. (кривые 1) и 160 гр. (кривые 2).

а, 6

Я

о

S

1 I

0.0004

0,0003

0,0002

0.0001

1000 2000 3000 4000 5000

Tico ,эВ

Рис.3. Спектральные зависимости для рефлекса ПТИ распространяющегося в различных направлениях. 1 - 6>'=180° направление строго назад, 2 - 0' = 16О°.

Существенное негативное влияние на когерентную составляющую ПТИ оказывает эффект плотности (для учета последнего достаточно совершить замену/-2->р2 = /"2+й>02/й>2, щ- плазменная частота мишени), ограничивающий рост амплитуды когерентных пиков и уменьшение их спектральной ширины с увеличением энергии электрона. Например, характеристики излучения в области энергий 3 кэВ в мишени с плазменной частотой 30 эВ перестает зависеть от энергии электронов уже при 50 МэВ. Проведенный анализ показал, что благодаря вкладу в формирование ПТИ переходного излучения, возникающего на входной поверхности мишени, влияние эффекта плотности на аномальный пик существенно подавляется.

В главе приводятся данные предварительных измерений по обнаружению аномального пика.

Оказывается, что интерес с точки зрения диагностики атомной структуры вещества представляет и ПТИ назад в аморфной, или слабоструктурированной среде. Выполненные в главе исследования показали уникально малую ширину области переданных импульсов в обсуждаемом случае. Данное обстоятельство позволило разработать метод определения функции радиальной плотности атомов, аналогичный энергодисперсионному варианту метода Цернике - Принса, рассмотренному в первой главе. Вместо формулы (1) в данном случае использования ПТИ получается следующий результат:

п(г) — п0 =-- \dcosmi2cor)

ахЖ / - а*/АГ0 / (1йхЮ. А{а)

(4)

где коэффициент Л(со) дается формулой

А1 ч Ж1^ Г А(а>)~—-—Ьп,

2 ""0 та

со , . 0)1

1

-1п

16

(1 + 4<»2Л2)2 рг

а спектрально-угловое распределение ПТИ на изолированном атоме имеет вид

(5)

(Шл 222е6

йахЮ. ят

Ьп,

со.

тХ(оУ)

1

(1 + 4® Я )

, |1 + 4й)2Л2 "

(6)

Здесь 2 - число электронов в атоме, Ь - толщина мишени, и0-плотность атомов, я - радиус экранирования в атомной модели Ферми -Томаса, х(ш) - диэлектрическая восприимчивость мишени (восприимчивость

предполагается известной; соответствующие зависимости мнимой и реальной частей восприимчивости, измеренные экспериментально для многих веществ).

Завершает главу анализ возможности использования ПТИ для измерения размера кластеров в мелкодисперсной среде. Метод основан на следующих соображениях: малоугловой пик ПТИ на кластере, соответствующий рассеянию кластером как целым, должен иметь спектральный максимум, поскольку ПТИ на кластере подавляется при о вместе с сечением ПТИ на атоме, а в области больших частот ПТИ подавляется вследствие падения степени когерентности вклада всех атомов кластера в формирование излучения. Ясно, что положение максимума должно зависеть от размера кластера, поскольку увеличение размера приводит к росту малоуглового пика и его сдвигу в сторону меньших частот. Изложенные выше соображения, были подтверждены прямыми расчетами. Оказалось, что наиболее подходящей для сравнения с экспериментом расчетной величиной является квадрат модуля структурного фактора кластера, умноженный на квадрат частоты. Аппроксимируя кластер кубом с простейшей кубической решеткой, можно получить приведенные на Рис.4, кривые, показывающие четкую зависимость положения максимума от размера кластера

coa

Рис.4 Зависимость положения максимума в спектре модифицированного пика ПТИ от размера зерна. Ns - число атомов, укладывающихся вдоль ребра куба, а - расстояние между атомами.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ излагаются результаты исследований механизма ПРИ в условиях сильной дисперсии диэлектрической проницаемости мишени.

(такая дисперсия возникает в области частот вблизи энергии связи электрона в атоме, причем, как правило, наиболее существенными для рассматриваемых задач являются энергетические состояния внутренних электронов, попадающие в рентгеновский диапазон).Дисперсия, реализующаяся в окрестности краев рентгеновского фотопоглощения материала мишени, может существенно изменить условия излучения, что представляет интерес с точки зрения решения основной проблемы ПРИ - низкой интенсивности, затрудняющей практическое использование этого излучения. Главная идея проводимых исследований состоит в модификации влияния эффекта Бормана (эффекта аномального поглощения) на ПРИ. Как известно, рост интенсивности ПРИ за счет эффекта Бормана является небольшим, что является следствием самого механизма излучения. Действительно, для реализации эффекта необходимо, чтобы падающая и дифрагированная волны образовали точную структуру стоячей волны поперек рассеивающих атомных плоскостей так, чтобы пучности стоячей волны попали в середину между плоскостями, а узлы расположились на плоскостях, что обеспечивает минимальное взаимодействие волнового поля с атомными электронами мишени. Поскольку в случае ПРИ закон дисперсии первичной волны являющейся виртуальным фотоном, резко отличается от дисперсии дифрагированной волны являющейся свободным фотоном, то образование точной структуры стоячей волны оказывается невозможным. С другой стороны, в условиях преодоления электроном черенковского барьера оба фотона - первичный и дифрагированный имеют одинаковый закон дисперсии и могу образовать стоячую волну. При этом следует ожидать роста влияния эффект Бормана на выход ПРИ.

Анализ выхода ПРИ в направлении рассеяния Брэгга в геометрии Лауэ привел к следующему результату:

где важнейший коэффициент *•,, описывающий влияние аномального поглощения для ст- поляризации, имеет вид

ЛАТ е2П)2(у')2 1 Х(т — т \

6)

а

(7)

Формула (7) описывает выход ПРИ, фиксируемый щелевым коллиматором, установленным поперек плоскости рассеяния в положении 0„=О. В условиях аномального поглощения приведенный коэффициент стремится к единице. Легко убедиться, что в допороговой области А> О интенсивность (7) меняется незначительно даже при =1. Однако, ситуация изменяется кардинальным образом при переходе электрона через черенковский барьер. Выражение (7) оказывает, что в при Л <0 сечение ПРИ расходится в пределе *-, —>1. Следует отметить, что в реальных условиях яг, всегда меньше единицы, поэтому сечение излучения остается конечным. Таким образом, результат (7) указывает путь повышения интенсивности рентгеновских источников, основанных на механизме ПРИ.

Далее в главе рассматривается проблема черенковской генерации рентгеновского излучения в окрестности краев фотопоглощения материала мишени. После теоретического предсказания эффекта был выполнен ряд блестящих экспериментов, доказавших перспективу создания черенковских источников мягкого рентгеновского излучения. Затем появилась работа Испиряна К.А., в которой рассматривалось черенковское изучение в слоистой среде на основе численного анализа формул Гарибяна для стопки пластин. В указанной работе получен выход, превышающий выход черенковского излучения в однородной среде, что не совсем понятно, однако представляет большой интерес для практики.

Проведенный анализ позволил получить следующее выражение для амплитуды излучения частицы, вылетающей из толстой мишени из слоистого вещества:

ж

1 1 1

Г1в1-1x1 уг+вг Д0 Д20+2Д0Д -Х.Х-,<

(9)

Здесь Хц - коэффициенты разложения восприимчивости мишени в ряд

Фурье, А ъ=уг-Хь+6\ Д = Д-расстройка

брэгговского резонанса., ав - брэгговская частота. Первые два слагаемых в (9) представляют собой обычный вклад черенковского и переходного механизмов излучения. Добавка целиком обусловлена периодичностью среды и представляет собой ПРИ вперед. Исследование обсуждаемой добавки в случае слабо поглощающих слоев, разделенных сильно поглощающими прослойками позволило получить весьма простой результат в окрестности максимума спектрально - угловой плотности излучения

dNГ ев, 1 со

а-—»—-—--7—^3(0)-а') /юл

Л«Ю ж (10)

в котором силыюе поглощение в прослойках полностью скомпенсировано эффектом Бормана (поглощение в (10) определяется тольго вкладом слабо поглощающих слоев).

Выражение (10) следует фавнить с соответствую щей формулой для чфеню всю го излучения в однородной ср еде ¿У,'* е2в\ 11-,

=--—-т-г${(0-0),) (Ц)

dúXlQ. К Хь

dx'b

da

определенной в точке чфшювсюш резонанса. Сравнение показывает, что отношение приведенных величин может быть как больше, так и меньше единицы. Таким образом, пфеход к слоистой мишени, включаотций механизм ПРИ и сопутствующий эффект Бормана, может увеличить выход излучения в ч ф ен нэ всю м и сточнике.

В последнем параграфе главы показывается, что запрет на излучение фотонов ПРИ вдоль скорости электрона в геометрии рассеяния Брэгга, проявляющийся в области частот в юторой реализуется обычная «плазменная» диспфсия диэлектричесюй восприимчивости мишени, снимается в окрестности краев фотопоглощения. Данный эффект возникаетпреэде всего за счет изменения знака фуппоюй сюросга излучаемой волны

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена дальнейшему анализу возможностей улучшения параметров рентгеновских пучюв, генфируемых релятивистскими электронами в рамках механизма ПРИ. Предлагается и исследуется эффективный метод увеличения интенсивности ПРИ в режиме сиэльзящего падения излучающих электронов на повфхносгь мишени в геометрии несимметричного отражения. Идея метода поясняется Рис.5. Видно,что зэдгга состоит в возможно большем увеличении длины эффективного пути электрона в мишени Ld, на котором генфируется излучение, способное покинуть кристалл (ясно, что путь фотона в среде не должен превышать длину поглощения Lab).

Полученная формула для выхода

ю dN _ e2ü)¡ i sin(or + 2р) в[ + e¡ eos2 2(a + p) d(od20 щ2 a>xl sina (y~2+в2)2

g (1 -e^tg{a + p)

2 sin (jx + p)

(12)

Рис5. Геометрия процесса излучения.

Я - отражающая кристаллографическая плоскость, задаваемая соответствующимвекторомобратнойрешетш ¡>, р - угол ориентации отражающей плоскости кповерхности кристалла, е~ -осьпучка электронов, составляющая угол а с поверхностью.

отличается от традиционной толью множителем &т(а + 2Р)Ыта, равным отношению который может достигать величины порядка 20-30.Таким

образом, предлагаемый метод позволяет существенно повысить интенсивность ПРИ.

Был проведен эксперимент на созданной на выходе микротрона ФИАН установке. Сравнивались выходы ПРИ при нормальном и скользящем падении (в условиях экспф имен та угол сгольжения был не очень малым). Результаты эксперимента, приведенные на Рис.6, юличественно согласуются с теоретическими предсказаниями.

При уменьшении угла падения электрона на отражающую плосюсть растет частота излучения (брэгговская частота), что представляет интерес для рада приложений. Этому процессу сопутствует негативный эффект, заключаощийся в росте ширины спеюра ПРИ.

° 25

г;

$

t

15

10

5

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

0 (Рад)

Рис.6. Ориентационные зависимости ПРИ из кристалла кремния.

Использована отражающая кристаллографическая плоскость (111), о - случай падения электронов на поверхность мишени под большим углом (¿3 = 0, « = 1.222 рад),

□ - случай скользящего падения (/? = 0.955 рад, а = 0.267 рад).

В главе исследуется своеобразный эффект монохроматизации рефлекса ПРИ, проявляющийся именно в области малых углов падения электрона на плоскость (порядка у~'), когда угловое распределение ПРИ становится существенно несимметричным. У распределения возникает длинный «хвост» со стороны больших значений углов наблюдения, поэтому выход остается значительным при существенном удалении системы кристалл - электронный пучок - излучаемый фотон от условия Брэгга. В главе показывается, что в случае, когда угол наблюдения, отсчитываемый от отражающей плоскости, превышает угол падения электрона на плоскость, происходит значительное уменьшение ширины спектра брэгговского рефлекса с одновременным уменьшением интенсивности излучения (интенсивность падает менее существенно, чем в случае отклонения от брэгговского резонанса при большом угле ориентации скорости электрона относительно отражающей плоскости) и частоты Брэгга.

В главе получено точное решение задачи о кинематическом ПРИ в непоглощающем кристалле конечной толщины при угле рассеяния равном 180 градусов. Полученное выражение для полного излучения учитывающее интерференционные вклады ПРИ и переходного излучения имеет вид

+ 2

¿Е

Л<92 /Г£2

ЭШ^_1

Г2 +вг +

<Г

г + вг

Гг+9г+О>0

о/;

+—|

О)

1

У +в .,-2

у1+в1+-

.=4

У

(13)

где первое слагаемое описывает вклад собственно ПРИ (формула (13), в которой оставлено только первое слагаемое, является математическим образом модели ПРИ Феранчука - Ивашина), второе слагаемое отвечает вкладу переходного излучения, а последнее слагаемое является интерференционным. Частота со в (13) фиксирована и равна брэгговской (в рассматриваемом случае <а = £/2, § — вектор обратной решетки).

Формула (13) показывает, что модель Феранчука - Ивашина справедлива только в области достаточно малых энергий электрона у<у.= т\(Оц, когда в (13) доминирует первое слагаемое независимо от толщины мишени. Отметим также, что в случае малой толщины мишени, когда длина формирования излучения превышает толщину I (/7 < 1) ПРИ формируется вакуумным кулоновским полем электрона независимо от соотношения между у и у, (эффект Гарибяна, заключающийся в подавлении эффекта плотности Ферми в тонких слоях вещества). Разительное отличие реального распределения (13) от модели Феранчука - Ивашина проявляется в области больших энергий у» у., когда эффект плотности в (13) подавляется независимо от толщины мишени, поскольку выход фотонов формируется в рассматриваемом случае рассеянием переходного излучения. В то же время, модель Феранчука - Ивашина предсказывает существенное подавление выхода в рассматриваемых условиях за счет эффекта плотности. Таким образом, результат (13) доказывает ограниченность области применимости модели Феранчука - Ивашина и дает корректное описание ПРИ за ее пределами.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ диссертации исследуется рассеяние и излучение фотонов рентгеновского диапазона в кристаллических мишенях, подверженных воздействию акустической волны. Такие процессы представляют практический интерес в связи с возможностями управления выходами электромагнитных процессов в кристаллах с помощью акустических волн. Поэтому теоретическим и экспериментальным исследованиям обсуждаемых процессов посвящено много работ. В главе развита простая кинематическая теория дифракции немонохроматических расходящихся рентгеновских пучков на возбужденной акустической волной решетке и, на основе полученных

результатов, проанализированы два недавних эксперимента. В одном из них наблюдалось уширение ориентационной зависимости выхода рассеянного излучения, а в другом - зафиксировано усиление такого выхода. Анализ проводился на основе полученной формулы для ориентационной зависимости количества рассеянных конкретной кристаллографической плоскостью квантов

Ж+в[ да

4в1 + в\ да,

^.«^-^-^Га+см^х (14)

4 I I

; в'- 2--(«о# сое (р + й21 вш <2>),

£С05(<р/2)

р г0О2 + 2е.2 0052^/2) , , гв]зшрч

где ^ - вектор обратной решетки, к - рассеивающий объем мишени, сов -брэгговская частота, £ и а - волновой вектор и амплитуда акустической волны, й„- единичный вектор в направлении падающего пучка фотонов, пг - вектор, перпендикулярный, <р- угол рассеяния, 0О - расходимость первичного пучка,

предполагающегося гауссовым, $,-—tg(<p/2)- величина, пропорциональная

сов

энергетическому разбросу первичного пучка д со (энергетическое распределение пучка предполагается гауссовым), А0№ и А9Х- угловые размеры коллиматора в плоскости дифракции и в поперечной плоскости, —-/£(¡3/2)- величина, характеризующая расстройку брэгговского

резонанса первичного пучка фотонов с кристаллом, Ш- средняя частота в первичном гауссовом пучке.

Ясно, что присутствие акустической волны приводит к уширению ориентационной зависимости. Легко оценить степень уширения. Поскольку существенный вклад в сумму по р в (14) вносят слагаемые с \р\ < £а (свойства функций Бесселя), то искомое уширение можно оценить как Ав' / g ^ 2<Ца, т.е. уширение растет с увеличением амплитуды акустической волны и с уменьшением ее длины волны. Наиболее просто зависимость Л^ (в') выглядит в случаях широкополосного (« в]), пучка первичных фотонов, как показано на Рис.7, ориентационные кривые на котором объясняют эксперимент.

Рис.7. Ориентационная зависимость выхода рассеянного излучения.

7. Л-0.1, 5-^ = 3

ёва

Далее, в главе рассматривается ПРИ в кристалле с модулированной акустической волной решеткой и показывается возможность объяснения эксперимента, в котором наблюдалось усиление выхода коллимированного излучения. Выполненные исследования показали, что, в присутствии акустической волны, происходит существенная модификация углового распределении ПРИ, в результате которой может исчезнуть известный провал в центре невозмущенного ПРИ (см. Рис.8).

Жесткая коллимация излучения может привести к росту наблюдаемого выхода ПРИ, однако, полный выход излучения, измеряемый при полностью раскрытом коллиматоре, остается неизменным.

Завершают главу исследования влияния акустической волны на когерентное тормозное излучение релятивистских электронов в ориентированном кристалле. Данная задача представляет интерес в связи с активно разрабатываемой в настоящее время проблемой кристаллического ондулятора, т.е. излучения каналирующих частиц в периодически изогнутом плоскостном канале кристалла (первоначальное предложение). Выполненные в последнее время исследования привели к пониманию того факта, что более выгодным является использование когерентного излучения надбарьерных частиц. В работе исследуется модифицированная схема, базирующаяся на излучении в потенциале периодически изогнутых волной цепочек электронами, движущимися в кристалле в режиме случайных столкновений с цепочками.

Рис.8. Ориентационная зависимость угловой плотности ПРИ. 1-обычная ориентационная зависимость ПРИ в невозмущенном кристалле ( §3 = 2.9, 2£„/£р = 0 ), 2-ориентационная зависимость ПРИ в присутствии акустической волны (§а = 2.9, 2£в I gp = 0.6 ).

Такой режим, реализующийся при очень малых углах ориентации скорости электрона относительно оси цепочки, обеспечивает максимальное взаимодействие с цепочкой, причем, благодаря изгибу оси цепочки, на отдельных участках траектории движение происходит параллельно локальному направлению оси цепочки, когда взаимодействие существенно возрастает. В результате выход излучения может превысить выход КТИ на изолированной цепочке. Данный вывод следует из полученной формулы для спектрально-углового распределения интенсивности излучения

¿У""1 _8лггУЧ2 Д Г:4+<?4 у.1 + 27,2(Д/я1)2

ашывв ту ^^н-в1)4' . О+п!№аУГ'

+ о2)+1— (15)

2у/ у/

где у/- угол падения электрона на цепочку, к - радиус экранирования в модели атома Томаса-Ферми, расстояние между атомами в цепочке,

у~2 = у'2 + щ /ю2, - составляющая волнового вектора акустической волны

вдоль оси цепочки, ^-амплитуда смещения атома поперек оси цепочки в поле волны, остальные обозначения являются общепринятыми. Спектр излучения, рассчитанный по формуле (15) для случая у/<у/. =£а± (легко видеть, что (с, является максимальным углом отклонения оси цепочки), показан на Рис.9.

20

40

60

яо

100

х=

со

7*о„

Рис. 9. Спектр ориентационной зависимости выхода жестко коллимированного излучения в кристалле в области у/<у/.. 1 - традиционное КТИ в потенциале прямолинейной атомной цепочки, 2

В рассматриваемом случае электрон пересекает цепочку более чем один раз, поэтому интерференция между волнами, испущенными при последовательных пересечениях одной цепочки, приводит к осцилляциям. Разумеется, приведенные кривые характеризуют излучение только фракции пучка с определенным значением угла ориентации у/. Тем не менее, полученный результат свидетельствует о возможности получения высокой интенсивности рентгеновского излучения рассматриваемым способом.

ШЕСТАЯ ГЛАВА посвящена анализу непростой проблеме физики ПРИ - влиянию многократного рассеяния излучающих электронов на характеристики излучения. Вначале влияние многократного рассеяния изучается на основе строгого кинетического подхода ПРИ в направлении Брэгга. В рамках динамического подхода с применением процедуры усреднения по траекториям электрона, можно получить следующее общее выражение для углового распределения интенсивности ПРИ:

егб)' (О

Лс12в 2Р

Яе

(у;1-;'/?)} ¿техр

(16)

где р = со\ ¡а1 =» <у02 /<у2, (у2 - квадрат угла многократно рассеяния на единице длины, Q, = ij/t - в. При выводе (16) использовались обе ветви дисперсионного соотношения ПРИ (в случае прямолинейного движения излучение разрешено только для одной ветви). Кроме этого, для упрощения вычислений угол ориентации скорости электрона относительно отражающей плоскости выбран малым, что позволило резко упростить поляризационные соотношения. При интегрировании по частоте учтено, что единственной быстро меняющейся функцией под интегралом является расстройка брэгтовского резонанса.

Оценим интеграл в (16). Поскольку у'1 > ¡i, то эффективное время интегрирования те!} определяется оценкой rt# = Lcoh =2yt I а (при больших значениях т экспонента в (16) осциллирует и интеграл стремится к нулю). Подставляя значение т-т^ в аргумент гиперболической функции в (16), получаем оценку

где £„, =(е2/41Ы - радиационная длина. На расстоянии электрон рассеивается на угол у1. Из (17) вытекает, что при выполнении условия

(18)

эффективное значение аргумента гиперболической функции в (16) мало. Заменяя Ых) линейной функцией, получаем из (16) обычное выражение для плотности ПРИ в случае прямолинейного движения. Для интерпретации заметим, что в рассматриваемых условиях ьсоН < . Данное условие означает малость угла многократного рассеяния на длине формирования тормозного излучения по сравнению с характерным угловым масштабом равновесного кулоновского поля электрона. Поскольку разделение излучаемого фотона тормозного излучения с кулоновским полем и восстановление равновесного кулоновского поля происходят именно на длине а ихтучение фотона ПРИ происходит на существенно меньшей длине вследствие большого угла излучения, то ПРИ формируется за счет рассеяния неравновесного поля электрона. Благодаря условию < , неравновесное поле мало отличается от равновесного, поэтому многократное рассеяние не оказывает существенного влияния на характеристики ПРИ при выполнении условия (18).

В главе подробно рассмотрен случай излучения пучка с большой начальной расходимостью »1), когда анализ существенно упрощается

и конечное выражение для углового распределения ПРИ электрона из мишени с толщиной Ь имеет вид

(17)

еШ

с1гв к%г

Г

^ £ _/ _

(19)

Согласно (19), влияние многократного рассеяния на свойства ПРИ определяется отношением / 1сак. В области больших значений этого отношения искривление траектории на длине формирования мало и из (19) следует обычное выражение для угловой плотности ПРИ без учета многократного рассеяния (в случае пучка с большой расходимостью). В противоположном случае электрон сильно рассеивается на длине формирования. При этом неравновесное поле существенно отличается от равновесного, что немедленно сказывается на выходе ПРИ. Отношение выхода(19) к выходу ПРИ с прямолинейной траектории представлено на

Рис.10. Отношение выхода реального ПРИ к выходу ПРИ рассчитанному в пределе прямолинейной траектории.

В полном соответствии с изложенным влияние многократного рассеяния является существенным в области малых значений отношения / .

Завершает главу анализ обнаруженных в первом успешном эксперименте по измерению характеристик ПРИ вперед (необходимо отметить, что проводились повторные эксперименты высокого качества,

Рис.10.

подтверждающие результат). В обсуждаемом эксперименте ожидаемый результат измерений (пик ПРИ вперед на плато Бете - Гайтлера тормозного излучения) сменялся иногда провалом.

Для обоснования высказанного предположения о причине наблюденной аномалии, как конкуренции двух тенденций - возникновения пика ПРИ вперед и проявления провала в тормозной подложке вследствие дифракционного выбывания тормозных фотонов из конуса ПРИ вперед, была развита модель, учитывающая обе указанные тенденции. Результаты вычислений выглядят довольно громоздкими и не приводятся. Укажем лишь, что модель количественно объяснила эксперимент, причем в соответствии с экспериментом пик должен наблюдаться в области частот ахук>а, в которой подавлен тормозной фон за счет эффекта Тер-Микаэляна. Напротив, в области а»ую(3, в которой подавлен пик ПРИ, должен наблюдаться провал.

В СЕДЬМОЙ ГЛАВЕ теоретически исследуются некоторые вопросы физики когерентного тормозного излучения (КТИ) релятивистских электронов, представляющих интерес для объяснения аномалий в экспериментальных данных. Хорошо известно, что спектр КТИ уширяется в сторону более низких энергий квантов вследствие многократного рассеяния, поэтому интерес вызвали результаты экспериментов, в которых наблюдалось уширение спектра КТИ в сторону более высоких энергии квантов Исследования показали, что эффект является следствием кинематики процесса и может проявиться только в области малых (относительно) энергий излучающих электронов.

Далее в главе исследуется процесс генерации рентгеновского излучения пучком электронов, движущимся вдоль кристаллографической оси ориентированного кристалла. Причиной проведения исследований явилась необходимость объяснения эксперимента, в котором наблюдалось излучение в области частот, малых по сравнению с характерным максимумом в спектре излучения каналированных и надбарьерных электронов. В тоже время в эксперименте наблюдалось подавление в области совсем малых частот, что не понятно для излучения надбарьерных электронов на цепочке.

В работе создана модель излучении надбарьерных частиц (каналированные электроны не могут излучать в обсуждаемой области частот вследствие периодичности своей траектории), учитывающая интерференционный вклад переходного излучения, корреляции между последовательными случайными столкновениями электрона с цепочками и не имеющая ограничении по энергии излучающих частиц. При достаточно большой толщине мишени основной вклад в полный выход излучения вносит механизм когерентного излучения при столкновении электрона с цепочками. Соответствующая формула, описывающая излучение фракции электронов с заданным углом ориентации, имеет вид

< 21-(со8(Ду)) ^Ш2(к2+У2)2 Ь СО-- = 2—у/:1-г-±--------— (20)

где (со^&х)) - среднее значение азимутального угла рассеяния электрона на цепочке, т -среднее время свободного пробега электрона в кристалле, Ь -толщина мишени.

В соответствии с данными измерений излучение (20) подавляется в области частот

2 1-(со5Д}Л

(21)

Выявленное подавление не связано ни с эффектом Тер-Микаэляна, ни с эффектом Ландау-Померанчука-Мигдала. Природа исследуемого эффекта связана с насыщением угла когерентного рассеяния электрона системой атомных цепочек на длине формирования излучения. Заметим, что для фактического наблюдения обсуждаемого эффекта подавления необходимо отсутствие маскирующего влияния эффекта Тер-Микаэляна (> ущ).

Формула (20) была использована для вычисления выхода коллимированного излучения из кристалла конечной толщины с учетом эволюции функции распределения электронов вследствие многократного рассеяния. Результат расчета излучения электронов различной энергии в кристалле кремния (220) с толщиной 0.523 мм показан на Рис.11

Видно неплохое количественное согласие расчетных и измеренных данных. Расхождение по амплитуде может быть объяснено использованными упрощениями при вычислении характеристик рассеяния электрона в потенциале цепочки.

О 3

3

е

2-

1

О 100 200 300 400

(ОкеУ

Рис. 11. Выход рентгеновского излучения, рассчитанные для энергий электронов 500, 1000 и 2000 МэВ. Там же показаны данные измерений, полученные при 500 МэВ.

1. Рассмотрены процессы рассеяния широкополосных расходящихся рентгеновских пучков в неупорядоченных и упорядоченных конденсированных средах. На основе полученных результатов предложены новые энергодисперсионные методы диагностики атомной структуры вещества:

-показана возможность устранения искажений искомой функции радиального распределения атомов, присущих принципиально методу Цернике-Принса определения ближнего порядка в расположении атомов среды, переходом от угловых измерений к спектральным при использовании широкополосного первичного рентгеновского излучения с известным спектром;

- дан расчет процесса рассеяния рентгеновского излучения в ультрамелкозернистой среде, показана возможность измерения среднего размера и формы зерна на основе сравнения измеренного и рассчитанного спектров коллимированного рассеянного излучения в широком диапазоне частот, включающем несколько брэгговских рефлексов;

- исследован процесс излучения в мозаичном кристалле, показана пропорциональность измеряемой ориентационной зависимости выхода жестко коллимированного рентгеновского излучения, рассеянного в брэгговский рефлекс, функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ.

ориентации, и показана возможность создания нового метода диагностики мозаичности;

- эффективность предложенного метода определения двумерной функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации подтверждена экспериментально.

2. Разработаны теоретические основы модифицированного энергодисперсионного метода диагностики атомной структуры вещества, основанного на замене первичного зондирующего потока свободных рентгеновских квантов на виртуальные фотоны кулоновского поля релятивистских электронов, пересекающих исследуемый образец. На основе полученных результатов дана количественная интерпретация проведенных экспериментов и предложен ряд конкретных схем диагностики частично упорядоченных сред:

- дан расчет рассеяния кулоновского поля электронов в поликристаллах, на основе которой поставлены и интерпретированы количественно эксперименты по измерению межплоскостных расстояний в ряде веществ;

- выявлены особенности спектральные свойства потока фотонов, возникающих при рассеянии в поликристалле кулоновского поля быстрых электронов в направлении, противоположном скорости электрона, и разработан энергодисперсионный метод диагностики поликристаллов с высоким энергетическим разрешением;

- показана возможность создания нового энергодисперсионного метода определения функции радиального распределения атомов конденсированного вещества, основанного на механизме поляризационного тормозного излучения электронов в направлении строго назад, свободного от искажений искомой функции, присущих аналогичному методу Цернике-Принса;

- предложена новая методика определения размеров кластеров в мелкодисперсной среде, основанный на установленной в работе зависимости положения максимума в спектре малоуглового пика, возникающего в процессе поляризационного тормозного излучения релятивистских электронов в исследуемом образце, от размера кластера;

- предложенная модель поляризационного тормозного излучения релятивистских электронов в поликристалле подтверждена экспериментами, выполненными на электронном пучке с энергией 7 МэВ;

3. Установлено существенное влияние дисперсии диэлектрической проницаемости материала периодической мишени в окрестности краев фотопоглощения на свойства параметрического рентгеновского излучения релятивистского электрона:

-показано резкое возрастание роли эффекта аномального поглощения на выход ПРИ в условиях преодоления электроном черенковского барьера, что обусловлено возможностью образования точной структуры стоячей волны вследствие совпадения дисперсии первичного черенковского и вторичного

дифрагированного фотонов (в подбарьерной области эффект мал, поскольку первичный виртуальный фотон и дифрагированный фотон не могут образовать точную структуру стоячей волны вследствие различия законов дисперсии),

-выявлена возможность роста выхода рентгеновского черенковского излучения в слоистой периодической среде по сравнению с однородной средой за счет возникновения эффекта Бормана;

-показано, что запрет на излучение ПРИ в направлении скорости излучающего электрона, проявляющийся в геометрии рассеяния Брэгга за счет отрицательного знака групповой скорости, снимается в окрестности края фотопоглощения вследствие дисперсионного изменения групповой скорости.

4. Показано резкое влияние геометрии процесса излучения на характеристики ПРИ релятивистских электронов:

-исследовано ПРИ в условиях скользящего падения релятивистских электронов на поверхность кристалла при несимметричной дифракции и показана возможность резкого роста выхода ПРИ в рассматриваемом случае за счет увеличения эффективного пути электрона в поглощающей мишени, на котором генерируются фотоны, способные покинуть мишень;

-установлен длинный «хвост» в угловом распределении ПРИ в области малых углов ориентации скорости быстрого электрона относительно отражающей кристаллографической плоскости и показана возможность существенной монохроматизации брэгговских рефлексов в рассматриваемых условиях;

-теоретическое предсказание возможности увеличения выхода ПРИ в режиме скользящего падения электронов на поверхность мишени подтверждено экспериментально.

5. Исследованы процессы дифракции и излучения фотонов рентгеновского излучения в ориентированных кристаллах, решетка которых возбуждена акустической волной:

-показано, что трансформация формы углового распределения ПРИ, происходящая под воздействием периодической модуляции решетки кристаллической мишени акустической волной, может привести к заплыванию характерного провала в угловом распределении ПРИ, и, как следствие, к наблюдаемому росту выхода коллимированного ПРИ;

-показано, что сходные причины могут обусловить наблюдаемый эффект усиления выхода рентгеновского излучения, отраженного от кристалла, возбужденного акустической волной;

-предложена модификация кристаллического ондулятора, основанная на излучении надбарьерных электронов в потенциале периодически изогнутых акустической волной атомных цепочек, обеспечивает получение фотонов когерентного тормозного излучения с весьма высокой интенсивностью, превышающей интенсивность обычного КТИ за счет возможности движения

электрона параллельно оси изогнутой цепочки на конечных участках траектории;

-разработанные модели ПРИ и процесса рассеяния немонохроматических расходящихся рентгеновских пучков в кристалле с возбужденной акустической волной решеткой позволяют предложить возможные объяснения проведенных экспериментов.

6. На основе кинетической модели исследовано влияние многократного рассеяния на характеристики ПРИ релятивистских электронов в кристалле и показано, что ввиду малости длины формирования ПРИ (вследствие больших углов излучения) по сравнению с длиной формирования тормозного излучения, на которой происходит излучение фотона вдоль скорости электрона и восстановление его равновесного кулоновского поля, кристалл рассеивает прежде всего неравновесное поле, состоящее из неразделившихся свободных тормозных фотонов и виртуальных кулоновских фотонов. Развитый формализм позволил получить следующие результаты:

-неравновесное поле мало отличается от равновесного, если угол рассеяния электрона на длине формирования тормозного излучения не превышает характерный угловой масштаб равновесного поля, поэтому характеристики рассеянных равновесного и неравновесного полей оказываются близкими и, как следствие, учет влияния многократного рассеяния излучающих электронов на ПРИ можно проводить в рамках простой модели усреднения сечения ПРИ, рассчитанного в приближении прямолинейной траектории электрона, по расширяющемуся пучку таких траекторий;

-влияние многократного рассеяния резко возрастает в случае превышения угла рассеяния на длине формирования над характерным углом раствора виртуальных кулоновских фотонов (в неравновесном случае размер поля резко возрастает, поэтому интенсивность ПРИ существенно превышает аналогичную величину в равновесном случае) и распределение излученных фотонов ПРИ нельзя рассчитывать в этом случае по упрощенной схеме;

-показано, что в процессе ПРИ вдоль скорости излучающего электрона возникает конкуренция двух тенденций: проявления провала на фоне тормозного излучения вследствие дифракции тормозных квантов и появления пика ПРИ вперед;

-развитая теория позволяет объяснить наблюдавшуюся экспериментально при уменьшении брэгговской частоты аномальную смену провала на фоне тормозной подложки в области частот а > пиком в области частот а < ут0 влиянием эффекта Тер-Микаэляна, подавляющего тормозной фон в области частот сл< утй.

7. Изучены физические причины особенностей в измеренных спектрах когерентного тормозного излучения релятивистских электронов в ориентированных кристаллах:

-показано, что многократное рассеяние электронов, приводящее к расширению спектра КТИ в сторону меньших частот фотонов в обычных условиях излучения частиц с большими энергиями (сотни МэВ и более), обусловливает наблюдавшееся экспериментально расширение спектра КТИ в сторону больших частот в области относительно малых энергий излучающих электронов (единицы и десятки МэВ);

-установлено, что надбарьерная фракция пучка релятивистских электронов, движущихся в кристалле вдоль кристаллографической оси в режиме случайных столкновений с атомными цепочками, интенсивно излучает в рентгеновском диапазоне, что позволяет объяснить результаты эксперимента с учетом корреляций между последовательными столкновениями электрона с цепочками. Корректное описание процесса (в частности, описание эффекта подавления излучения вследствие насыщения угла когерентного рассеяния на цепочках) требует учета корреляций между последовательными столкновениями.

Совокупность результатов проведенных исследований существенно развивает направление в физике взаимодействия излучения с конденсированным веществом, заключающееся в изучении коллективных эффектов в процессах рассеяния виртуальных фотонов кулоновского поля быстрых электронов атомами среды и направленное на разработки приложений в областях диагностики атомной структуры вещества и создания эффективных источников квазимонохроматического рентгеновского излучения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩХ СТАТЬЯХ И ПАТЕНТАХ:

1. Nasonov N.N. Pokhil G.P., Voronov V.P., Zhukova P.N. X ray coherent bremsstrahlung by low energy electrons // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 1998. V. 145 P. 150 - 154.

2. Kubankin A.S., Nasonov N.N., Zhukova P.N. Spectrum of collimated X rays emitted from relativistic electrons crossing an aligned crystal // Physics Letters A, 2003. V. 317. P. 495-500.

3. Nasonov N.N., Pokhil G.P., Zhukova P.N. Peculiarities in the spectrum of coherent emission from relativistic electrons crossing a thin aligned crystal // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 2005. V. 227 P.121- 136.

4. Krasil'nikov V.V., Nasonov N.N., Zhukova P.N. Relative contribution of real and virtual photon diffraction to the parametric X ray yield // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 2005. V. 227. P. 55 -62.

5. Nasonov N., Zhukova P. Anomalous photoabsorption in the parametric X rays in conditions of Cherenkov effect // Phys. Lett. A, 2055. V. 346. P. 367 - 370.

6. Likhachev V., Nasonov N., Tulinov A., Zhukova P. On the parametric X rays along the velocity of an emitting particle // Вестник Воронежского государственного университета, 2005. №2. С. 98 -103.

7. Nasonov N., Zhukova P., Hubbell J. Parametric X rays along the velocity direction of an emitting particle under conditions of the Cherenkov effect // Rad. Phys.Chem, 2006. V. 75. P. 923 - 926.

8. Nasonov N., Zhukova P., Piestrup M., Park H. Grazing incidence parametric X ray emission //Nucl. Instr. Meth. B, 2006. V. 251. P. 96-98.

9. Nasonov N., Zhukova P. Peculiarities in the Low Energy Range of the Bremsstrahlung Spectrum // Rad. Phys. Chem, 2006. V. 75 P. 1409 -1429.

10.Kubankin A., Likhachev V., Nasonov N., Rakitjansky A., Zhukova P., Cherenkov effect and parametric X rays // Nucl. Instr. Meth. B, 2006. V. 252. P. 124-130.

11.Astapenko V., Nasonov N., Zhukova P. Anomalous peak in the spectrum of polarizational bremsstrahlung from relativistic electrons moving through solid target // Journal of Physics B: Atomic, Molecular & Optical Physics, 2007. V. 40. P. 1 - 10.

12.Astapenko V., Khablo V., Kubankin A., Nasonov N., Pokhil G., Polyansky V., Sergienko V., Zhukova P. Polarization bremsstrahlung from relativistic electrons for medium structure diagnostics // SPIE, 2007.6634. art. no 663407.

13.Gostishchev N., Nasonov N., Zhukova P. Anomalous density effect in polarization bremsstrahlung from relativistic electrons moving through a solid target // SPIE, 2007. 6634. art. no 66340C.

14.Lobko A. Nasonov N., Park H., Piestrup M., Zhukova P. Enhanced parametric X ray emission from grazing incident electrons // SPIE, 2007.6634. art. no 663417.

15.Nasonov N., Zhukova P., Hubbell J. Anomalous properties of quasi Cherenkov radiation for Bragg scattering geometry // Nucl. Instr. Meth. A, 2007. V. 580. P. 29 - 32.

16.Насонов H.H., Жукова П.Н. Особенности тормозного излучения релятивистских электронов в твердотельных мишенях // Письма ЖЭТФ,

2007. Т. 86. С. 236 - 238.

17.Гостищев Н.А., Насонов Н.Н., Жукова П.Н. О вкладе переходного излучения в формирование выхода поляризационного тормозного излучения релятивистских электронов из поликристалла // Поверхность, 2008. №4. С. 1 - 5.

18.Астапенко В.А., Гостищев Н.А., Жукова П.Н., Кубанкин А.С., Насонов Н.Н., Сергиенко В.И., Хабло В.А. Модификация EDXD метода диагностики поликристаллических и мелкозернистых сред // Известия РАН. Серия Физическая, 2008. №6. С. 926 - 929.

19.Nasonov N., Zhukova P., Rakitjansky A. Peculiarities in the emission from relativistic electrons moving in a polycrystalline target // Nucl. Instr. Meth. B,

2008. V. 266. P. 3748 - 3752.

20.Жукова П.Н., Кубанкин А.С., Насонов Н.Н., Сергиенко В.И. Модификация EDXD метода диагностики структурированных сред // Заводская лаборатория, 2008. №10. С. 32 - 38.

21.NasonovN., Zhukova P. Polarization bremsstrahlung study of short range order in solids // Phys. Lett. A, 2009. V. 374. P. 343 - 345.

22.Насонов H.H., Жукова П.Н. Энергодисперсионный аналог метода Цернике Принса определения функции радиального распределения атомов // Письма в ЖТФ, 2009. Т. 35. С. 77-81.

23.Горбунова О.А., Жукова П.Н., Насонов Н.Н. Диагностика поликристаллических материалов на основе пика поляризационного тормозного излучения распространяющегося против скорости излучающих релятивистских электронов // Известия РАН. Серия физическая, 2010. Т.74. С.1669 - 1672.

24. Nasonov N., Zhukova P., Sergienko V. Polarization bremsstrahlung in a backward direction for medium structure diagnostics // Journal of Physics'" Conference Series, 2010. V.236. P.012017.

25. Жукова П.Н., Ладных M.C., Мкртчян А.Г., Мкртчян А.Р., Насонов Н.Н. О влиянии акустической волны на параметрическое рентгеновское излучение релятивистских электронов в кристалле // ПЖТФ, 2010. Т. 36. С. 29-37.

26.Asianyan А.А., Khachaturyan G.K, Kubankin A.S., Mkrtchyan A.G., Mkrtchyan A.R., Nasonov N.N., Zhukova P.N. Modified scheme of crystalline undulator // Modern Physics Letters, 2010. V. 24. P. 2861 - 2868.

27.Жукова П.Н., Кубанкин A.C., Ладных M.C., Насонов Н.Н. Определение функции распределения микроблоков мозаичного кристалла по углам ориентации на основе рассеяния синхротронного излучения // Известия РАН. Серия физическая, 2011. Т.75. С.249 - 251.

28.Жукова П.Н. Способ определения мозаичности кристалла: пат. № 2376587 Рос. Федерация.

29. Жукова П.Н. Определение размеров зерен в ультрамелкодисперсной среде: пат. №2386582 Рос. Федерация.

МАТЕРИАЛЫ РАБОТЫ АПРОБИРОВАЛИСЬ НА СЛЕДУЮЩИХ

КОНФЕРЕНЦИЯХ:

1. Жукова П.Н., Кубанкин А.С., Насонов Н.Н, Об эффекте Ландау Померанчука Мигдала в ориентированных кристаллах // Тезисы докладов ХХХШ международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. М.: Из-во МГУ, 2003. С. 44.

2. Krasil'nikov V.V., Nasonov N.N., Zhukova P.N. Relative contribution of real and virtual photon diffraction to the parametric X ray yield II Abstracts of 6

International Symposium "Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures 03" Tomsk, 2003. P. 64.

3. Жукова П.Н., Насонов H.H. О формировании выхода параметрического рентгеновского излучения // Тезисы докладов XXXIV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. М.: Из -во МГУ, 2004. С. 62.

4. Zhukova P.N., Nasonov N.N., Pokhil G.P. Interference phenomena in the coherent X ray emission from relativistic electrons crossing a thin aligned crystal // Abstracts of International Symposium "Many Particle Effects in Radiation Physics 04" Belgorod, 2004. P. 29.

5. Nasonov N., Zhukova P. Cherenkov effect and parametric X Rays. International workshop "Relativistic Channeling and Coherent Phenomena in Strong Fields" Frascati, 25 - 28 July 2005.

6. Жеваго H.K., Жукова П.Н., Насонов H.H. Квазичеренковское излучение в периодической среде в области аномальной дисперсии. Тезисы докладов XXXV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. М.: Из-во МГУ, 2005. С. 81.

7. Nasonov N., Gostishev N., Zhukova P. Anomalous Density Effect In Polarization Bremsstrahlung From Relativistic Electrons Moving Through Solid Targets. International conference Channeling 2006 "Charged and Neutral Particles Channeling Phenomena" Frascati, 2-7 July 2006, p.93.

8. Гостищев H.A., Жукова П.Н., Насонов H.H. Аномальный эффект плотности в ПТИ релятивистских электронов в поликристалле. Тезисы докладов XXXVI международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. М.: Из-во МГУ,

2006. С. 70.

9. Kubankin A.S., Likhachev V.A., Nasonov N.N., Zhukova P.N. New possible areas of the development of PXR. Abstracts of 2nd International Conference on QUANTUM ELECTRODYNAMICS AND STATISTICAL PHYSICS 19 -23 September 2006, NSC KIPT, Kharkov, Ukraine. P. 49.

10. Гостищев H.A., Жукова П.Н., Насонов H.H. О вкладе переходного излучения в формирование выхода поляризационного тормозного излучения релятивистских электронов из поликристалла. Тезисы докладов XXXVII международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. М.: Из-во МГУ,

2007. С.72.

11. Astapenko V., Gostishchev N., Kubankin A., Nasonov N., Zhukova P., Khablo V., Sergienko V. Modification of EDXD Method for the Diagnostics of Polycrystalline and Small Garained Media. LVII International Conference on Nuclear Physics, Nucleus 2007,25-29 June, Voronezh. P. 340.

12. Насонов H.H., Жукова П.Н., Колобов Ю.Р., Кубанкин А.С. Модификация EDXD метода диагностики структурированных сред. VI

национальная конференция по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов, РСНЭ 2007,12-17 ноября, ИК РАН, Москва. С. 534,601.

13. Асланян A.A. , Жукова П.Н., Мкртчян А.Г., Мкртчян А.Р., Насонов H.H., Хачатурян Г.К. Когерентное тормозное излучение релятивистских электронов в кристалле, периодически деформированном акустической волной. Тезисы докладов XXXVHI международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. Москва, МГУ, 27 - 29 мая М.: Из во МГУ, 2008. С.59.

14. Жукова П.Н. Диагностика размеров нанокластеров и структуры наноматериалов с помощью поляризационного тормозного излучения. VI всероссийская конференция по рентгеноспектральному анализу, 5-10 октября, 2008, Краснодар. С. 193.

15. Насонов H.H., Горбунова O.A., Жукова H.H. Диагностика материалов на основе пика поляризационного тормозного излучения, распространяющегося против скорости излучающих релятивистских электронов. 59 Международное совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Чебоксары, 15-19 июня 2009.

16. Жукова П.Н., Насонов H.H. Энергодисперсионный аналог метода Цернике Принса. 39 Международная конференция по физике взаимодействия быстрых частиц с кристаллами. Москва, МГУ, 26-28 мая 2009.

17.Ladnykh M.S., Nasonov N.N., Zhukova P.N. Energy dispersive methods for the diagnostics of solid structure based on photon and electron beam interactions with a target. 8 International Symposium RREPS 09, Zvenigorod, 7-12 September, 2009.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Энергодисперсионные методы исследования атомной структуры вещества на основе измерения характеристик рассеянного в изучаемом образце синхротронного излучения.

1.1. Модификация метода Цернике - Принса определения радиальной функции распределения атомов в конденсированном макроскопически однородном веществе.

1.2. Энергодисперсионный вариант метода Дебая - Шеррера для диагностики кластеров в мелкодисперсных средах.

1.3. Метод определения функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации с помощью широкополосного синхротронного излучения.

Глава 2. Модифицированный энергодисперсионный метод г диагностики атомной структуры вещества.

2.1. Использование ПТИ релятивистских электронов для структурной диагностики.

2.2. Метод измерения межплоскостных расстояний в поликристаллах на основе ПТИ.

2.3. Аномальный пик ПТИ релятивистских электронов, движущихся в поликристалле.

2.4. Аномальный пик ПТИ релятивистских электронов, движущихся в аморфной среде. Определение радиальной функции распределения атомов.

2.5. Аномальный пик ПТИ релятивистских электронов,, движущихся в ультрамелкозернистом твердом теле. Определение размера зерен.

Глава 3. Влияние дисперсии диэлектрической проницаемости мишени на свойства ПРИ.

3.1. Модификация эффекта аномального поглощения в процессе параметрического излучения релятивистских электронов в условиях реализации явления Вавилова-Черенкова.

3.2. Параметрическое рентгеновское излучение вдоль скорости излучающего электрона в условиях проявления черенковского эффекта.

3.3. Аномальные свойства квазичеренковского излучения в геометрии рассеяния Брэгга.

Глава 4. Особенности ПРИ, обусловленные влиянием геометрии эксперимента.

4.1. Эффект усиления выхода ПРИ в режиме скользящего падения излучающих электронов на поверхность кристалла.

4.2. Эффект монохроматизации рефлекса ПРИ в условиях удаленности от брэгговкого резонанса.

4.3. Подавление эффекта плотности в параметрическом рентгеновском излучении.

Глава 5. Радиационные процессы в кристаллах, подверженных воздействию акустической волны.

5.1. Влияние акустической волны на параметрическое рентгеновское излучение релятивистских электронов в кристалле.

5.2. Кинематическая дифракция немонохроматических расходящихся рентгеновских пучков в кристалле с периодически деформированной решеткой.

5.3. Модифицированная схема кристаллического ондулятора.

Глава 6. Влияние многократного рассеяния излучающих электронов на свойства параметрического рентгеновского излучения.

6.1. Влияние многократного рассеяния на характеристики параметрического рентгеновского излучения релятивистских электронов.

6.2. Аномальные свойства наблюденного параметрического рентгеновского излучения вдоль скорости релятивистских электронов.

Глава 7. Особенности когерентного тормозного излучения релятивистских электронов в кристаллах.

7.1. Влияние многократного рассеяния на характеристики КТИ электронов с энергией до десятков МэВ.

7.2. Рентгеновское КТИ релятивистских электронов в ориентированных кристаллах.

7.3. Тормозное излучение релятивистских электронов в текстурированном поликристалле.

Состояние исследований в области и актуальность темы диссертации. Область взаимодействия быстрых частиц и излучения с веществом всегда привлекала внимание исследователей, как многообразием физических явлений, так и широкими возможностями реализации важных приложений. Достаточно указать на такие ее разделы как физика высоких энергий [1-4], современная электронная микроскопия [5,6], генерация излучения в исключительно широком диапазоне энергий фотонов от СВЧ до десятков ГэВ [7-10], диагностика пучков заряженных частиц [11-13].

Особое место в обсуждаемой области физики занимает проблема коллективного отклика атомов среды на вносимое извне электромагнитное возмущение, поскольку в указанных условиях возможен существенный рост выходов электромагнитных процессов. Основное внимание в диссертации уделяется исследованиям рентгеновского излучения быстрых электронов в конденсированном веществе, направленным на решение двух проблем. Это исследование фундаментальных аспектов физики излучения частиц в веществе и разработка новых эффективных источников квазимонохроматического перестраиваемого рентгеновского излучения, альтернативных современным синхротронам, а также разработка новых энергодисперсионных методов диагностики атомной структуры твердых тел., основанных на обсуждаемом взаимодействии. Указанные проблемы тесно связаны, поскольку основное назначение новых источников рентгеновского излучения, альтернативных синхротронам, заключается в генерации зондирующего потока фотонов для рентгеноструктурной диагностики.

Активные фундаментальные исследования ведутся в области фотоники искусственных сред с необычными свойствами, в области физики поляризационного тормозного излучения (ПТИ, см. обзор [14]) сравнительно нового механизма излучения, сопутствующего традиционному тормозному излучению на атомах, в области обоснования и развития когерентных механизмов излучения в конденсированном веществе, таких как резонансное переходное излучение в периодических средах, излучение Смита-Парселла, дифракционное излучение, рентгеновское черенковское излучение в окрестности краев фотопоглощения вещества мишени, параметрическое рентгеновское излучение (ПРИ) в кристаллах и слоистых наноструктурах и т.д. (см. подробнее обзор[10]). Анализ возможностей диагностики атомной структуры вещества по характеристикам излучения быстрых электронов, пересекающих исследуемый образец, только начинается, хотя к настоящему времени уже получены обнадеживающие экспериментальные результаты, часть из которых будет интерпретирована в настоящей диссертации.

ПТИ является микроскопической основой перечисленных механизмов излучения (кроме черенковского), что создает основу для единого описания широкого круга электродинамических процессов электрон-фотонного взаимодействия в конденсированных средах. Поэтому изучение ПТИ имеет важное значение для развития физики излучения и ее приложений. Следует ' отметить, что к настоящему времени ПТИ исследовано детально как теоретически, так и экспериментально применительно к процессу столкновения быстрой частицы с отдельным атомом [14-16] (подробный, обзор последних достижений в физике ПТИ см. в [17]).С другой стороны, коллективные процессы в ПТИ исследованы значительно меньше, причем в основном в области нерелятивистских энергий налетающих частиц. Между тем, анализ таких процессов является физической основой для развития приложений в области диагностики атомной структуры вещества, поэтому значительная часть диссертации посвящена исследованию именно этой проблемы.

Непосредственно к обсуждаемой примыкает проблема физики ПРИ -когерентной составляющей ПТИ в кристалле. Интерес к указанной проблеме вызван возможностью создания уникального по спектрально-угловой плотности источника рентгеновского излучения с плавно перестраиваемой линией. Несмотря на огромное количество работ по теме (см. например [1821] и обзор [22] ), она еще далека от завершения. .Так, вплоть до последнего времени практически отсутствовала теория ПРИ в условиях сильной дисперсии диэлектрической проницаемости мишени. Как правило (см.например [24]), приводились более общие выражения для выхода ПРИ, учитывающие аномальную дисперсию в окрестности . краев фотопоглощения, на основе которых делались довольно общие выводы. Теоретических исследований, приводящих к новым эффектам, обусловленным именно дисперсией материала мишени, не проводилось (следует указать на экспериментальную работу в данном направлении [25]). Между тем, обсуждаемая задача тесно связана с одной из важнейших проблем ПРИ - повышением интенсивности источников, основанных на ПРИ, поэтому исследования влияния дисперсии на ПРИ представляются весьма важными и актуальными. Отмеченная задача составляет лишь часть возможных направлений поисков новых путей преодоления указанного недостатка ПРИ, затрудняющего практическое использование этого механизма излучения. Другие возможности (см., например, [26-28] и цитированную там литературу), а также связанные, в частности, с геометрией схем излучения, также представляют существенный интерес и рассматриваются в настоящей диссертации.

К числу нерешенных в обсуждаемой области проблем относилось также отсутствие интерпретации неожиданных результатов первых успешных измерений ПРИ вдоль скорости излучающего электрона [23]. В указанном эксперименте искался пик ПРИ вперед на фоне тормозного фона. При этом в некоторых измерениях вместо пика на тормозной подложке наблюдался провал. Многочисленные теоретические работы, посвященные анализу ПРИ вперед (см. например [29-31]) не описывают обсуждаемую аномалию. Ввиду принципиального значения искомого эффекта, поиск которого продолжался более 30 лет, интерпретация результатов выполненных измерений, является необходимой для надежного подтверждения факта обнаружения ПРИ вперед.

В последнее время большое внимание уделяется поиску и созданию методов контроля процессов рассеяния и излучения фотонов в кристалле посредством акустических волн (рассматривается влияние акустического возбуждения кристалла на тормозное излучение, рождение электрон-позитронных пар, параметрическое излучение и т.д., см. например [32-34]). Несмотря на большие успехи в управлении потоками рентгеновского излучения в возбужденных акустическими волнами кристаллах [35], в решении проблемы кристаллического ондулятора [36] и т.д., часть проблем оставалась нерешенной. Среди них отметим интерпретацию наблюденного эффекта усиления ПРИ в кристалле, подверженном воздействию акустической волны [37] То же можно сказать об эксперименте [38], в котором наблюдалось усиление отраженного колеблющимся кристаллом широкополосного расходящегося рентгеновского пучка. Анализ указанных и других проблем также проводится в настоящей работе

В работе рассматриваются также процессы тормозного излучения и рассеяния в кристаллических и мелкодисперсных средах свободных рентгеновских лучей. Первые - ввиду их непосредственной близости к исследуемой теме разработки источников рентгеновского излучения, а вторые - в связи с исследованием в диссертации новых возможностей энергодисперсионной диагностики атомной структуры твердых тел (обзор ранних результатов содержится в [48], а последние подходы и достижения можно найти в [46]). С точки зрения создания источников квазимонохроматического рентгеновского излучения, основанных на процессах взаимодействия релятивистских электронов с веществом большой интерес представляет интерпретация результатов эксперимента [39], в котором наблюдалось интенсивное низкочастотное излучение пучка релятивистских электронов движущихся вдоль оси кристалла. Излучение наблюдалось в области частот, в которой излучение каналированных электронов подавлено и возникает необходимость количественного объяснения эксперимента.

Особый интерес имеет область исследований процессов взаимодействия частиц и излучения с веществом, связанная с разработкой новых методов диагностики атомной структуры конденсированных сред. В диссертации рассматриваются возможности конкретных реализаций новых методик энергодисперсионной диагностики (см. обзор [46]), развиваемой в настоящее время весьма активно в связи с постоянным ростом энергетического разрешения полупроводниковых детекторов. В данной области недостаточно изучены возможности смешанных подходов, использующих сочетание традиционных для энергодисперсионного подхода спектральных измерений с измерением ориентационных зависимостей выходов рассеянных широкополосных пучков первичного зондирующего излучения. В работе фактически обосновывается процедура измерения функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации, а сам процесс измерения был реализован в более ранних исследованиях [39] .Исследуются практически не изученные возможности нетрадиционного подхода, основанного на замене свободных квантов виртуальными фотонами кулоновского поля релятивистских электронов, пересекающих исследуемый образец.

Теоретическому анализу указанных и других проблем физики взаимодействия частиц и излучения с конденсированными средами и посвящена настоящая диссертация, значительная часть которой непосредственно связана с экспериментом.

Цель настоящей работы

- развить физические представления и методы описания процессов когерентного рассеяния электромагнитного поля релятивистских электронов в веществе, разработать на их основе конкретные приложения в областях новых методов диагностики атомной структуры вещества и эффективных источников квазимонохроматического рентгеновского излучения, а также дать количественное объяснение ряда важных экспериментов в данной области.

Для достижения этой цели в работе ставились и решались следующие основные задачи:

- Разработать новые энергодисперсионные методы диагностики функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации и микрокристаллитов в наноматериале по размерам и форме.

- Разработать новый энергодисперсионный подход к диагностике поликристаллических материалов, основанный на использовании ПТИ релятивистских электронов.

- Развить теорию ПРИ в условиях сильной дисперсии диэлектрической проницаемости мишени и исследовать влияние такой дисперсии на эффект аномального поглощения в ПРИ.

- Исследовать ПРИ в режиме скользящего падения электронов на поверхность мишени и несимметричной геометрии и доказать возможность существенного увеличения интенсивности ПРИ.

- Исследовать числено-аналитическими методами на основе строгого кинетического подхода проблему соотношения вкладов процессов рассеяния реальных фотонов тормозного излучения и виртуальных кулоновских фотонов в формирование выхода ПРИ.

- Развить строгую кинетическую теорию процесса одновременного ПРИ вперед и дифракции тормозных квантов на системе атомных плоскостей, ответственных за ПРИ и предложить на е основе количественную интерпретацию первого успешного эксперимента по обнаружению ПРИ вперед.

- Развить простой кинематический подход к описанию дифракции расходящихся немонохроматических рентгеновских пучков в кристалле, возбужденном акустической волной, и получить на его основе объяснение результатов экспериментов по усилению ПРИ и дифрагированных рентгеновских пучков в акустически возбужденных кристаллах.

- Развить теорию низкочастотного рентгеновского излучения релятивистских электронов, движущихся вдоль оси кристалла в режиме случайных столкновений с цепочками атомов. Определить механизм излучения и рассчитать его спектр с учетом корреляций между последовательными столкновениями электрона с цепочками. Объяснить на основе развитой теории данные проведенных измерений.

Научная новизна полученных результатов.

- Разработан новый энергодисперсионный метод диагностики функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации.

- Разработан новый метод диагностики размера и формы нанокластеров в ультрамелкодисперсной среде.

- Впервые установлено резкое возрастание влияния эффекта аномального поглощения на ПРИ в условиях проявления эффекта Вавилова -Черенкова. Показано, что в рассматриваемых условиях возможно существенное увеличение выхода ПРИ.

- Впервые предложен и теоретически исследован метод увеличения интенсивности ПРИ за счет подавления фотопоглощения в режиме скользящего падения электронов на поверхность мишени в несимметричной геометрии рассеяния.

- Развита теория когерентного излучения релятивистских электронов, движущихся в кристалле в режиме случайных столкновений с атомными цепочками, учитывающая корреляции между последовательными столкновениями, интерференционный вклад переходного излучения и не имеющая ограничений на энергию излучающих электронов. На основе теории дана количественная интерпретация данных выполненных измерений.

- Впервые показано, что запрет на ПРИ вдоль скорости излучающего электрона, возникающий в геометрии рассеяния Брэгга, снимается в условиях реализации эффекта Вавилова — Черенкова.

- Развита теория ПРИ вдоль скорости излучающих электронов, описывающая в рамках единого подхода собственно ПРИ и дифракцию тормозного излучения. На основе развитой теории показано, что обнаруженный экспериментально эффект смены спектрального пика ПРИ вперед на фоне подложки тормозного излучения провалом объясняется конкуренцией указанных механизмов излучения, а также эффектом Тер - Микаэляна подавления тормозного излучения.

- Разработана кинематическая модель ПРИ в кристалле в присутствии акустической волны, на основе которой дано объяснение наблюдавшегося экспериментально эффекта усиления выхода излучения в конечный коллиматор.

- Предложен и обоснован метод диагностики атомной структуры поликристаллов с высоким энергетическим разрешением на основе использования пика ПТИ в направлении, противоположном скорости излучающего электрона.

Научная и практическая значимость полученных результатов.

- Разработанные и запатентованные методы диагностики мозаичности кристаллов, а также размеров нанокластеров в ультрамелкодисперсных средах найдут применение в области разработки и создания элементов рентгеновской оптики, а также создания новых материалов и устройств в области современных нанотехнологий. Эффективность предложенного метода диагностики мозаичности уже подтверждена экспериментально.

- Выявленные и обоснованные теоретически новые подходы к повышению интенсивности ПРИ, основанные на использовании схемы скользящего падения электронов на поверхность мишени, или модификации эффекта аномального поглощения при преодолении электроном черенковского барьера найдут применение в области создания эффективных источников квазимонохроматического рентгеновского излучения, альтернативных современным синхротронам.

Метод увеличения выхода ПРИ, основанный на геометрии скользящего падения, уже нашел экспериментальное подтверждение.

- Развитие предложенного и обоснованного метода диагностики атомной структуры вещества на основе ПТИ релятивистских электронов может привести к созданию методик с исключительно высоким пространственным разрешением.

Эффективность предложенного метода уже подтверждена экспериментально на примере диагностики поликристаллов.

- Разработанные методы описания ПРИ и дифракции расходящихся немонохроматических рентгеновских пучков в кристаллах, возбужденных акустическими волнами, найдут применение в области развития методов управления электромагнитными процессами в кристаллических средах.

- Результаты анализа влияния многократного рассеяния излучающих электронов на свойства ПРИ позволили выявить область параметров задачи, в которой справедливо упрощенное описание обсуждаемого процесса. Данный вывод, обосновывающий простой подход к интерпретации экспериментов, найдет применение в области фундаментальной физики ПРИ.

- Развитые в работе численно — аналитические методы описания сложных процессов ПРИ вперед с учетом дифракционного выбывания из конуса излучения ПРИ тормозного фона и рентгеновского КТИ надбарьерных электронов с учетом корреляций между последовательными случайными столкновениями электрона с атомными цепочками будут использованы при дальнейшем развитии теории излучения быстрых частиц в среде.

Достоверность полученных результатов обеспечивается, прежде всего, аналитической формой большинства из них, позволившей совершить предельные переходы к достоверным результатам, полученным ранее другими авторами. В работе использовались только апробированные методы теоретического анализа электродинамических процессов в веществе (классическая теория излучения, динамическая теория дифракции, метод кинетического уравнения в теории многократного рассеяния, методы функций комплексной переменной, асимптотические методы вычисления интегралов), что также повышает степень достоверности полученных результатов. Многие из результатов получили количественное, либо качественное экспериментальное подтверждение (теория метода определения функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации, теория метода диагностики поликристаллов с помощью ПТИ, теория метода увеличения интенсивности ПРИ в режиме скользящего падения электронов на поверхность кристалла, теория ПРИ в кристалле, возбужденном акустической волной, теория ПРИ вперед с учетом дифракционного выбывания из конуса ПРИ фотонов тормозного фона, теория рентгеновского КТИ надбарьерных электронов, учитывающая корреляции между последовательными случайными столкновениями электрона с атомными цепочками).

Положения, выносимые на защиту.

1 .Установленные закономерности рассеяния широкополосных расходящихся рентгеновских пучков в упорядоченных средах и основанные на этих закономерностях новые энергодисперсионные методы определения функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации, а также размеров и формы нанокластеров в ультрамелкодисперсной среде.

2. Установленный механизм формирования аномального пика ПТИ релятивистских электронов в поликристалле в направлении, противоположном скорости излучающего электрона и основанный на этом пике энергодисперсионный метод диагностики поликристаллов с высоким энергетическим и пространственным разрешением.

3. Выявленные особенности формирования выхода ПРИ релятивистских электронов в периодических средах в условиях преодоления электроном черенковского барьера, а также скользящего падения электронов на поверхность мишени в несимметричной геометрии дифракции и основанные на этих особенностях методы повышения интенсивности ПРИ.

4. Развитая теория процесса ПРИ вдоль скорости излучающего электрона в условиях сильного поглощения, многократного рассеяния и дифракционного выбывания фотонов тормозного фона из конуса излучения ПРИ и количественное объяснение неожиданных результатов первого успешного эксперимента по обнаружению ПРИ вперед.

5. Разработанный метод количественного описания процесса генерации рентгеновского излучения релятивистскими электронами, движущимися вдоль оси кристалла в режиме случайных столкновений с атомными цепочками, позволяющий учесть корреляции между последовательными столкновениями электрона с цепочками, а также интерференционный вклад переходного излучения, и обеспечивающий физическую интерпретацию данных выполненных измерений.

6. Теоретическое обоснование возможности радикального упрощения описания ПРИ в условиях сильного многократного рассеяния заменой неравновесного электромагнитного поля релятивистского электрона равновесным кулоновским, допустимой в области частот и энергий, в которой длина формирования тормозного излучения мала по сравнению с расстоянием, на котором угол рассеяния сравнивается с угловым масштабом равновесного поля.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы. Объем работы - 274 страницы, она включает в себя 54 рисунка. Список литературы состоит из 203 наименований.

Выводы к седьмой главе.

Результаты проведенных исследований позволяют сформулировать следующие физические выводы:

- Многократное рассеяние электронов, приводящее к расширению спектра КТИ в сторону меньших частот фотонов в обычных условиях излучения частиц с большими энергиями (сотни МэВ и более), обусловливает расширение спектра КТИ в сторону больших частот в области относительно малых энергий излучающих электронов (единицы и десятки МэВ).

Развитая теория объясняет имеющиеся данные измерений.

- Надбарьерная фракция пучка релятивистских электронов, движущихся в кристалле вдоль кристаллографической оси в режиме случайных столкновений с атомными цепочками, интенсивно излучает в рентгеновском диапазоне. Корректное описание процесса (в частности, описание эффекта подавления излучения вследствие насыщения угла когерентного рассеяния на цепочках) требует учета корреляций между последовательными столкновениями.

Развитая теория позволяет дать интерпретацию данных выполненного эксперимента.

Выход тормозного излучения релятивистских электронов в текстурированном поликристалле может значимо отличаться от практически совпадающих выходов излучения в аморфной мишени и в поликристалле без текстуры. Данное обстоятельство необходимо учитывать при нормировке выхода когерентного излучения в твердотельных мишенях на аморфный фон Бете-Гайтлера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Рассмотрены процессы рассеяния широкополосных расходящихся рентгеновских пучков в неупорядоченных и упорядоченных конденсированных средах. На основе полученных результатов предложены новые энергодисперсионные методы диагностики атомной структуры вещества:

-показана возможность устранения искажений искомой функции радиального распределения атомов, присущих принципиально методу Цернике-Принса определения ближнего порядка в расположении атомов среды, переходом от угловых измерений к спектральным при использовании широкополосного первичного рентгеновского излучения с известным спектром;

- разработана модель процесса рассеяния рентгеновского излучения в ультрамелкозернистой среде, показывающая возможность измерения среднего размера и формы зерна на основе сравнения измеренного и рассчитанного спектров коллимированного рассеянного излучения в широком диапазоне частот, включающем несколько брэгговских рефлексов;

-разработана модель процесса рассеяния излучения в мозаичном кристалле, показывающая пропорциональность измеряемой ориентационной зависимости выхода жестко коллимированного рентгеновского излучения, рассеянного в брэгговский рефлекс, функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации, и показана возможность создания нового метода диагностики мозаичности;

- эффективность предложенного метода определения двумерной функции распределения зерен мозаичного кристалла по углам ориентации была подтверждена экспериментально.

2. Разработаны теоретические основы модифицированного N энергодисперсионного метода диагностики атомной структуры вещества, основанного на замене первичного зондирующего потока свободных рентгеновских квантов на виртуальные фотоны кулоновского поля релятивистских электронов, пересекающих исследуемый образец. На основе полученных результатов дана количественная интерпретация проведенных экспериментов и предложен ряд конкретных схем диагностики частично упорядоченных сред:

-построена модель рассеяния кулоновского поля электронов в поликристаллах, на основе которой поставлены и интерпретированы количественно эксперименты по измерению межплоскостных расстояний в ряде веществ;

-установлены уникальные спектральные свойства потока фотонов, возникающих при рассеянии в поликристалле кулоновского поля быстрых электронов в направлении, противоположном скорости электрона, и разработан энергодисперсионный метод диагностики поликристаллов с высоким энергетическим разрешением;

-показана возможность создания нового энергодисперсионного метода определения функции радиального распределения атомов конденсированного вещества, основанного на механизме поляризационного тормозного излучения электронов в направлении строго назад, свободного от искажений искомой функции, присущих аналогичному методу Цернике-Принса;

-разработан новый метод определения размеров кластеров в мелкодисперсной среде, основанный на установленной в работе зависимости положения максимума в спектре малоуглового пика, возникающего в процессе поляризационного тормозного излучения релятивистских электронов в исследуемом образце, от размера кластера;

-созданная модель поляризационного тормозного излучения релятивистских электронов в поликристалле подтверждена экспериментами, выполненными на электронном пучке с энергией 7 МэВ;

3. Установлено существенное влияние дисперсии диэлектрической проницаемости материала периодической мишени в окрестности краев фотопоглощения на свойства параметрического рентгеновского излучения релятивистского электрона:

-показано резкое возрастание роли эффекта аномального поглощения на выход ПРИ в условиях преодоления электроном черенковского барьера, что обусловлено возможностью образования точной структуры стоячей волны вследствие совпадения дисперсии первичного черенковского и вторичного дифрагированного фотонов (в подбарьерной области эффект мал, поскольку первичный виртуальный фотон и дифрагированный фотон не могут образовать точную структуру стоячей волны вследствие различия законов дисперсии),

-выявлена возможность роста выхода рентгеновского черенковского излучения в слоистой периодической среде по сравнению с однородной средой за счет возникновения эффекта Бормана;

-показано, что запрет на излучение ПРИ в направлении скорости излучающего электрона, проявляющийся в геометрии рассеяния Брэгга за счет отрицательного знака групповой скорости, снимается в окрестности края фотопоглощения вследствие дисперсионного изменения групповой скорости.

4. Показано резкое влияние геометрии процесса излучения на характеристики ПРИ релятивистских электронов:

-исследовано ПРИ в условиях скользящего падения релятивистских электронов на поверхность кристалла при несимметричной дифракции и показана возможность резкого роста выхода ПРИ в рассматриваемом случае за счет увеличения эффективного пути электрона в поглощающей мишени, на котором генерируются фотоны, способные покинуть мишень;

-установлен длинный «хвост» в угловом распределении ПРИ в области малых углов ориентации скорости быстрого электрона относительно отражающей кристаллографической плоскости и показана возможность существенной монохроматизации брэгговских рефлексов в рассматриваемых условиях;

-теоретическое предсказание возможности увеличения выхода ПРИ в режиме скользящего падения электронов на поверхность мишени подтверждено экспериментально.

5. Исследованы процессы дифракции- и излучения фотонов рентгеновского излучения в ориентированных кристаллах, решетка которых возбуждена акустической волной:

-показано, что трансформация формы углового распределения ПРИ, происходящая под воздействием периодической модуляции решетки кристаллической мишени акустической волной, может привести к заплыванию характерного провала в угловом распределении ПРИ, и, как следствие, к наблюдаемому росту выхода коллимированного ПРИ;

-показано, что сходные причины могут обусловить наблюдаемый эффект усиления выхода рентгеновского излучения, отраженного от кристалла, возбужденного акустической волной;

-предложена модификация кристаллического ондулятора, основанная на излучении надбарьерных электронов в потенциале периодически изогнутых акустической волной атомных цепочек, обеспечивает получение фотонов когерентного тормозного излучения с весьма высокой интенсивностью, превышающей интенсивность обычного КТИ за счет возможности движения электрона параллельно оси изогнутой цепочки на конечных участках траектории;

-разработанные модели ПРИ и процесса рассеяния немонохроматических расходящихся рентгеновских пучков в кристалле с возбужденной акустической волной решеткой позволяют предложить возможные объяснения проведенных экспериментов.

6. На основе строгой кинетической модели исследовано влияние многократного рассеяния на характеристики ПРИ релятивистских электронов в кристалле и показано, что ввиду малости длины формирования ПРИ (вследствие больших углов излучения) по сравнению с длиной' формирования тормозного излучения, на которой происходит излучение фотона вдоль скорости электрона и восстановление его равновесного кулоновского поля, кристалл рассеивает прежде всего неравновесное поле, состоящее из неразделившихся свободных тормозных фотонов и виртуальных кулоновских фотонов. Развитый формализм позволил получить следующие результаты:

-неравновесное поле мало отличается от равновесного, если угол 1 рассеяния электрона на длине формирования тормозного излучения не превышает характерный угловой масштаб равновесного поля, поэтому характеристики рассеянных равновесного и неравновесного полей оказываются близкими и, как следствие, учет влияния многократного рассеяния излучающих электронов на ПРИ можно проводить в рамках простой модели усреднения сечения ПРИ, рассчитанного в приближении прямолинейной траектории электрона, по расширяющемуся пучку таких траекторий;

-влияние многократного рассеяния резко возрастает в случае превышения, угла рассеяния на длине формирования над характерным углом раствора виртуальных кулоновских фотонов (в неравновесном случае размер поля резко возрастает, поэтому интенсивность ПРИ существенно превышает аналогичную величину в равновесном случае) и распределение излученных фотонов ПРИ нельзя рассчитывать в этом случае по упрощенной схеме;

-показано, что в процессе ПРИ вдоль скорости излучающего электрона возникает конкуренция двух тенденций: проявления провала на фоне тормозного излучения вследствие дифракции тормозных квантов и появления пика ПРИ вперед;

-развитая теория позволяет объяснить наблюдавшуюся экспериментально при уменьшении брэгговской частоты аномальную смену провала на фоне тормозной подложки в области частот со > усо0 пиком в области частот о) < усо0 влиянием эффекта Тер-Микаэляна, подавляющего тормозной фон в области частот со < уо)0.

7. Изучены физические причины особенностей в измеренных спектрах когерентного тормозного излучения релятивистских электронов в ориентированных кристаллах:

-показано, что многократное рассеяние электронов, приводящее к расширению спектра КТИ в сторону меньших частот фотонов в обычных условиях излучения частиц с большими энергиями (сотни МэВ и более), обусловливает наблюдавшееся экспериментально расширение спектра КТИ в сторону больших частот в области относительно малых энергий излучающих электронов (единицы и десятки МэВ);

-установлено, что надбарьерная фракция пучка релятивистских электронов, движущихся в кристалле вдоль кристаллографической оси в режиме случайных столкновений с атомными цепочками, интенсивно излучает в рентгеновском диапазоне, что позволяет объяснить результаты эксперимента с учетом корреляций между последовательными столкновениями электрона с цепочками. Корректное описание процесса (в частности, описание эффекта подавления излучения вследствие насыщения угла когерентного рассеяния на цепочках) требует учета корреляций между последовательными столкновениями.

Совокупность результатов проведенных исследований существенно развивает направление в физике взаимодействия излучения с конденсированным веществом, заключающееся в изучении коллективных эффектов в процессах рассеяния виртуальных фотонов кулоновского поля быстрых электронов атомами среды и направленное на разработки приложений в областях диагностики атомной структуры вещества и создания эффективных источников квазимонохроматического рентгеновского излучения.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность научному консультанту доктору физико-математических наук H.H. Насонову за многочисленные обсуждения и помощь в работе, а также основным соавторам д.ф.-м.н. В.А. Астапенко, д.ф.-м.н. В.И. Сергеенко, к.ф.-м.н. A.C. Кубанкину и к.ф.-м.н. H.A. Гостищеву за многолетнее сотрудничество.

1. Зрелов В.П. Излучение Вавилова Черенкова и его применение в физике высоких энергий. М.: Атомиздат. 1968. 378 с.

2. Dolgoshein В. Transition radiatin detectors // Nucl. Instr. Meth., 1993. V. 326. P. 434.

3. Anthony P., Becker Srendy R., Bosted P. et al. Measurement of dielectric suppression of bremsstrahlung // Phys. Rev. Lett., 1996. V.76. P.3350.

4. Chehab R., Couchot F., Nyaiesh A. Study of a positron source generated by photons from relativistic channeled particles // Proceedings of the 1989 Particle Accelerator Conference. 1989. Chicago, USA. P.283 285.

5. Вайнштейн Б.К. Структурная электронография. M.: Изд во АН СССР. 1956.

6. Каули Д. Физика дифракции. М.:Мир. 1979. 437 с.

7. Шестопалов В.П. Дифракционная электроника. Харьков: Вища школа. 1976. 232 с.

8. Rullhusen P., Artru X., Dhez P. Novel radiation sources using relativistic electrons. Orld Scientific. Singapore. 1998.

9. Потылицын А.П., Рязанов М.И., Стриханов М.И., Тищенко А.А. Дифракционное излучение релятивистских электронов. Томск: Изд во Томского политехнического университета. 2008. 347 с.

10. Потылицын А.П. Излучение электронов в периодических структурах. Томск: Изд воНТЛ. 2008. 280 с.

11. Castellano М. A new поп intercepting beam size diagnostics using diffraction radiation from a slit // Nucl. Instr. Meth. A., 1997. V. 394. P. 275 280.

12. Korbly S.E., Brown W.J., Shapiro M.A. et al. Design of a Smith Parcell radiation bunch length diagnostics // Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference, 2001. P.2347 239.

13. Буймистров В.М., Трахтенберг Л.И. Сечение тормозного излучения при рассеянии электрона на атоме водорода // ЖЭТФ, 1975. Т.69. С. 108 114.

14. Зон Б.А. О тормозном эффекте при столкновении электронов с атомами //ЖЭТФ, 1977. Т.73. С.128 133.

15. Король A.B., Лялин А.Г., Соловьев A.B. Поляризационное тормозное излчение. СПб: Изд во СПбГПУ, 2004. 300 с.

16. Тер Микаэлян М.Л. Влияние среды на электромагнитные процессы при высоких энергиях. Ереван: Ид во АН АССР, 1969. 457 с.

17. Гарибян Г.М., ЯН ШИ. ' Квантовая микроскопическая теория излучения равномерно движущейся заряженной частицы в кристалле // ЖЭТФ, 1971. Т.61. С.930 943.

18. Барышевский В.Г., Феранчук И.Д. О переходном излучении гамма квантов в кристалле // ЖЭТФ, 1971. Т. 61. С. 944 -948.

19. Адищев Ю.А., Барышевский В.Г., Воробьев С.А., Данилов В.А., Пак С.Д., Потылицын А.П., Сафронов П.Ф., Феранчук И.Д., Черепица C.B. Экспериментальное обнаружение параметрического рентгеновского излучения // Письма в ЖЭТФ, 1985. Т.41. С. 295 297.

20. Baryshesky V.G., Feranchuk I.D., Uyanenkov A.P. .Parametric X ray Radiation. Springer, 2005, 167 p.

21. Nitta Н. Theoretical notes on parametric X ray radiation // Nucl. Instr. Meth. B, 1996. V.115.P. 401 -409.

22. Adishchev Yu,N., Kaplin V.V., Potylitsyn A.P., Uglov S.R., Vorobiev S.A., Babadzhanov R.D., Versilov .V.A. Influence of К absorption in (111) Ge crystal on the yield of parametric X rays. // Phys. Lett. A, 1990. V. 147. P.5 - 6.

23. Takashima, Y. Observation of monochromatic and tunable hard X radiation from stratified Si single crystals // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res, 1998. V. 145. P. 25 30.

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

25. Kaplin, V.V., Uglov S.R., Bulaev V.J., Pirstup M.A., Gary C.K. Tunable, monochromatic x rays using the internal beam of a betatron // Applied Physics Letters, 2002. V.80. P. 3427 3429.

26. Baryshevsky V.G. Parametric X ray radiation at small angle near the velocity direction of the relativistic particle // Nucl. Instr. Meth. B, 1997. V.122. P.13.

27. Kubankin A., Nasonov N., Sergienko V., Vnukov I. An investigation of the parametric X rays along the velocity of emitting particle // Nucl: Instr. Meth. B. 2003. V. 201. P. 97.

28. Авакян А.Л., Агинян M.A., Гарибян Г.М., ЯН ШИ. Исследование динамических максимумов рентгеновского излучения, возникающего при пролете частиц через монокристалл // ЖЭТФ, 1975. Т.68. С. 2038 2046.

29. Tucolou R., Bergevin Е., Roshchupkin D V. X ray Bragg diffraction of LiNb03 crystals excited by surface acoustic waves // Phys. Rev. В., 2001. V. 64. P. 134108

30. Mkrtchyan A.R., Gasparyan R.A., Gabrielyan R.G. Channelled position radiation in the hypersonic wave field // Phys. Lett. A, 1986. V.l 15. P.410 412.

31. Благов А.Е., Ковальчук М.В., Кон В.Г., Писаревский Ю.В. Динамическое изменение параметра решетки кристалла с помощью ультразвука в рентгенодифракционных экспериментах // Кристаллография, 2006. Т.51. С.779

32. Благов А.Е., Ковальчук, М.В. Кон В.Г., Лидер В.В., Писаревский Ю.В. Исследование возможностей управления рентгеновским пучком с помощью кристалла, подвергнутого длинноволновым ультразвуковым колебаниям. // ЖЭТФ, 2005. Т. 128. № 5. С. 893 903.

33. Шульга Н.Ф., Бойко В.В. Когерентный эффект при излучении релятивистских электронов поле изогнутых кристаллических плоскостей атомов // Письма в ЖЭТФ, 2006. Т.84. С.365 -368.

34. Мкртчян А.Р., Мкртчян А.Г., Асланян A.A., Мирзоян М.М. Исследование энергетических и угловых характеристик параметрического излучения электронов с энергией 855 МэВ в монокристаллах // Доклады HAH республики Армении. 2006. Т.106. С. 78 85.

35. Gogolev А.А, Popov Yu.A., Wagner A.R., Potylitsyn A.P. Activ quartz monochromator // Journ. Phys. Conf. Ser. 2010 V.236, P.012019.

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

37. Zernicke, F. and Prins, J.A., Die Beugung von Röntgenstrahlen in Flüssigkeiten als Effekt der Molekülanordnung // Z. Phys., 1927. V. 41 P. 184-195.

38. Дутчак Я.И. Рентгенография жидких металлов. Львов: Вища школа, 1977. 162 с.

39. Ватолин H.A., Пастухов Э.А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов. М.:Наука, 1980. 189 с.

40. Пастухов Э.А., Ватулин H.A., Лисин В.И. Дифракционные исследования высокотемпературных расплавов. Екатеринбург. Уро РАН, 2003. 353 с.

41. Гельчинский Г.С., АнчароваЛ.П., Анчаров А.И., Шатманов Т.Ш. Некоторые экспериментальные и численные методы исследования ближнего порядка. Фрунзе: Илим, 1987. 222 с.

42. Усов В.Ф., Ватолин Н.А., Гельчинский Б.Р. Межчастичное взаимодействие в жидком метле. М.: Наука, 1979. 196 с.

43. Фетисов Г.В. Синхротронное излучение. М.: Физматлит. 2007. 672 с.

44. Гуливец Н.И., Бобыль A.JL, Дедоборец В.И., Пелешенко Б.И. Функция распределения атомов макроскопически изотропных объектов в дифракционных исследованиях// Письма ЖТФ, 1997. Т.23. В.5. С.21-26.

45. Джеймс Р. Оптические принципы дифракции рентгеновских лучей. М.: ИЛ, 1950. 572 с.

46. Cattiçha Ellis S. Simultaneous reflections and the mosaic spread in a crystal plate // Acta Crystallography, 1969. V. 25. P. 666-673.

47. Prager P.R. Estimate of the contribution of multiple diffraction to observed intensities in single crystal X ray and neutron diffraction // Acta Crystallography, 1971. V. 27. P. 563 -569.

48. Rietveld H.M. Line profiles of neutron powder diffraction peaks for structure refinement//Acta Ciystallography, 1967. V.22. P. 151-152.

49. Rietveld H.M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures // J. Appl. Cryst. 1969. V.2. P.65-71.

50. Young R.A. (Editor) The Rietveld Metod. Oxford University Press. 1995. 312p.

51. Lindgren I., Morison J. Atomic any Body Problem. Berlin: Sprnger, 1986. 234 p.

52. Amusia M, Ivanov V., Chernyshova L. Photoionization cross section of 4dl0 Xe, Cs and Ba subshells with account of electron shell rearrangement // Phys . Lett. A. 1976. V.59. P.191 193.

53. Korol A., Lyalin A., Solov'ev A. Theoretical treatment of bremsstrahlung spectra in the vicinity of giant atomic resonances: application to Ba. // J.Phys. B. 1995. V.28. P. L155 L160.

54. Korol A., Lyalin A., Solov'ev A. Electron bremsstrahlung spectra on La near the 4d threshold // J.Phys. В., 1996. V.29. P. L611 -L619.

55. Henke B.L., Gullikson E.M., Davis J.C. X Ray Interactions: Photoabsorption, Scattering, Transmission, and Reflection at E = 50 30,000 eV, Z = 1 - 92. // Atomic Data and Nuclear Data Tables, 1993. V. 54. № 2. P.181 - 342.

56. Амусья М.Я., Король A.B., Кучиев М.Ю., Соловьев A.B. Тормозное излучение релятивистских частиц с учетом динамической поляризуемости атома мишени//ЖЭТФ, 1985 Т.88 С. 383 389.

57. Астапенко В.А., Буймистров В.М., Кротов Ю.А., Михайлов JI.K., Трахтенберг Л.И. Динамическое тормозное излучение релятивистской заряженной частицы на атоме //ЖЭТФ, 1985. Т.88. С. 1560 1569.

58. Король A.B., Лялин А.Г., Оболенский О.И., Соловьев A.B., Соловьев И.А. Релятивистское описание поляризационного механизма процесса упругого тормозного излучения // ЖЭТФ, 2002. Т. 121. С. 819 837.

59. Kramers H., Heisenberg W. Über die Streuung von Strahlung durch Atome // Z. Phys., 1925. V.31. P. 681 708.

60. Sugiura Y. Sur le nombre des électrons de dispersion pour les spectres continus et pour les spectres de séries de l'hydrogène // Journ. De Phys., 1927. V.8.P.113

61. Henck R., Coche A. Détermination des spectres de fluorescence des scintillateurs gazeux excités par un rayonnement a de faible intensité // Annal, de Phys., 1963. V. 24. P. 166.

62. Borrmann G. Vierfachbrechung der Röntgenstrahlen durch das ideale Kristallgitter//Z. Phys., 1955. V.42. P. 67 68.

63. Гарибян Г.М., ЯН ШИ. Рентгеновское переходное излучение. Ереван, Изд. АН Арм. ССР, 1983. 320 с.

64. Nasonov N. On the effect of anomalous photoabsorption in the parametric X rays. // Phys. Lett. A, 2001. V. 173. P146. * ■ ■. ■68;, Базылев В.А., Жеваго H.K. Излучение быстрых частиц в веществе и внешних полях. М.: Наука. 1987. 72 с.

65. Пинскер З.Г. Динамическое рассеяние рентгеновских лучей идеальными кристаллами. М.:Наука. 1974. 348 с.

66. Базылев В.А., Глебов В.И., Денисов Э.И. и др. // Письма в ЖЭТФ, 1976. Т.24. С.406 409.

67. Knulst W., van der Wiel M., Luiten О. Verhoeven J. Observationof narrow band Si L edge Cherenkov radiation generated by 5 MeV electrons // Appl. Phys. Lett. 2001. V.79. P. 2999-3003.

68. Knulst W., van der Wiel M., Luiten O., Verhoeven J. High brightness, narrow band compact X ray Cherenkov source based on the Cherenkov radiation // Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 2004. V.5196 P.393 - 397.

69. Knulst W., van der Wiel M., Luiten O., Verhoeven J. High brightness, narrow band compact X ray Cherenkov sources in the water window // Appl. Phys. Lett. 2004. V.83 P. 1050 -1054.

70. Knulst W. Soft X ray Cherenkov radiation: PhD Thesis. Technic University, Eindhoven. 2004.

71. Аракелян B.A., Гарибян Г.М. Решение задачи о генерации, излучения движущимся зарядом в стопке пластин методом построения из более элементарных полей. // Изв. АН Арм ССР, Физика, 1969. Т. 4. С. 339 351.

72. Fox G.W., Cork J.M. The regular reflection of x rays from quartz crystals oscillating piezoelectrically //Phys. Rev, 1931. V.38. P.1420 - 1423.

73. Nishikawa S., Y. Sakisaka Y., Sumoto I. // Proc. Phys. Math. Soc. Japan. * * 1934. V. 25. P^O.

74. Fox G.W., Freser W.A. X ray extinction in piezoelectrically oscillating crystals // Phys. Rev. 1935. V. 47. P.899 - 902.

75. Haruta K. Intensity of X rays diffracted from an elastically vibrating single crystal plate // Apll. Phys., 1967. Y.38. P. 3312.

76. Klein A.G., Prager P., Wagenfeld Y., Ellis P.J., Sabine N.V. Diffraction of neutrons and x- rays by a vibrating quartz crystal // Appl. Phys. Lett., 1967. V.10. P.293.

77. Kato N. // J. Phys. Soc. Japan. 1963. V.15. P. 1355.

78. Takagi S.S. Dynamical theory of diffraction applicable to crystals with any kind of small distortion // Acta Cryst., 1962. V.15. P.1311.

79. Слободский И.Ш., Чуховский Ф. H. Инденбом В Л. Дифракция рентгеновских лучей в условиях пространственно неоднородной динамической задачи. // Письма в ЖЭТФ, 1986. Т.8. С.90.

80. Ассур К.П., Энтин И.Р. Влияние ультразвуковых колебаний на динами ческую дифракцию рентгеновских лучей в геометрии Брэгга. // ФТТ, 1982. Т.24. С.2122 2129.

81. Gabrielyan R.G., Mkrtchyan A.R., Aslanyan А.А., Kotandyan Kh.V. On the theory of X ray diffraction in oscillating piezocrystals. // Phys. Stat. Sol., 1985. V.92.P.361 -368.

82. Благов A.E., Ковальчук M.B., Писаревский Ю.В., Просеков П.А. // Тезисы докладов РСНЭ 07, 12 - 17 ноября 2007 ИК РАН Москва, с. 443.

83. Mkrtchyan A.R., Aslanyan Н.А., Mkrtchian А.Н., Gasparian R.H., Garibian G.M., Avakian R.H., Taroyan S.P., Avetisyan A. E. Experimental observation of quasi Cerenkov radiation amplification by external fields. // Phys.Lett. A, 1991. V.152. P.297 299.

84. Каплин B.B., Плотников C.B., Воробьев C.A. // ЖТФ, 1980. Т. 50 С.1079-1081.

85. Korol A.V., Solov'ev A.V., Greiner W. Photon, emission by an ultra relativistic particle channeling in a periodically bent crystal // Journ. Modern. Phys. E, 1999. V. 8. P. 49 100.

86. Korol A.V., Solov'ev A.V., Greiner W. Total energy losses due to the radiation in an acoustically based undulator: the undulator and the channeling radiation included // Journ. Modern. Phys. E. 2000. V. 9. P. 75 105.

87. Avakian R.O., Gevorgyan L.A., Ispirian K.A., Ispirian R.K. Spontaneous and stimulated radiation of particles in crystalline and nanotube undulators. // Nucl. Instr. Meth. B, 2001. V. 173. P. 112 120.

88. Mkrtchyan A.R., Gasparyan R.A., Gabrielyan R.G. Channelled position radiation in the hypersonic wave field. // Phys. Lett. A. 1986. V. 115. P. 410 412.

89. Baryshevsky V.G., Dubovskaya I.Ya., Grubich A.O. Generation of у quanta by channeled particles in the presence of a variable external field. // Phys. Lett. A, 1980. V. 77. P. 61 - 64.

90. Гольдман И.И. Эффекты интенсивности в комптоновском рассеянии. // ЖЭТФ.-1964. Т.46. Р.1412 1417.

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

92. Watson J., Koehler J. Coherent bremsstrahlung and channeling radiation from electrons of one to three MeV in silicon and gold. // Phys. Rev. В 1982. V. 25. Pi 3079 3090.

93. Ласкин H.B., Мазманишвили A.C, Насонов H.H., Шульга Н.Ф. К теории излучения релятивистскими частицами в аморфных и кристаллических телах //ЖЭТФ. 1985. Т.89. С. 763 780.

94. Pedersen О., Andersen J., Bonderup Е. Coherence lengths for emission of classical channeling radiation. //Nucl. Instr. Meth. B. 1986. V. 13. P. 27-31.

95. Насонов H.H., Жукова П.Н. Энергодисперсионный аналог метода Цернике Принса определения функции радиального распределения атомов // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. С. 77 81.

96. Жукова П.Н. Способ определения мозаичности кристалла: пат. № 2376587 Рос. Федерация. 20.12.2009, заявка № 2008134812.

97. Жукова П.Н., Кубанкин А.С., Ладных М.С., Насонов Н.Н. Определение функции и распределения микроблоков' мозаичного кристалла по углам ориентации на основе рассеяния синхротронного излучения // Изв. РАН, Сер. Физическая. 2011. Т.75. С. 249 251.

98. Астапенко В.А. Поляризационные и интерференционные эффекты в излучательных процессах. М.:Едиториал УРСС, 2003. 176 с.

99. Ахиезер А.И. Пелетминский С.В. Методы статистической физики. М.: Наука, 1977. 368 с.

100. Young R., Prince Е., Sparks R. Suggested guidelines for the publications of Rieeld analyses // Appl. Cryst. 1982. V.15. P.357 359.

101. Young R., Wiles D. Profile shape function in Rietveld refinements // J. Apl. Cryst. 1982. V. 15. P. 430 438.

102. Helliwell R, Helliwell M., Jones R. Ab initio structure determination using dispersive differences from multiple wavelength synchrotron radiation powder diffraction data // Acta Cryst. A. 2005. V.61. P. 568 574.

103. Clarck S. Thirty years of energy dispersive powder diffraction // Crystallography Reviews. 2002. V.8. P. 57 92.

104. Buras В., Staun Olsen J., Gerward L., Will G., Hinze E. X ray energy dispersive diffractometry // J.Appl. Cryst. 1977. V.10. P. 431 - 438.

105. Асланов Л.А., Фетисов Г.АВ., Лактионов А.В. и др. Прецизионный рентгенодифракционный эксперимент. М.: Изд. МГУ. 1989. 220 с.

106. Ginier A., Fournet G. Small angle scattering of X rays.W N.Y.: Wiley. 1965.

107. SturmannH. In : Small -angle X ray scattering . Ed. Glatter O. London: Acad. Press. 1982. P.197 218.

108. Волков Л.В., Мастрюков B.C., Садова Н.И. Определение геометрического строения свободных молекул. Ленинрад: Химия. 1978.

109. Свергун Д.И., Фейгин Л.А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. М.: Наука. 1986.

110. Чжан Ш. Многовлновая дифракция рентгеновских лучей1 в кристаллах. М.: Мир. 1987.

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

112. Astapenko V., Nasonov N., Zhukova P. Anomalous peak in the spectrum f polarizational bremsstrahlung from relativistic electrons moving through solid target // Journal of Physics B: Atomic, Molecular & Optical Physics. 2007. V. 40. P. 1 10.

113. Astapenko V., Khablo V., Kubankin A., Nasonov N., Pokhil G., Polyansky V., Sergienko V., Zhukova P. Polarization bremsstrahlung from relativistic electrons for medium structure diagnostics // SPIE. 2007. 6634. art. no 6634072.

114. Gostishchev N., Nasonov N., Zhukova P. Anomalous density effect in polarization bremsstrahlung from relativistic electrons moving through a soiiH target // SPIE. 2007. 6634. art. no 66340C.

115. Гостищев H.А., Насонов H.H., Жукова П.Н: О вкладе переходного излучения в формирование выхода поляризационного тормозного излучения релятивистских электронов из поликристалла // Поверхность, 2008. №4. С. 1-5.

116. Астапенко В.А., Гостищев Н.А., Жукова П.Н., Кубанкин А.С., Насонов Н.Н., Сергиенко В.И., Хабло В.А. Модификация EDXD метода диагностики поликристаллических и мелкозернистых сред // Известия РАН. Серия Физическая. 2008. №6. С. 926-929.

117. Жукова П.Н., Кубанкин А.С., Насонов Н.Н., Сергиенко В.И. Модификация EDXD метода диагностики структурированных сред // Заводская лаборатория. 2008. №10. С. 32 38.

118. Nasonov N., Zhukova P. Polarization bremsstrahlung study of short range order in solids // Phys. Lett. A. 2009. V. 374. P. 343 - 345.

119. Nasonov N., Zhukova P., Sergienko V. Polarization bremsstrahlung in a backward direction for medium structure diagnostics // Journal of Physics. Conference Series, 2010. V.236. P.012017.

120. Жукова П.Н. Определение размеров зерен в ультрамелкодисперсной среде: пат. №2386582 Рос. Федерация. 20.04.2010, заявка №2008125869.

121. Цытович В.Н. Поляризационное тормозное излучение при далеких столкновениях. В кн. Поляризационное тормозное излучение частиц и атомов. Под ред. Цытовича В.Н. и Ойрингеля И.М. М.: Наука, 1987.

122. Feranchuk I.D., Ivashin A.V. Theoretical investigation of the parametric X -ray features // J.Physique, 1985. V.46. P.1981 1986.

123. Гарибян Г.М. К теории переходного излучения и ионизационных потерь энергии частицы //ЖЭТФ. 1959. Т. 37. С. 527.

124. Kamyshanchenko N.V, Nasonov N.N., Pokhil G.P. Suppression of density effect in the polarization bremsstrahlung from relativistic charged particle crossing a thin target // Nucl. Instr. Meth. B. 2001. V. 268. P. 195.

125. Лобко, А.С. Экспериментальные исследования параметрического рентгеновского излучения //Мн.: БГУ. 2006. 201с.

126. Brenzinger, К. Н., Herberg С., Limburg В. et al. Investigation of the production mechanism of parametric X ray radiation // Z. Phys. A, 1997. V.358. P.107-114.

127. Brenzinger, К. H., Limburg В., Backe H., Dambach S., Euteneuer H., Hagenbuck F., Herberg C., Kaiser K.H., Ketting O., Kube G. How narrow is the linewidth of parametric X ray radiation // Phys. Rev. Lett., 1997. V.13! P.2462-2465.

128. Caticha A. Quantum theory of the dynamical Cerenkov emission of X rays // Phys. Rev.B, 1992. V.45. P. 9541 - 9550.

129. Baryshevsky V., Feranchuk I., Grubich O., Ivashin A. Theoretical interpretation of parametric X ray spectra // Nucl. Instr. Meth. A, 1986. V. 249. P.306-319.

130. Насонов H.H., Сафронов А.Г. О поляризационном тормозном излучении релятивистского заряда в конденсированном веществе. // ЖТФ, 1992. Т.62.1. B.10. С.1-15.

131. Nasonov N.N., Noskov A.V. On the parametric X rays along an emitting particle velocity // Nucl. Instr. Meth. B, 2003. V.201. P.67-77.

132. Nasonov N., Zhukova P. Anomalous photoabsorption in the parametric X -rays in conditions of Cherenkov effect // Phys. Lett. A. 2005. V. 346. P. 367 370.

133. Nasonov N., Zhukova P., Hubbell J. Parametric X -rays along the velocity direction of an emitting particle under conditions of the Cherenkov effect // Rad. Phys. Chem., 2006. V. 75. P. 923-926.

134. Kubankin A., Likhachev V., Nasonov N., Rakitjansky A., Zhukova P., Cherenkov effect and parametric X rays // Nucl. Instr. Meth. B, 2006. V.252. P.124-130.

135. Nasonov N., Zhukova P., Hubbell J. Anomalous properties of quasi Cherenkov radiation for Bragg scattering geometry // Nucl. Instr. Meth. A, 2007. V.580. P. 29-32.

136. Базылев B.A., Глебов В.И., Денисов Э.И., Жеваго Н.К., Хлебников А.С., Циноев В.Г., Чертов Ю.П., Шраменко Б.И. Наблюдение черенковского излучения с энергией фотонов 284 эВ. // Письма в ЖЭТФ, 1981. Т.34.1. C.103 129.

137. Колпаков А.В. Эффект Вавилова Черенкова в рентгеновском диапазоне длин волн. //ЯФ, 1972. Т. 16. С. 1003-1006.

138. Федоров В.В., Смирнов А.И. // Письма в ЖЭТФ, 1976. Т.23. С. 4-36.

139. Hasnain S., Kamitsubo H., Mils D. New synchrotron radiation sources and the next-generation light sources // Synchrotron Rad., 2001. V.6. P.852-864.

140. Gruner S. Synchrotron radiation and detectors. // Trans. Americ. Cryst. Assoc., 2000. V.34. P.ll-25.

141. Murphy J. Energy recovery linac light sources: an overview // Proc. of the 2003 Particle Accelerator Conference. 2003. P.176-180.

142. Neil G. Industrial application of the Jeferson Lab. High power free electron laser//Nucl. Instr. Meth. B, 1998. V.14. P.40-49.

143. Nasonov N., Zhukova P., Piestrup M., Park H. Grazing incidence parametric X ray emission //Nucl. Instr. Meth. B, 2006. V. 251. P. 96-98.

144. Lobko A. Nasonov N., Park H., Piestrup M., Zhukova P. Enhanced parametric X ray emission from grazing incident electrons // SPIE. 2007. 6634. art. no 663417.

145. Nasonov N., Zhukova P., Rakitjansky A. Peculiarities in the emission from relativistic electrons moving in a polycrystalline target // Nucl. Instr. Meth. B, 2008. V. 266. P. 3748 3752.

146. Baryshevsky V., Feranchuk I. Parametric X -ray from ultrarelativistic electrons in crystal // J. Physique, 1983. V. 44. P. 913-933.

147. Potylitsyn A.P., Verzilov V.A. Parametric X rays and transition diffracted radiation in crystal stacks // Phys. Lett. A, 1995. V.209. P.380-384.

148. Nasonov N. Collective effects in the polarization bremsstrahlung from relativistic electrons //Nucl. Instr. Meth. B, 1998. V.145. P.19-24.

149. Nasonov N.N., Safronov A.G. Polarization bremsstrahlung of fast chargedparticles' in crystals // Proc. RREPS 93, Tomsk. Nuclear phys. Institute. Tomskpolytechnic university, 1993. P.134-141.

150. Freudenberger J.,Genz H., Morokhovskii V.V., Richter A., Sellschop J.P.F. Parametric X ray observed under Bragg condition: Boost intensity by a factor of two. // Phys.Rev.Lett., 2000. V.84. P.270-273.

151. Caticha A. Transition diffracted radiation and the Cerenkov emission of X-rays // Phys. Rev.A . 1989. V. 40. P. 4322 4329.

152. Artru H., Rullhusen P. Parametric X rays and diffracted radiation in perfect and mosai crystals //Nucl.Instr. Meth. B, 1998. V.45. P. 1-7.

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

154. Morokhovsky V.V., J. Freudenberger, Genz H. et al Theoretical description and experimental detection of the interference between parametric X rays and coherent bremsstrahlung // Phys. Rev. B, 2000. V.61. P. 3348 -3352.

155. Y.Adishchev, S.Arichev, A.Vnukov, A.Vukolov, A.Potylitsyn, S.Kuznetsov, V.Zabaev B.Kalinin, V.Kaplin, S.Uglov, A.Kubankin. N.Nasonov. Angular distribution of X ray radiation by 500 MeV electrons in a tungsten crystal. // NIMB, 2003. V.201. P. 114-122.

156. Saharian A. A., Mkrtchyan A. R., Parazian V. V., Grigoryan L. Sh. On the influence of acoustic waves on coherent bremsstrahlung in crystals // Mod.Phys.Lett. A, 2004. V.19. P. 99 110.

157. Mkrtchyan A. R., Gasparyan R.A., Gabrielyan R.G. Channelled position radiation in the hypersonic wave field. // Phys.Lett. A, 1986. V.l 15. P. 410 412.

158. Mkrtchyan A. R., Gasparyan R.A., Gabrielyan R.G. Radiation from channeled positrons in a hypersonic wave field. // Zh.Eksp.Teor.Fiz., 1987. V.66. P. 248-251.

159. Korol A.V., Solov'ev A.V., Greiner W. Channeling of positrons through periodically bent crystals: on the feasibility of crystalline undulator and gamma -laser. // Int. Journ. Mod. Phys. E. 2004. V. 13. P. 867 916.

160. Krause W., Korol A., Solov'ev A., Greiner W. Photon emission by ultra relativistic positrons in crystalline undulators: the high energy regime. // Nucl. Instr. Meth. A, 2001. V. 483. P. 455 460.

161. Baryshevsky V., Polikarpov I. Parametric X ray emission by crystals irradiated by an ultrasound wave // Zh.Eksp.Teor.Fiz., 1988. V.94. P. 109 - 117.

162. Baryshevsky V., Polikarpov I. Parametric X rays in crystals subjected to the resonant action of ultrasonic waves. // Phys. Lett. A, 1989. V. 140. P. 205 - 208.

163. Polikarpov I., Skadorov V. X ray Bragg dynamical diffraction in crystals weakly deformed by ultrasonic waves. // Phys.Stat. Sol. B, 1988. V.149. P.l 1-17.

164. Барышевский В.Г., Поликарпов И.В. // Вестник БГУ. 1989. С. 8 11.

165. Mktrchyan A.R. Sakharyan A.A., Grigoryan L., Khachatuiyan V.B On the theory of coherent pair production in crystals in the presence of acoustic waves. // Mod. Phys. Lett. A, 2002. V.17. P.2571-2580.

166. Mktrchyan A.R. Sakharyan A.A., Grigoryan L., Parazyan V.V. Photoproduction of electron positron pairs at presence of hypersonic oscillations // First International Congress of Armenian Physicists, 11-15 September, 2005. Yerevan, Armenia.

167. Левонян Л.В. Дифракционная фокусировка рентгеновских лучей // Письма в ЖТФ, 1981. Т.7. С. 238-241.

168. Чуховский Ф.П. Динамическое рассеяние рентгеновских лучей на " кристалле, изогнутом в плоскости волнового фронта // Кристаллография,1974. Т. 19. С.482-488.

169. Чуховский Ф.П, Петрашень П:В. Динамическая фокусировка рентгеновских лучей в упруго изогнутых кристаллах // ДАН СССР, 1976. Т.228. С.1087-1090.

170. Мкртчян А.Р., Навасардян А.В., Габриэлян Г.А. Полнле зеркальное отражение излучения ангстремных длин волн на ультразвуковой сверхрешетке в Лауэ геометрии. // Письма в ЖТФ, 1983. Т. 9. С. 1181 1184

171. Жукова П.Н., Ладных М.С., Мкртчян А.Г., Мкртчян А.Р., Насонов Н.Н. О влиянии акустической волны на параметрическое рентгеновское излучение релятивистских электронов в кристалле // ПЖТФ, 2010. Т.36. С.29-37.

172. Aslanyan A.A., Khachaturyan G.K, Kubankin A.S., Mkrtchyan A.G., Mkrtchyan A.R., Nasonov N.N., Zhukova P.N. Modified scheme of crystalline undulator // Modern Physics Letters, 2010. V. 24. P. 2861-2868.

173. Барышевский В.Г., Грубич A.O., Ле Тьен Хай. Влияние многократного рассеяния на параметрическое рентгеновское излучение // ЖЭТФ, 1998. Т.94. С.51-66.

174. Backe Н., Kube G., Lauth W. On the line shape of backward emitted parametric X radiation // NATO Science Series, Electron photon interaction in dense media, Ed. H.Wiedemann. Kluwer Academic Publ., 2002. P. 153 181.

175. Бакланов Д.А., Балдин A.H., Внуков И.Е., Нечаенко Д.А., ШатохинР.А. Соотношение вкладов дифрагированного тормозного и параметрического излучения в совершенных кристаллах // Вестник ХНУ. Серия физическая, 2007. Т.763. С. 41-56.

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

177. Krasil'nikov V.V., Nasonov N.N., Zhukova P.N. Relative contribution of real and virtual photon diffraction to the parametric X ray yield // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 2005. V. 227. P.55-62.

178. Likhachev V., Nasonov N., Tulinov A., Zhukova P. On the parametric X rays along the velocity of an emitting particle // Вестник Воронежского государственного университета, 2005. №2. С.98-103

179. Nasonov N., Zhukova P. Peculiarities in the Low Energy Range of the Bremsstrahlung Spectrum // Rad. Phys. Chem, 2006. V. 75. P. 1409-1429.

180. Ландау Л.Д., Померанчук И.Я. Пределы применимости теории тормозного излучения и образования пар при высоких энергиях //ДАН СССР, 1953. Т 92. С.535.

181. Ландау Л.Д., Померанчук И.Я. Электронно лавинные процессы при высоких энергиях// ДАН СССР, 1953. Т. 92. С.735.

182. Мигдал А.Б. Влияние многократного рассеяния на тормозное излучение при высоких энергиях // ДАН СССР, 1954. Т.96. С.49.

183. Тер Микаэлян М. Л. // ДАН СССР, 1954. Т.94. С. 1033.

184. Васке Н., Ау С., Glawiter N. at al Diffracted transition radiation and parametric X rays from a thin crystal // Proc. Int. Symp. on channeling, bent crystals, radiation processes. J.W.Goehte Universiy, Frankfurt am Main. 2003. P. 41.

185. Nasonov N.N. Pokhil G.P., Voronov V.P., Zhukova P.N. X ray coherent bremsstrahlung by low energy electrons // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 1998. V. 145. P. 150-154.

186. Kubankin A.S., Nasonov N.N., Zhukova P.N. Spectrum of collimated X rays emitted from relativistic electrons crossing an aligned crystal // Physics Letters A, 2003. V. 317. P.495-500.

187. Nasonov N.N., Pokhil G.P., Zhukova P.N. Peculiarities in the spectrum of coherent emission from relativistic electrons crossing a thin aligned crystal // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 2005. V. 227. P. 121-136.

188. Насонов H.H., Жукова П.Н. Особенности тормозного излучения релятивистских электронов в твердотельных мишенях // Письма ЖЭТФ, 2007. Т. 86. С. 236 238.