Резонаторы, концентраторы и мультилинзы для рентгеновского и вакуумного ультрафиолетового излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи УДК 539.26:621.386.8

Чуриков Виктор Анатольевич

РЕЗОНАТОРЫ, КОНЦЕНТРАТОРЫ И МУЛЬТИЛИНЗЫ ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО И ВАКУУМНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

01.04.05 -Оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск -2004

Работа выполнена на кафедре Квантовой электроники и фотоники Томского государственного университета

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук,

доцент

Б. Н. Пойзнер

Научный консультант:

доктор физико-математических наук,

профессор

В. Г. Багров

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

В. Ф. Тарасенко

кандидат технических наук, доцент

С. П. Вавилов

Ведущая организация: Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых веществ РАН, Черноголовка, Московской обл.

Защита состоится 10 марта 2005 г. в 1430 часов

на заседании диссертационного совета Д.212.267.04 в Томском государственном университете по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина 36, главный корпус, ауд. 119.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан "¿V " ~»<rcJ 200 J г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, доцент

Б. Н Пойзнер

2144/6?-

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Рентгеновская оптика имеет важное прикладное значение для многих областей техники, технологии и в различных направлениях науки: в физике, кристаллографии, химии, биологии, медицины, астрономии и т. д. Широко ведутся как теоретические, так и экспериментальные исследования часть из которых имеют фундаментальное значение. Развитие рентгеновской оптики актуально, для следующих областей:

1. Разработка и совершенствование различных источников рентгеновского излучения: рентгеновских трубок, лазерной плазмы, лайнеров, синхротронов, ондуляторов и др.;

2. Получение и использование синхротронного и ондуляторного излучения рентгеновского диапазона;

3. Разработка источников когерентного рентгеновского излучения (рентгеновских лазеров), таких как плазменные лазеры, лазеры на свободных электронах и другие;

4. Развитие рентгеноскопии, для исследования структуры материалов и выявления дефектов;

5. Разработка и совершенствование рентгеновской литографии;

6. Создание и совершенствование рентгеновских микроскопов и рентгеновской микроскопии',

7. Создание и совершенствование рентгеновских телескопов, и дальнейшее развитие рентгеновской астрономии,

8. Созд ание и развитие рентгеновской голографии;

9. Различные разновидности рентгеновской спектроскопии,

10. Исследование поверхности материалов с помощью рентгеновского излучения исходящего от исследуемой поверхности;

11. Исследование микроструктуры веществ с помощью разных методов рент-геноструктурного анализа;

12. Рентгеновская топография, как способ изучения дефектов в кристаллах с помощью дифракции рентгеновских лучей;

13 Исследование тонких пленок с помощью рентгеновского излучения;

14. Рентгеновская рефрактометрия;

15. Рентгеновская томография,

16. Монохроматоры для рентгеновских лучей,

Цели и решаемые задачи Исследование и разработка рентгенооптических систем преломляющей рентгеновской оптики, а именно мультишементной преломляющей оптики.

Разработка рентгенооптических приборов на основе оптики скользящего падения - рентгеновских концентраторов и рентгеновских резонаторов

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались теоретические методы исследования: аналитические выводы и численные оценки. Расчёты рентгенооптических систем проводились на основе электродинамики сплошных срсд: методы геометрической оптики, модифицированные для рентге-

РОС 1з' 1

гооб Р-

' Л,1|ЬНАЙ I X А

новского излучения, методы оптики скользящего падения, в частности, методы, разработанные А. В. Виноградовым и др.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Концентрическое расположение N кольцевых микролинз повышает плотность потока собираемого в их общем фокусе излучения в Л'2 раз, а апертуру такой системы - приблизительно в 2N раз по сравнению с отдельной сферической микролинзой с тем же радиусом кривизны Я.

Для рентгеновского и нейтронного излучения радиусы кривизны микролинз, составляющих указанную систему, лежат в пределах Я = 0,01 -• 0,0001 см, а характерные фокусные расстояния - в пределах/= 0,1 ^ 10 см.

2. Для рентгеновского излучения с длинами волн Л = 30 Л для создания систем микролинз наилучшими являются материалы, состоящие из химических элементов с зарядами ядер Ъ = 1 - 6 с возможными примесями из лёгких элементов с Ъ > 6.

В области длин волн Л = 100 - 1000 А для различных металлических и диэлектрических материалов наилучшей является толщина микролинзы, близкая к

1000 А.

Для нейтронного излучения с длинами волн Я = 1 + 30 А для создания систем микролинз наилучшими являются материалы с максимальной концентрацией рабочего изотопа.

3. В системах концентрически расположенных кольцевых микролинз с общим фокусом имеют место специфические аберрации. К последним относятся:

а. "Разброс фокусов микролинз" в системе микролинз, возникающий вследствие несовпадения их фокусов, что приводит к хаотическому размыванию изображения, получаемого системой микролинз;

б. "Кольцевые фокусы", возникающие вследствие рассогласования значений корректирующих углов микропризм и радиусов кривизны кольцевых микролинз в системе микролинз. Вследствие этого изображение точки имеет форму замкнутой линии, близкой к кольцу;

в. "Угловые аберрации", которые появляются при построении изображений в системе микролинз, снабженных корректирующими микропризмами, из-за поворота последними проходящих через них потоков излучения на малые углы а„. В результате отдельные микролинзы формируют изображения, расположенные под различными углами друг относительно друга

4. Замыкание рентгеновского излучения, распространяющегося путём многократных отражений под углами скольжения 9 < вс = 425 вдоль вогнутых криволинейных поверхностей, образующих резонатор, формирует пучок лазерного рентгеновского излучения с типом симметрии, определяемым свойствами симметрии отражателей резонатора (вс - критический угол скольжения, 6 - декремент преломления материала поверхности).

5. Плазменный источник рентгеновского излучения с характерным размером р в сочетании с отражателем, образованным совокупностью зеркал, плотно покрывающих полусферу, причем каждое из них, в свою очередь, состоит из совокупности вложенных отражающих поверхностей, близких к полусферам с харак-

терными размерами »р, концентрирует рентгеновское излучение в объёме с размерами порядка р.

б. Минимальный продольный размер устройств, использующих оптику скользящего падения и работающих в режиме распространения волн (например, рентгеновских) вдоль вогнутых поверхностей путем многократных отражений под углами скольжения в <вс -428, равен Ш, где Ы- число отражений волн, Я - длина волны, вс - критический угол скольжения, д - декремент преломления материала поверхности

Достоверность полученных результатов. Достоверность защищаемых положений и других результатов диссертационной работы, с одной стороны, находят своё подтверждение в аналитических выводах, основанных на геометрической оптике применительно к рентгеновскому диапазону и конкретных численных расчетах С другой стороны, эксперименты, проведённые другими авторами по частично пересекающейся тематике и опубликованные в печати, находятся в хорошем качественном и количественном согласии с полученными выводами и также подтверждают полученные результаты.

1. Правомерность первого защищаемого положения подтверждается аналитическими выводами, численными расчётами, при которых использовались те же приближения, что и у других авторов. Кроме того, достоверность полученных результатов по мультилинзам и мультипризмам подкрепляется экспериментами, проведёнными с рентгеновскими микролинзами и с продольными системами микролинз - составными рентгеновскими линзами (А. Зтргеу, V. Кокп а! а1. (1996-1998), Р. ЕИеаите (1998), Ю. И Дудчик, Я Я. Копъчгвский Ш а1 (1998), В Е. Асадчиков, А В. Виноградов и др. (2001), Л. Г. Шабельников, Р Э. Александрович и др (2002)) Эксперименты по прохождению рентгеновских лучей через алмазные микропризмы (А. Г. Туръянский, Р А. Пиршин, и др. (2001)) и алмазные бипризмы {Л. Г. Шабельников, И А. Щёлоков и др (2002)) также подтверждают результаты, касающиеся микропризм в мультилнзах и мультипризмах

Возможность создания мультилинз и мультипризм подтверждается технологиями, на основе которых созданы рентгеновские зонные пластинки (.V М Сефо (1981)), и особенно- рентгеновские киноформные линзы (В.В.Аристов,

A. И. Ерко (1991)) Последние имеют геометрию и характерные размеры, аналогичные характеристикам мультилинз и мультипризм. О возможности создания мультилинз и мультипризм также свидетельствуют технологии изготовления составных рентгеновских линз (4. Я. Артемьев, А. А. Снигирёв (2004),

B. П. Назьмов, Е. Ф. Резникова (2004)).

2 Правомерность второго защищаемого положения подтверждается расчетами на основе существующих теорий и экспериментальных данных приведённых во многих монографиях: по рентгеновской оптике (М А. Блохин (1957), А. В Виноградов, И. А. Брытов и др. (1989), А. Мишетт (1989)), по вакуумному ультрафиолетовому излучению (Зайдель А. Я, ШрейдерЕ. Я. (1976)) и по физике нейтронов (ЯЗ. А. Александров (1982), Я. А. Власов (1971)).

3 Правомерность четвёртого, пятого и шестого, защищаемых положений подтверждается теоретическими расчётами коэффициентов отражения зеркал Rr работающих в режиме скользящего падения и экспериментальными данными Rr для разных поверхностей и длин волн многих авторов (И В Кожевников (1989), А. В. Виноградов, Н. Н. Зорев и др. (1985), М. К Плсткин, В. А Слемзин (1985),

A. В. Виноградов, Н А. Конопле в и др. (1982), А. V. Vinogradov , I V Kozhevnikov atal. (1983), А. В. Виноградов, А. Н. Ораевский (2001), А В. Виноградов,

B. Ф. Ковалев и др. (1985), А. В. Виноградов, В. М Елинсон и др. (1987), Ф. Ф. Комаров, А. И. Наумович и др. (1986), А. В. Виноградов, И. В Кожевников (1984), В. А. Аркадьев,М. А. Кумахов (1986)).

4. Правомерность четвёртого и пятого защищаемых положений в аспекте, касающемся выводов для широкоугольного и "тонкого" концентраторов, частично подтверждается результатами работы (А. В Виноградов, О И. Топстихин (1989)).

5. Дополнительно правомерность четвёртого защищаемого положения подтверждается результатами работы, в которой, в частности, обоснована независимость длины пути излучения с длиной волны Я, распространяющегося под углами скольжения в <0С--Jl~S вдоль криволинейных поверхностей, от числа отражений N (И. В. Кожевников (1989)).

6. Дополнительно правомерность шестого защищаемого положения подтверждается как теоретическими, так и экспериментальными результатами статьи (А. В. Виноградов, В. Ф. Ковалев и др. (1985))

Научная новизна полученных результатов

В задачах преломляющей оптики (1, 2 и 3-е защищаемые положения)

1. Высказана и обоснована принципиальная возможность создания преломляющей рентгеновской оптики на основе систем микролинз и микропризм. Обоснована возможность использования приближения тонкой линзы дня рентгеновских микролинз (1999).

2. Предложены конструктивные схемы собирающих и рассеивающих рентгеновских линз, а также рентгеновских призм, для которых предложен термин -мультилинзы и мультипризмы.

3. Сформулирован комплекс рекомендаций технологического и инженерно-конструкторского характера по созданию элементной базы и устройств мульти-элементной преломляющей оптики (1999-2003).

Получены формулы для расчёта характеристик мультилинз и мультипризм, таких как фокусное расстояние микролинз, корректирующие углы корректирующих микропризм, коэффициенты ослабления и др. Произведены некоторые расчёты оптических свойств предлагаемых рентгенооптических систем для конкретных параметров материалов (1999-2003).

3. Обоснованы рекомендации по выбору диапазонов длин волн, для которых целесообразно создание мультилинз: в коротковолновой части спектра вакуумного ультрафиолетового излучения и длинноволновой части спектра мягкого рентгеновского излучения (Я = 100 ^ 1000 А), а также в коротковолновой части

спектра мягкого рентгеновского излучения и длинноволновой части спектра жесткого рентгеновского излучения (А - 1 - 30 А) (1999).

Показана возможность использования мультилинз и мультипризм для нейтронного излучения с длинами волн Д = 1 ^ 30 А (2003).

4 Даны рекомендации относительно выбора химических элементов, входящих в состав материалов для мультилинз (1999-2003).

Сделаны численные оценки поглощения рентгеновского излучения с длинами волн Я = 0,1 + ЗА для бериллия, алмаза и полиэтилена, а также предложен ряд других материалов, из которых можно изготавливать мультилинзы (2003)

Для нейтронов даны рекомендации по выбору изотопного состава материалов для мультилинз и мультипризм (2003).

5. Выявлены и проанализированы геометрические и оптико-физические факторы, снижающие четкость изображений, получаемых с помощью мультилинз:

В вопросах создании концентраторов рентгеновского излучения (4 и 5-е защищаемые положения)

6. Предложены оптические схемы концентраторов для рентгеновского и вакуумного ультрафиолетового излучения, состоящих из зеркал скользящего падения:

а) концентратор, содержащий систему вложенных криволинейных зеркал скользящего падения, расположенных на полусфере;

б) "тонкий" рентгеновский концентратор.

В вопросах создания резонаторов рентгеновского излучения (6-е защищаемое положение)

7. Предложено несколько схем резонаторов для рентгеновского и вакуумного ультрафиолетового излучения, работа которых основана на законах оптики скользящего падения: а) простой кольцевой резонатор (2001); 6) кольцевой резонатор с возвратным кольцам (1998); в)резонатор с "грушевидными" отражателями (2004); г) резонаторы с "возвратными" зеркалами (2001); д) "полукольцевой " резонатор (2003).

Рассчитаны оптико-физические характеристики предложенных рентгеновских резонаторов и получены условия, при которых они могут осуществлять обратную связь в лазерах.

Научная ценность работы. В 1, 2 и 3-м защищаемых положениях обоснована возможность нового направления рентгеновской и нейтронной оптики -мультиэлементной преломляющей оптики Элементную базу её составляют мультилинзы и мультипризмы, которые формируются из согласованно работающих микролинч и микропризм. Часть рабочей области длин воли мультиэлементной преломляющей оптики лежит в диапазоне более жёсткого рентгеновского излучения, чем многослойная и дифракционная рентгеновская оптика.

Другая часть рабочей области длин волн лежит в диапазоне вакуумного ультрафиолетового излучения' от 1000 А до 100 А, для которого до настоящего времени возможность осуществления преломляющей оптики не была доказана.

Для нейтронов с длинами волн от 1 А до 30 А продемонстрирована возможность создания мультиэлементной преломляющей нейтронной оптики - аналога мультиэлементной преломляющей рентгеновской оптики.

Тем самым создаётся основа для представления техники рентгеновской оптики, оптики вакуумного ультрафиолетового излучения и нейтронного излучения в неосвоенные и малоосвоенные области длин волн.

Широкоугольный концентратор, предложенный в 4-м защищаемом положении, способен собирать и фокусировать рентгеновское излучение от компактного источника рентгеновского излучения с телесного угла близкого к 4тг и превосходит предложенные ранее по количеству собираемого от источника излучения.

"Тонкий" рентгеновский концентратор, предложенный в 5-м защищаемом положении, имеет небольшие продольные размеры.

В 6-м защищаемом положении предложен ряд новых рентгеновских резонаторов, которые обеспечивают обратную связь в рентгеновских лазерах. Для данных резонаторов рассчитаны коэффициенты отражения рабочих поверхностей и критические инверсии при превышении которых резонаторы будут осуществлять обратную связь в рентгеновских лазерах.

Найдены условия функционирования предложенных резонаторов, в частности, получены формулы для критической инверсии, с превышением которой в резонаторе возможно осуществление обратной связи в рентгеновских лазерах.

Отметим, что из тридцати наиболее важных проблем стоящих перед физикой в XXI в., по В Л. Гинзбургу, на двенадцатом месте стоит задача создания лазеров рентгеновского и гамма- диапазонов {В. Л. Гинзбург (2001)).

Практическая значимость Мультиэлементные преломляющие системы -мультилинзы и мультипризмы, рассмотренные в 1 - 3-м защищаемых положениях, позволяют работать с электромагнитным излучением в диапазонах Я » 1000 100 А и Я » 30 + 1 А. Аналогичная оптика реализуема для нейтронного излучения с длинами волн X « 30 1 А Дифракционные и интерференционные рентгенооптические системы - зонные пластинки и многослойные зеркала, работают в области длин волн X » 1000 100 А, но в области X » 30 1 А их создание проблематично, что придаёт дополнительную привлекательность мультиэлементной преломляющей оптике.

Мультилинзы и мультипризмы пригодны для создания рентгеновских и нейтронных микроскопов, телескопов, спектрометров и других сложных приборов, работающих в диапазоне длин волн X « 1000 + 100 Айв области А я 30 + 1 А для электромагнитного излучения, а также для нейтронного излучения с длинами волн в диапазоне Я « 30 1 А.

Возможность получения высокой степени концентрации рентгеновского или нейтронного излучения в фокус мультилинз делает их во многих случаях более предпочтительными, чем отдельные микролинзы или составные линзы, которые являются системами микролинз, расположенных вдоль оптической оси.

В технологическом аспекте разработаны рекомендации по выбору конфигурации и материалов для изготовления мультилинз и мультипризм. Показано, что

их целесообразно выполнять из множества микролинз и микропризм с характерными размерами Л = 0,01 + 0,0001 см и меньше. При этом микролинзы и микропризмы должны быть определенным образом сориентированы в пространстве. Даны условия согласования работы микролинз и микропризм в мультилинзах.

Мультиэлементная преломляющая оптика может быть использована для создания сложных оптических приборов, таких как микроскопы, телескопы, спектрографы, которые могут работать в области вакуумного ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов, а также в области длинноволнового нейтронного излучения.

Предложенные в 4 и 5-м защищаемых положениях концентраторы пригодны для получения высоких плотностей излучения вакуумного ультрафиолетового, рентгеновского и нейтронного излучения. В частности, широкоугольный и "тонкий" рентгеновские концентраторы пригодны для осуществления фотонакачки в плазменных рентгеновских лазерах, в спектрографах, в рентгеновских датчиках.

Широкоугольный рентгеновский концентратор позволяет собирать и концентрировать рентгеновское излучение от компактного источника с телесного угла близкого к 4зг.

Возможна минимизация до значения М. продольных размеров устройств, в которых используется режим распространения волн, например рентгеновских, вдоль вогнутой поверхности путём многократных отражений под углами скольжения 0 <вс= -¿25 . В "тонком" рентгеновском концентраторе возможно сокращение его габаритов вдоль оптической оси по сравнению с поперечными размерами. Проведенные исследования демонстрируют, что в ряде ситуаций функциональные возможности концентратора аналогичны линзам, но позволяют выигрывать в габаритах и расходе материала.

Предлагаемые в 6-м защищаемом положении резонаторы обеспечивают положительную обратную связь в рентгеновских лазерах. В настоящее время в немногочисленных рентгеновских лазерах резонаторы, как правило, не используются, излучение происходит в однопроходном режиме (или режиме излучения). Предлагаемые резонаторы способны существенно повысить мощность излучения лазеров и улучшить когерентность излучения рентгеновских лазеров, которые в этом случае способны работать в режиме генерации.

Большая часть предложенных резонаторов позволяют формировать аксиально-симметричные пучки лазерного рентгеновского излучения

Найдены условия, при которых коэффициент отражения рентгеновских лучей К в отражателях резонаторов под малыми углами скольжения достигает 0,5 и выше.

Личный вклад автора Представленные в диссертационной работе выводы получены лично автором. Им был внесен определенный вклад, выраженный в выборе программы исследования, постановке целей и задач, а также проведены все необходимые работы, связанные с достижением поставленных целей и решением поставленных задач.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах Института сильноточной электроники (ИСЭ СО РАН), 1990 г и 2003 г ; Томского политех. ун-та (ТПУ), 1991 г., Томского гос пед. ун-та (ТГУ), 2000 г., Томского унта сис. управл. и радиоэлектрон. (ТУСУР), 2002 г.; Томского гос. ун-та (ТГУ), 2000 г. НИИ Ядерной физики при Томском политех ун-те, 2003 г.

Доклады на конференциях: На IV межвуз. конф студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь, наука и образование: проблемы и перспективы" в Томском гос. пед. ун-те, 24 29 апр 2000 г.; На регион научно-практич. конф "Сибирская школа молодого ученого", г. Томск, 21-23 дек. 1998 г; В Томском гос. пед. ун-те, на 4-й, 5-й и 6-й междунар. конф. "Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул" (ИЛПАМ-99, ИЛПАМ-01, ИЛПАМ-03) в Институте оптики атмосферы СО РАН, г. Томск, 1999 г., 2001 г и 2003 г XV междунар. конф. по использованию синхротронного излучения (SR-2004) в Институте ядерной физике СО РАН, г. Новосибирск, 2004 г. Всего 12 докладов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 работ, из которых 12 тезисы докладов в материалах конференций и 26 статей Из статей 7 в центральных рецензируемых журналах, включая 1 обзор.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и 7 приложений Она изложена на 171 странице, из которых 32 составляют приложения В основном тексте содержится 40 рисунков, 4 таблицы и 120 библиографических ссылок.

Содержание работы Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цели работы, защищаемые положения, научная новизна, практическая значимость работы и структура диссертации.

Глава 1 обзорная В ней рассмотрены физические принципы рентгеновской оптики и дано краткое изложение материалов, которые необходимы для понимания следующих глав. Описана геометрическая оптика применительно к рентгеновскому диапазону, приведены формулы Френеля для отражения и преломления в рентгеновском диапазоне для разных случаев и рассмотрены их особенности в рентгеновском диапазоне. Рассмотрена рентгеновская оптики скользящего падения и её частный случай капиллярная рентгеновская оптика

В главе 2 обосновывается принципиальная возможности создания мульти-алеметной преломляющей рентгеновской оптики. Для этого предложены рентге-нооптические системы, такие как мультилинзы (собирающие и рассеивающие) и рентгеновские мультипризмы.

Построение собирающей мультилинзы из микролинз можно осуществить различными способами. Вот один из них. Перпендикулярно оси г, которую будем называть главной фокальной осью мультилинзы, расположена сферическая микролинза, которую будем называть центральной микролинзой Lo. Главная фокальная ось мультилинзы и оптическая ось центральной микролинзы совпадают (Рис. 1, слева). Вокруг центральной микролинзы Lo расположена первая кольцевая микролинза Li, под некоторым углом, таким, чтобы лучи, проходящие через линзу Lj сходились в фокусе мультитилинзы. Аналогично вокруг микролинзы L;

расположена вторая кольцевая микролинза Ьз с фокусом в Б и т. д. Для обеспечения общего фокуса всех микролинз мультилинзы необходимо, чтобы фокальная ось кольцевых лииз была под некоторым углом а„(и = I, 2, 3... АО к главной фокальной оси мультилинзы. Или, другими словами, необходимо, чтобы поток рентгеновских лучей при распространении параллельно главной фокальной оси мультилинзы г и, падая на кольцевые микролинзы, изменял свое направление на углы аь где для каждой микролинзы свой угол отклонения. Такую корректировку направления потока рентгеновских лучей можно осуществить с помощью призм, которые можно расположить за кольцевыми линзами Такие призмы будем называть корректирующими призмами.

Рис. 1 Профиль мультилинзы (слева) и "слепые" участки в мультилинзе изображенные серым фоном

Найдем соотношения, которым должна удовлетворять мультилинза, построенная из N+1 микролинзы с одинаковым для всех микролинз радиусом кривизны Лис одинаковой полушириной всех микролинз р.

В рентгеновском диапазоне собирающие линзы будут вогнутыми, а рассеивающие - выпуклыми.

Чтобы микролинзы имели общий фокус, их, следует располагать на несущем слое, который для данного типа мультилинз представляет сегмент сферы (Рис. 2), тогда угол между главной осью мультилинзы и главной оптической осью и-й микролинзы будет сц, = а-п, п = 0,1,2... N

а = 2акЩ{р8(К).

Для углов у„ в корректирующих призмах будет справедливо у„ = ап^фпССи • ос)/(со5(л • а) -1+<5))).

Ширина выступа ВС (Рис. 2) и-й корректирующей призмы /т будет /„ =2рсо&(п-а)-Щупсо$1(уп -п а).

Длина стороны призмы АВ -Р„ будет Р„ = 2^„сов(п-а).

Особенностью такой мультилинзы является наличие в каждой кольцевой

микролинэе участков, через которые не будут проходить рентгеновские кванты Это связано с тем, что в точке В, на угле корректирующей призмы поток фотонов будет разделяться на два. Один из них будет претерпевать преломление в призме, а другой будет распространяться вдоль ВС, без преломления. В результате в кольцевой линзе будет кольцевой

Рис. 2. Микропризма и микролинза Учас™к' чеРез котоРый

н ход лучей в них не ^^ проходить и>

лучение. Такое кольцо в

дальнейшем будем называть "слепым" кольцом (Рис. 1, справа и Рис. 2). Ширина "слепого" кольца в микролинзах будет

|„ = 2р зш(и • я) вш у п совЧу* -и -а). Потерн в мультапинзах. При прохождении потока излучения /0 через муль-тилинзу, часть его будет теряться на поглощение и на рассеяние материалом мультилинзы, на отражение от её поверхности и на дифракционные потери. Эти потери можно выразить соотношением

I = 10КЬК0 ехр(-цТ^) * /0 (1 - „), где I- плотность потока излучения прошедшего через мультилинзу, К0н коэффициенты дифракционных потерь и потерь на отражение, /ор1- средний оптический путь в мультилинзе, вычисление которого громоздкое Приближенно его можно выразить через радиус кривизны микролинзы /ор, « 2Я, ц - коэффициент

ослабления рентгеновских квантов в веществе, который равен сумме коэффициента поглощения г и коэффициента рассеяния о. Дифракционными потерями и потерями на отражение можно пренебречь, ввиду их малости.

На рис. 3 даны зависимости коэффициентов поглощения рентгеновского излучения т материалов мультилинзы от заряда ядра Ъ и 1

Фокусировка излучения в собирающей мультилинзе. Излучение, прошедшее через мультилинзу будет концентрироваться в мультифокусе мультилинзы, который в идеальном случае будет представлять совмещение фокусов всех микролинз. Площадь фокусировки излучения от и-й микролинзы я" в идеальном случае будет определяться волнами с наибольшей длиной волны Ам в потоке

12

5" « . Достичь полного совмещения фокусов и указанного предела концентрации практически невозможно из-за дефектов построения изображений в муль-тилинзах. Реально фокусы микролинз будут размыты и иметь радиусы г" > Я^, а

площади больше чем у" . Кроме того, фокусы микролинз обычно будут совмещаться не полностью или вообще не совмещаться, а будут рассредоточены в некоторой области фокусировки Б мультилинзы. Степень разброса фокусов всех микролинз ¿к можно определить

Sr =max|í„ -tj |,

Рис. 3. Зависимость коэффициента поглощения рентгеновского излучения т

материала мультилинзы (без учета резонансных взаимодействий) от Z для разных длин волн проходящего излучения А (в Á). Пунктиром показан критический коэффициент поглощения мультилинзы хс, когда усиление и поглощение уравновешиваются тс% 2500 см"' Фокусировка лучей, прошедших через мультилинзу с учетом разброса и размытия фокусов будет на площади s¥, без учета других отклонений

К 1 N

s¥ »-(5f +r, )\ rf

где введен средний радиус фокуса микролинз 7f .

Степень разброса фокусов <5Ри их средний радиус /у будут определяться,

главным образом, отклонениями от "идеальной" мультилинзы, т. е. точностью ее изготовления, которая зависит от возможностей технологии. Для оценки линейного размера области фокусировки мультилинзы можно принять пропорционой радиусу кривизны микролинзы 5Р +7, к 2р » R

Коэффициент усиления излучения мультилинзой к^ можно выразить через площадь мультилинзы Я, которая представляет сумму площадей микролинз ширину микролинз р и через потери в мультилинзе

Б "

кл * ~КТ)К0 ехр(-2цЯ), Б = £ * п(пр)2, ^ * яр2.

•^р м>

Если дифракционными потерями и потерями на отражения пренебречь ввиду их малости по сравнению с потерями на поглощение и рассеяние, получим

Длина волны (в ангстремах)

Рис. 4. Зависимость коэффициента поглощения в алмазных (Ъ = 6% бериллиевых {Ь = 4) и полиэтиленовых (2 = 2,667) мультилинзах от длины волны "к = 0,1 + 3 А

На рис. 5 показана фокусирующая способность собирающей мультилинзы рентгеновского излучения длиной Я = 1 А от количества микролинз и величины коэффициента поглощения материала мультилинзы г.

Аналогично устроены рассеивающие мультилинзы, только микролинзы у них должны быть выпуклыми, а ориентация корректирующих микропризм относительно оптической оси должна быть обратной, а именно их выступы должны быть ближе к оптической оси мультилинзы, чем вершины.

Преломляющая рентгеновская оптика будет наиболее эффективна в диапазоне длин волн 1 А <Х< 30 А, или энергий 12,4 кэВ > М>> 1,9кэВ.

Наиболее подходящими для преломляющей рентгеновской оптики представляются вещества с зарядом ядер Ъ = 3-5-6. В частности для Ъ - 3 (О) Д^-ЗОА, а для Ъ = 6 (С) Ащах ~ 8 А Вещества с Ъ = 3 + 6 должны составлять основу материалов рентгеновских мультилинз.

Для многих веществ в области коротковолновой части спектра вакуумного ультрафиолетового диапазона 1000 А > А > 400 А и длинноволновой части спектра мягкого рентгеновского излучения 400 А > А > 100 А характерно резкое повышение прозрачности, когда их толщина уменьшается до определенного критического значения. Критические толщины материалов обычно лежат в области

около 1000 А Прозрачность таких плёнок зависит от длины волны Примером таких веществ (и область их наибольшей прозрачности) служат А1 (170-780 A), Sn (500-700 А), Cd, Be (110-200 A), Mg, С, Ti, Se, Те, Ag, Au, In, Bi, Cr, Sb, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Zn, Ga, Ge, Si, Ir, Pb, SiO, SiOi, АЬОз, MgO, BeO и др.

Увеличение прозрачности материалов для длин 1000 А > X > 100 А позволяет создавать мультилинзы, средняя толщина и радиусы кривизны которых сравнима с критическими толщинами материалов. Фокусные расстояния в мультилинзах в данном диапазоне могут быть на 1-2 порядка меньше, чем для диапазона 1 А <30 А.

Мультиэлементная оптика может стать основой для преломляющей нейтронной оптики, которая осуществима также в диапазоне 1А<Л<30А, что для нейтронного излучения соответствует области холодных и тепловых нейтронов. Для таких нейтронов, материалы имеют величины декрементов затухания по порядку величин совпадающие со значениями для рентгеновского излучения 10~4< |<5| < Ю""4. В отличие от рентгеновского излучения, для которого ¿<0, для нейтронного возможно как <5„ < 0, так и <5„>0, но реже, в зависимости от нуклидов материала мультилинзы.

Нейтроны в рассматриваемом диапазоне поглощаются в материалах меньше, чем рентгеновское излучение, поэтому для нейтронов мультилинзы могут оказаться более эффективными.

В мультиэлементной преломляющей оптике будут проявляться свойственные ей искажения (аберрации) и некоторые особенности работы, которые будут ухудшать работу мультилинз и мультипризм.

Глава 3 посвящена описанию широкоугольного и "тонкого" концентраторов для рентгеновского и ВУФ излучения.

В широкоугольном концентраторе используется система вложенных зеркал скользящего падения для увеличения его эффективности, что позволит собирать рентгеновское или вакуумное ультрафиолетовое излучение от компактного рент-

N " о Рис. 5. Зависимость коэффициента усиления в мультилинзы от количества микролинз N и коэффициента поглощения материала мультилинзы т. Показано критическое значение коэффициента поглощения хс, при котором усиление проходящего через мультилинзу излучения и его поглощения в мультилинзе уравновешиваются, тс» 2500 см-1. Средний поперечный размер области фокусировки в мультилинзе принят равным 2К,аЯ« 0,0001 см.

геновского источника с телесного угла близкого к 4ж (Рис. 6).

Концентратор состоит из системы возвратных зеркал 1 и система, выводящая и фокусирующая излучение 2. Возвратное зеркало состоит из совокупности малых зеркал покрывающих полусферу радиуса Rg. Малые зеркала состоят из системы вложенных друг в друга и соосных вогнутых поверхностей, близких к полусферам. Внешняя поверхность малых зеркал со стороны входа излучения ограничена правильным пятиугольником, что позволяет плотно закрыть полусферу. Отражение лучей в зеркале осуществляется путем их поворота на 180° при многократных отражениях от поверхностей малых зеркал на малых углах скольжения

Рис. 7. "Тонкий" концентратор

Коэффициент отражения к излучения в возвратном зеркале будет к = (\-i/5)exp(-j^3S"3/2), 5 >>р,в<вс, где S- площадь возвратного зеркала s сумма площадей участков зеркала не участвующих в отражении, у - угол поворота лучей в зеркале равный 180°.

Другая полусфера служит для вывода и концентрации излучения, которое транспортируется вдоль поверхностей 2. Расстояния между проводящими поверхностями уменьшаются, что уменьшает фокусное расстояние/ Это будет способствовать лучшей фокусировке излучения. Коэффициент отражения излучения под малыми углами скольжения ¿'через эту систему поверхностей будет

^¿(l—jt^exp^/W-*),

где N- число проводящих поверхностей, s'- суммарная площадь, на которой полностью поглощается излучение, 5 - площадь полусферы с которой выводится излучение (S » s1), П, - телесный угол, с которого собирается излучение i'-й поверхностью, y/j - угол поворота в i-й поверхности.

Доля выводимого из концентратора излучения будет

К = Xх (к' + к'к) = 21к'{\+к).

Если размер источника р удовлетворяет условию р << R, то коэффициент К можно довести до 0,2 0,3.

В "тонком" концентраторе используется свойство независимости эффекта в-

ности транспортировки лучей вдоль поверхностей от длины пути. Это даёт возможность создавать концентраторы с малыми продольными размерами (Рис. 7).

Минимальную толщину концентратора Л^щ, можно оценить

= г-'л^е;1 = 2>Я(isy^ ,

где N- количество отражений при повороте на угол у Реальные продольные размеры тонкого концентратора для большинства случаев могут составлять от миллиметров до тысячных долей миллиметра и меньше. Это даёт возможность использовать тонкие концентраторы как своеобразные линзы.

Глава 4 посвящена описанию пяти резонаторов, работающих на оптике скользящего падения, показана их эффективность для обеспечения положительной обратной связи в рентгеновских лазерах. Рассмотрим два из них.

Кольцевой резонатор с возвратными зеркалами состоит из двух зеркал скользящего падения расположенных соосно, между которыми расположено рабочее тело (Рис. 8). Излучение в зеркалах распространяется вдоль поверхности путем многократных отражений под малыми углами скольжения 0 <. 0 = у[25 , где 8 -декремент показателя преломления материала зеркала.

ШШШШМшШШ^ШШЙШШШ

Рис. 8. Кольцевой резонатор с возвратными зеркалами

Такой резонатор аксиально-симметричный и открытый. Замкнутые траектории квантов внутри него говорят, что это своеобразный кольцевой резонатор.

Индуцированное излучение в таком резонаторе будет формироваться в двух противоположно направленных бегущих волнах.

В правом зеркале часть рентгеновского излучения внутренней части главного пучка отводится через центральное отверстие, а другая часть направляется по кольцевой траектории через рабочее тело лазера, где оно усиливается (рис 8) При работе лазера с таким резонатором возможна организация работы, при которой через рабочее тело проходит и испытывает усиление только внутренняя часть главного пучка (однопроходный режим), или обе части пучка, как внутренняя, так и внешняя (двухпроходный режим), как на рис. 8. Вынужденное излучение квантов осуществляется при их прохождении через рабочее тело, и чем больше расстояние, проходимое квантом в рабочем теле, тем лучше усиление. Работа лазера в двухпроходном режиме повысит эффективность резонатора.

Для интенсивности лазерного пучка за одно прохождение рентгеновского излучения по резонатору, в области далёкой от насыщения, будет выполняться следующее соотношение

/ = /о*Я(1 -/?, ехр(4б/<7ДЛ9,

где / - интенсивность пучка после завершения полного цикла, а /0- его начальная интенсивность, АЫ = /g¡)Nl > 0 - инверсия населенностей лазерных уров-

ней, и N2 концентрации единичных излучающих систем (например, ионов), находящихся на верхнем и нижнем лазерных уровнях, & glи g2 - статистические веса уровней, / - длина рабочего тела лазера, а = - сечение

индуцированного излучения, где, Лц - вероятность спонтанного перехода между лазерными уровнями, - г0) - профиль линии, V и у0 частота излучения и резонансная частота лазера. Коэффициенты д и Ь принимают значения 5 = 1 для однопроходного режима работы и д = 2 для двухпроходного В этом случае 6 = 1 для случая, когда в резонаторе для генерации используется только главный пучок и Ь = 2, когда используется как главный, так и обратный пучки. Далее Д1 и потери на рассеяние и на поглощение в среде, к - часть потока рентгеновского пучка остающаяся в резонаторе после выделения лазерного луча (1 >.к>0). К-коэффициент отражения рентгеновских лучей под малыми углами скольжения от поверхности зеркала резонатора будет

Коэффициент отражения рентгеновских лучей под малыми углами скольжения в зеркалах такого резонатора может достигать 04 + 05 Генерации лазера возможна при достижение критической инверсии

щ =&гг2(с>аду0))1{Зб0о^-3/2-1п(Л(1-А -&))}, где учтено, что угол поворота у/ = 360° и профиль линии взят при V = у0.

Резонатор с грушевидными отражателями (Рис. 9) состоит из двух отражателей грушевидной формы 1 и 2, поверхности которых являются зеркалами скользящего падения Отражатели сориентированы друг к другу входными отверстиями 3 вдоль общей оптической оси. В одном из отражателей 2 есть отверстие для вывода части излучения из рабочего тела 4. Между отражателями резонатора находится рабочее тело лазера 5. Отражатели состоят из двух секций.

Пучок рентгеновского излучения, падающий на входное отверстие отражателя 3, делится на два потока - внутренний и внешний. Внутренний пучок распространяется внутри большей секции отражателя 6 и, падая на "конус" резонатора 7 радиально расходится по ее внутренней поверхности, вдоль которой рентгеновские кванты транспортируются до щели резонатора 8, где "перескакивают" на зеркало внешней транспортировки 9, и распространяясь вдоль поверхности которого, рентгеновские кванты возвращаются в рабочее тело с той же стороны, но с обратным направлением Поверхность зеркала внешней транспортировки и "конус" возвратного зеркала будут вогнуты вдоль оптической оси резонатора, но

перпендикулярно этому направлению она будет выпуклой. Поэтому распространение пучка здесь неустойчиво, из-за которой часть квантов может теряться из-за преломления и рассеяния на неровностях поверхности и теряться, понижая эффективность резонатора.

Внешний поток после разделения падающего пучка проходит тот же путь, что и внутренний пучок, но в обратном направлении.

Полный угол поворота рентгеновских лучей if в отражателях зависит от конкретной геометрии зеркал и лежит в пределах 360 > у > 180° и равен

V = 180° + 2a, а = arctg«/?, -r)/d)*arctg(Rb/d),Rb »г, где Rt - радиус отражателя, г - радиус входного отверстия отражателя, d - часть продольного расстояния от входа до плоскости проходящей через сечение отражателя с максимальной площадью, а -угол отклонения в отражателе.

Отражатели могут иметь полный угол поворота у/ = 210° -*■ 270°.

Для различных веществ и различных длин волн значение коэффициента К обычно лежит в пределах 0,1 + 0,5. Для некоторых веществ, длин волн и разных факторов удлинения проведены оценки значений коэффициентов отражения рентгеновских лучей под малыми углами скольжения на основе экспериментальных данных и приведены в таблице.

Для увеличения интенсивности лазерного пучка I при прохождении резонансного излучения за М отражений в зеркалах, до достижения стадии насыщения, при начальной интенсивности 70, будет описываться соотношением

I = h ArlKi (1 - А - Pi ))М oxpiMIG), G = ANo,

где К и К2 - коэффициенты отражения первого и второго отражателей, G -коэффициент усиления в центре линии (v = v0) для малого сигнала без насыщения, /- длина рабочего тела, к- часть излучения остающаяся в резонаторе после выведения лазерного луча (1>£¿0), /?t и fi2~ потери на рассеяние и на поглощение в среде. Коэффициенты у, характеризующие степень устойчивости пучков относительно рассеяния и преломления квантов на неровностях поверхности "конуса" (верхний индекс 1) и с зеркала внешней транспортировки (верхний индекс 2), а нижние индексы соответствуют первому и второму отражателям. Условием работы лазера с данным резонатором, является достижение критической инверсии AiVc,

^ = 2,Ü7rV! М8-Ш-Щку\г\г1г1{\-^ -/Ш

о)

Таблица. Коэффициенты отражения рентгеновского излучения при малых углах скольжения К для разных веществ и разных длин волн при углах поворота у=210° и у=270°

Материал i, А К при повороте иа 270°, (R/d=l) К при повороте иа 210°, (Д4/<#=0,27)

Ru 120 0,51 0,6

Ag 100-125 0,31 0,41

In 76 0,16 0,24

Заключение. 1. Высказана и обоснована принципиальная возможность создания преломляющей рентгеновской оптики на основе микролинз и микропризм. Впервые предложены схемы создания собирающих и рассеивающих рентгеновских линз, а также рентгеновских призм состоящих из согласованно работающих микролинз и микропризм, для которых был предложен термин - мулътилинзы и мультипризмы. Произведены расчеты оптических свойств, предлагаемых рентге-нооптических систем.

2. Показано, что наиболее подходящими материалами для преломляющей рентгеновской оптики являются вещества, состоящие из элементов с2 = 1-6с возможной примесью лёгких элементов Ъ > 6.

3. Показано, что наиболее эффективная преломляющая рентгеновская оптика возможно в области рентгеновского излучения от 1,9 кэВ до 12,4 кэВ где, создание дифракционной и многослойной рентгеновской оптики проблематично.

4. Показана возможность создания мультиалементной преломляющей оптики для коротковолновой части спектра вакуумного ультрафиолетового излучения А = 400+ 1000 А и для длинноволновой части спектра мягкого рентгеновского излучения Я = 100 400 А.

5. Показана возможность создания мультиалементной преломляющей оптики для нейтронного излучения с рабочим диапазонам длин волн лежащей в пределах Я = 1 + 30 А.

6 Рассмотрены дефекты свойственные мультиалементной преломляющей оптике. С одной стороны это дефекты обычные как для преломляющей рентгеновской оптики, так и для преломляющей оптики видимого диапазона, а с другой, дефекты присущие только преломляющей рентгеновской оптике и не свойственные преломляющей оптике видимого диапазона.

7 Предложены концентраторы рентгеновского излучения, которые могут быть по некоторым параметрам более эффективными, чем предложенные ранее.

Система вложенных зеркал скользящего падения дает возможность создать концентратор для сбора излучения от компактного источника с поверхности близкой к телесному углу 4л;

Независимость эффективности транспортировки лучей вдоль поверхностей от длины пути, позволяет уменьшать продольные размеры поверхностей, вдоль которых лучи в концентраторе распространяются под углами скольжения в меньше критического в <вс = >/25 Это даёт возможность создавать концентраторы с очень малыми продольными размерами Минимальная толщина концентратора равна » МХ, где N — количество отражений при повороте на угол у/, 6 — декремент преломления материала поверхности, N «¡ч//2вс.

8 Предложено несколько схем рентгеновских резонаторов для рентгеновских лазеров, работающих на оптике скользящего падения: а) простой кольцевой резонатор; б) кольцевой резонатор с возвратным кольцом; в) резонатор с грушевидными отражателями; г) резонаторы с возвратными зеркалами;

Рассчитаны характеристики предложенных резонаторов и получены условия, при которых они могут осуществлять обратную связь в лазерах.

Публикации по теме диссертации (без тезисов)

1 Чуриков В. А. Кольцевой резонатор для рентгеновского лазера // Вестник ТГПУ.- 1998,-№5,-С 56-57.

2 Чуриков В А. Концентратор рентгеновского излучения // Вестник ТГПУ (Серия- Естественные науки).- 2000 - № 9(25) - С 46-47

3. Чуриков В А Преломляющая рентгеновская оптика. М., 2000,- 31 с Деп. в ВИНИТИ 20. 12. 2000, № 3205-В00.

4 Чуриков В. А. Кольцевой резонатор для рентгеновского лазера на зеркалах скользящего падения // Оптика атмосферы и океана - 2002.- Т. 15 - № 3 - С. 271274

5 Чуриков В А. Резонатор для рентгеновского излучения с грушевидными отражателями И Квантовая электроника - 2003 - Т 33 - № 11

6 Чуриков В. А. Собирающая мультилинза для преломляющей рентгеновской и нейтронной оптики // Письма в журнал технической физики - 2003 - Т. 29-№23.-С. 75-83.

7. ЭппВ Я., Чуриков В. А. Релятивистский гармонический осциллятор// Известия вузов. Физика.- 1984 -№ 8.-С. 121-122.

8 Чуриков В А О принципиальной возможности создания преломляющей рентгеновской оптики / Труды региональной научно-практической конф. студентов, аспирантов и молодых ученых "Сибирская школа молодого ученого". 21-23 декабря 1998 - Т IV. Физика, математика, информационные технологии. Томск: Изд.-во Томского гос пед. ун -та.- 1999.-С 56-57.

9 Чуриков В. А Особенности гамма-лазеров и некоторые изомеры для их возможной реализации / Труды региональной научно-практической конф студентов, аспирантов и молодых ученых "Сибирская школа молодого ученого",-21-23декабря 1998-Т IV -Физика,математика,информационныетехнологии-Томск: Изд-во Томского гос пед. ун.-та - 1999 - 58 с

10 Чуриков В. А. Способ получения инверсии населенности уровней в гамма-лазерах на ядерных изомерах // Вестник ТГПУ - 1988.- № 5 - С. 55.

11 Чуриков В. А. Резонаторы на основе оптики скользящего падения для вакуумного ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения // Оптика атмосферы и океана - 2004- Т. 17 - № 2-3 - С. 188-195.

12 Чуриков В. А. Особенности кинетики излучения аннигиляционных гамма-лазеров // Известия вузов Физика - 2003- № 12 - С 82-84

13. Чуриков В. А. К вопросу создания гамма-лазера// Оптика атмосферы и океана - 1999 - Т. - 12,-№ 11-С. 1010-1012.

14 Чуриков В. А Мультилинзы френелевского типа для вакуумного ультрафиолетового, рентгеновского и нейтронного излучения / В сб. Работы по физике М., 2004,- 99 с. Деп в ВИНИТИ 27. 12.2004, №2061-В2004,- С 3-«.

15. Чуриков В А Разнофокусные мультилинзы для вакуумного ультрафиолетового, рентгеновского и нейтронного излучения / В сб Работы по физике. М., 2004,- 99 с. Деп. в ВИНИТИ 27 12 2004, № 2061-В2004,- С. 9-19

16 Чуриков В. А. О максимальном количестве микролинз в мультилинзах / В сб. Работы по физике. М., 2004,- 99 с. Деп. в ВИНИТИ 27. 12.2004, №2061-В2004.-С. 19-20.

17. Чуриков В. А. Угловые аберрации в мультилинзах / В сб. Работы по физике. М., 2004,- 99 с. Деп. в ВИНИТИ 27.12. 2004, № 2061-В2004, С. 20-22.

18 Чуриков В. А. Особенности хроматических аберраций в мультилинзах / В сб. Работы по физике. М., 2004,- 99 с. Деп. в ВИНИТИ 27.12. 2004, №2061-В2004- С. 23-25.

19. Чуриков В А. Кольцевые аберрации в мультилинзах / В сб. Работы по физике М, 2004,- 99 с. Деп. в ВИНИТИ 27. 12. 2004, № 2061-В2004,- С. 25-29.

20. Чуриков В. А Составные микролинзы с разными радиусами кривизны / В сб. Работы по физике. М., 2004,- 99 с Деп. в ВИНИТИ 27. 12. 2004, № 2061-В2004 - С. 29-30.

21. Чуриков В. А. Особенности полукольцевых рентгеновских резонаторов для рентгеновского диапазона / В сб. Работы по физике. М., 2004. - 99 с. Деп. в ВИНИТИ 27.12. 2004, № 2061-В2004 - С. 30-32.

22. Чуриков В. А. Резонатор с грушевидными отражателями второго типа / В сб. Работы по физике. М., 2004 - 99 с Деп. в ВИНИТИ 27.12. 2004, №2061-В2004 - С. 32-34.

23 1!уриков В А Рентгеновские резонаторы с усовершенствованными грушевидными отражателями / В сб. Работы по физике. М., 2004 - 99 с. Деп в ВИНИТИ 27. 12. 2004, № 2061-В2004 - С. 34-37.

24. Чуриков В. А. Образование рентгеновской искры в области высокой плотности рентгеновского излучения / В сб. Работы по физике. М., 2004 - 99 с. Деп. в ВИНИТИ27.12 2004, № 2061-В2004,-С. 38-40.

25. Чуриков В. А О возможности получения переохлаждённой плазмы, некоторые ее свойства и возможные применения / В сб. Работы по физике. М., 2004 -99 с Деп в ВИНИТИ 27. 12.2004,№2061-В2004.~С.4(МЗ.

26. Чуриков В. А О возможности создания рентген-нейтронной оптики / В сб. Работы по физике М., 2004,- 99 с. Деп. в ВИНИТИ 27.12.2004, № 2061-В2004 -С. 43-46.

Отпечатано в типографии ЗАО "Сибмедимпэкс" г. Томск, ул. Яковлева, 12 -13

РНБ Русский фонд

2006-4 6076

)

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОЙ ОПТИКИ.

1.1. Физические свойства рентгеновских лучей. Общие замечания о рентгеновских лучах.

1.2. Приближение геометрической оптики.

1.3. Коэффициент преломления веществ в рентгеновском диапазоне.

1.4. Общая теория отражение и преломления рентгеновских лучей на границе сред.

1.5. Приближение малых углов скольжения.

1.6. Рентгеновская оптика скользящего падения.

1.7. Сложные приборы оптики скользящего падения.

1.8. Капиллярная рентгеновская оптика.

Заключения к главе 1.

2. ТЕОРЕТИКО-РАСЧЁТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕНТГЕНОВСКОЙ МУЛЬТИЭЛЕМЕНТНОЙ ПРЕЛОМЛЯЮЩЕЙ ОПТИКИ.

2.1.0 принципиальной возможности создания преломляющей рентгеновской оптики.

2.2. Рентгеновские микролинзы и их свойства.

2.3. Собирающие рентгеновские микролинзы и мультилинзы.

2.4. Потери и фокусировка излучения в собирающей мультилинзе

2.5. Пределы применимости преломляющей рентгеновской оптики и материалы для неё.

2.6. Рассеивающие рентгеновские микролинзы и мультилинзы.

2.7. Рентгеновские микропризмы и мультипризмы.

2.8. Несимметричное отражение рентгеновских лучей от поверхности мультилинз и мультипризм.

2.9. Искажения и дефекты в мультиэлементной оптике.

2.10. О возможности применения мультиэлементной оптики в других областях и границы их применимости.

Область коротковолновой части вакуумного ультрафиолетового и область длинноволновой части мягкого рентгеновского излучения.

Применение мультиэлементной оптики для нейтронов.

Рабочие области мультиэлементной оптике и их границы.

2.11. Замечания по технологическим возможностям изготовления преломляющих рентгеновских систем.

2.12. Применение мультиэлементной преломляющей оптики.

Выводы главы 2.

3. КОНЦЕНТРАТОРЫ ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО И ВАКУУМНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

3.1. Широкоугольный концентратор.

3.2. "Тонкий" концентратор.

Выводы главы 3.

4. РЕЗОНАТОРЫ НА ОСНОВЕ ОПТИКИ СКОЛЬЗЯЩЕГО ПАДЕНИЯ ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО И ВАКУУМНОГО

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

4.1. Лазеры в диапазоне жёстких электромагнитных волн.

4.2. Несимметричные кольцевые резонаторы.

Простые кольцевые резонаторы.

Кольцевой резонатор с возвратным кольцом.

4.3. Аксиально-симметричные кольцевые резонаторы.

Кольцевой резонатор на зеркалах скользящего падения.

Рентгеновские резонаторы с грушевидными отражателями.

Полукольцевой резонатор на смешанной рентгеновской оптике.

Выводы главы 4.

Со времени открытия рентгеновских лучей в 1895 г., интерес к ним с течением времени не уменьшался, менялись только доминирующие направления их исследований и приложений.

Исследование рентгеновского диапазона электромагнитного излучения развивается в нескольких относительно самостоятельных направлениях.

1. Создание источников рентгеновского излучения обладающих заданными характеристиками;

2. Создание технических систем способных изменять характеристики потоков рентгеновских лучей.

Работа с рентгеновским излучением сводится к следующим основным операциям: детектирование, усиление (концентрирование), коллимация (формирование пучка), изменение направления (поворот), выделение спектраль-' ных областей (фильтрация) излучения и др.

3. Использование рентгеновского излучения для различных целей. В частности для изучения объектов излучающих в рентгеновском диапазоне и объектов, просвечиваемых рентгеновскими лучами. Это, рентгеновская спектроскопия, рентгеновская микроскопия, рентгеновская астрономия и т. д.

Исследованием рентгеновских лучей, их управлением и практическим использованием занимается рентгеновская оптика (англ. X-Ray Optics), которая в настоящее время является быстро развивающейся областью.

Актуальность проблемы. Требования науки, техники и технологии приводят к стимулированию исследований в рентгеновской оптике. Создаются новые и совершенствуются уже существующие рентгенооптические системы. Развитие рентгеновской оптики актуально, в частности, для следующих областей:

1. Разработка и совершенствование различных источников рентгеновского излучения: рентгеновских трубок, лазерной плазмы, лайнеров, синхротронов., ондуляторов и др.;

2. Получение и использование синхротронного и ондуляторного излучения рентгеновского диапазона;

3. Разработка источников когерентного рентгеновского излучения (рентгеновских лазеров), таких как плазменные лазеры, лазеры на свободных электронах и другие;

4. Развитие рентгеноскопии, для исследования структуры материалов и выявления дефектов;

5. Разработка и совершенствование рентгеновской литографии;

6. Создание и совершенствование рентгеновских микроскопов и рентгеновской микроскопии;

7. Создание и совершенствование рентгеновских телескопов, и дальнейшее развитие рентгеновской астрономии;

8. Создание и развитие рентгеновской голографии',

9. Различные разновидности рентгеновской спектроскопии',

10. Исследование поверхности материалов с помощью рентгеновского излучения исходящего от исследуемой поверхности. Например, EXAFS-спектроскопия (от англ. Extended X-ray Absorption Fine Structure— анализ протяженной тонкой структуры рентгеновского поглощения) и Х4ЛДО-анализ (от англ. X-ray Absorption Near Edge Structure — исследование ближней тонкой структуры рентгеновского поглощения) и др.;

11. Исследование микроструктуры веществ с помощью разных методов рентгеноструктурного анализа;

12. Рентгеновская топография, как способ изучения дефектов в кристаллах с помощью дифракции рентгеновских лучей;

13. Исследование тонких пленок с помощью рентгеновского излучения;

14. В области рентгеновской рефрактометрии;

15. В области рентгеновской томографии;

16. Для создания моиохроматоров для рентгеновских лучей;

Перечисленные направления имеют важное фундаментальное и прикладное значение в физике, кристаллографии, химии, биологии и других областях науки, а также в технике и технологии.

Космическое рентгеновское излучение, приходящее от космических г объектов, регистрируется и изучается в рентгеновской астрономии, что дает богатую информацию о строении и эволюции звезд, галактик, квазаров, межзвездной и межгалактической материи и о других объектах Вселенной. Для развития рентгеновской астрономии большое значение имеет улучшение характеристик рентгеновских телескопов и повышение чувствительности рентгеновских детекторов.

Современная микроэлектроника интенсивно развивается во многом благодаря прогрессу в литографии. Постоянно возрастающие требования к миниатюризации микросхем, требуют продвижение литографии в область меньших длин волн. В настоящее время ведутся исследования в области создания рентгеновской литографии, развитие которой, невозможно без развития рент-генооптических систем и источников рентгеновского излучения. Рентгеновская литография по некоторым параметрам имеет преимущества перед другими разновидностями литографии (электронная, ионная.) и литографией больших длин волн (оптическая, ультрафиолетовая.). В производстве чипов для засветки фоторезиста предполагается использовать рентгеновское син-хротронное излучение, излучение рентгеновских лазеров и др. Управление излучением в литографии возможно с помощью рентгенооптических систем из разных областей рентгеновской оптики.

В настоящее время ведутся исследования в области рентгеновской микроскопии. Разрабатываются и создаются рентгеновские микроскопы, которые по некоторым параметрам имеют преимущества перед другими типами микроскопов, такими как оптические, электронные, нейтронные, позитрон-ные и т. д.

В рентгеновской спектроскопии требуются оптические системы для управления потоками рентгеновского излучения с целью повышения их спектральной чувствительности.

Объект и предмет исследования. В современных научных исследованиях в физике и химии, а также в астрономии, биологии, технике, медицине и т. д., широко используется рентгеновское излучение разных диапазонов — от длинноволнового до коротковолнового. Этот обусловлено свойствами рентгеновского излучения, такими, как:

1. Рентгеновское излучение имеет длину волны на несколько порядков меньше, чем оптическое, что позволяет исследовать с его помощью значительно более мелкие объекты;

2. Жёсткое рентгеновское излучение (Я = 400-^0,0001 А) имеет большую проникающую способность, что позволяет исследовать различные объекты, материалы и вещества просвечивая их рентгеновским излучением.

Предметом исследования данной диссертационной работы являются теоретические и прикладные аспекты главным образом преломляющей рентгеновской оптики и оптики скользящего падения.

Достижения в изучении объекта исследования. До настоящего времени в мире проведены обширные исследования рентгеновского лучей, их взаимодействие с веществом, возможностей управления ими и применения.

Вначале проводились исследования природы рентгеновских лучей и их взаимодействие с веществом, что привело к возникновению различных направлений рентгеноструктурного анализа (Я. Дебай {P. Debye), М. Лауэ (М. Laue) и др.).

Позже более широко стали разрабатывать различные способы управления потоками рентгеновского излучения. Исследования стали проводить не только из научных соображений, но также исходя из потребностей техники и технологий.

В последнее время стали создаваться научно-исследовательские учреждения, специализирующиеся на исследовании различных аспектов рентгеновского излучения и/или рентгеновской оптики. В 1991 г. в Москве был открыт Институт рентгеновской оптики, деятельность которого связана главным образом с разработкой и производством рентгенооптических систем.

В настоящее время в России широко ведутся исследования в области разработки и создания рентгеновской оптики во многих научно-исследовательских учреждениях и вузах. Во многих НИИ работают группы и отделы, занимающиеся рентгеновским излучением и/или рентгеновской оптикой. К таким организациям можно отнести Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Физический институт Российской академии наук им. 77. Н. Лебедева, Институт общей физики Российской академии наук, Московский физико-технический институту Московский инженерно-физический институт, Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, Российский научный центр "Курчатовский институт" в Москве, Институт физики микроструктур Российской академии наук в Нижнем Новгороде, Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых веществ Российской академии наук в Черноголовке, Институт физики микроструктур Российской академии наук в Нижнем Новгороде, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук в Новосибирске, Института физики им. Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук в Красноярске и многие другие.

В ряде направлений рентгеновской оптики Российские исследователи находятся на переднем крае или нередко опережают зарубежные. В странах СНГ — Украине, Белоруссии также активно ведутся исследования в рентгеновской оптике.

За пределами СНГ исследования в области рентгеновской оптики также ведутся очень широко. Исследования по рентгеновской оптике во многих странах стали одним из приоритетных направлений в научно-технических и технологических разработках. Прежде всего, в США (.Ватсоновский исследовательский центр ИБМ (IBM), Массачусетскж технологический институт (МП), Станфордский университет, Центр рентгеновской оптики в Олбани,

Гавайский университет, Ливерморская лаборатория, Рочестерская лаборатория, НАСА (NASA), фирма OSMIC и т. д.), а так же в Англии (Бристольский университет), в Германии (Килъский университету Мюнстерский университету Гёттингенский университету фирма FOMIPP), во Франции (лаборатория LURE по исследованию синхротронного излучения в Орсэ, фирма ESRF), в Италии (римская фирма ENEA), в Нидерландах (фирма Philips), в Швеции, в Японии и в других странах, где рентгеновская оптика стала одним из приоритетных научно-технических направлений.

Все больше создаются новые, а так же совершенствуются ранее разработанные рентгеновские приборы, такие как рентгеновские микроскопы и телескопы, концентраторы, спектрометры. Кроме этого разрабатываются источники рентгеновского излучения: лазеры рентгеновского диапазона, синхротроны, плазменные источники, такие как лайнеры, источники, основанные на излучении лазерной плазмы (лазерные фокусы) и др. Постоянно расширяется сфера применения рентгеновских приборов.

Современное состояние исследований. Рентгеновская оптика стала обширной областью физики, которая переживает в настоящее время бурное развитие. Широко ведутся как теоретические, так и практические исследования. Причем это развитие имеет существенный технологический уклон, т. е. большое значение придается выходу к практическому применению получаемых результатов.

Это привело к тому, что за последние двадцать лет в области рентгеновских исследований число работающих специалистов возросло примерно в два раза и значительно увеличилось финансирование рентгеновских исследований. По рентгеновской оптике стало больше публиковаться статей, обзоров, сборников и монографий. Больше стало проводиться конференций, семинаров, школ и т. д. В России и за рубежом последнее время проводятся конференции по рентгеновской оптике и постоянно работают семинары.

Кроме прикладных исследований интенсивно ведутся исследования в физике рентгеновского излучения, имеющие фундаментальный характер. Речь идёт, прежде всего, о создании генераторов монохроматического когерентного рентгеновского излучения. Это рентгеновские лазеры (разеры, резеры, или в английском варианте — X-Ray-lazers). В настоящее время уже создан ряд таких устройств. С другой стороны, появление рентгеновских лазеров открыло возможность для создания рентгеновской голографии. В настоящее время поставлен ряд обнадеживающих экспериментов в этой области.

На развитии рентгеновской оптики сказываются многие обстоятельства. С одной стороны это потребности науки и техники, а с другой появление новых технических и технологических возможностей, например, вакуумной техники, появление новых материалов и способов их обработки.

Перспективы развития рентгеновской оптики. Рентгеновская оптика открывает широкие возможности создания приборов для химического анализа на расстоянии, которые могут использоваться в химии, биологии и могут иметь значение для экологии, в военном деле, кристаллографии и т. д.

Из приборов рентгеновской оптики разрабатываются такие, как рентгеновские концентраторы, рентгеновские лазеры и резонаторы для них, рентгеновские микроскопы, рентгеновские телескопы, рентгеновские спектрографы и многие другие. Многие приборы рентгеновской оптики, такие как рентгеновские резонаторы и концентраторы, имеют существенный потенциал развития. К настоящему времени уже созданы единичные образцы элементов преломляющей рентгеновской оптики, такие как составные рентгеновские линзы и микропризмы.

Цели и решаемые задачи. Данная диссертация посвящена исследованию автора в области, главным образом, в рентгеновской оптике и частично нейтронной оптике и оптике вакуумного ультрафиолетового излучения, а также отдельным вопросам создания лазеров коротковолнового электромагнитного излучения:

1. Разработка преломляющей рентгеновской оптики. Основными задачами здесь являются:

1J. Теоретическое обоснование принципиальной возможности создания преломляющей рентгеновской оптики;

1.2. Рассмотрение преломляющих микроскопических рентгенооптиче-ских систем: собирающих и рассеивающих рентгеновских микролинз, а также рентгеновских микропризм;

1.3. Рассмотрение конкретных макроскопических преломляющих ретг-генооптических систем: собирающих и рассеивающих рентгеновских мульти-линз, а так же рентгеновских мультипризм;

1.4. Расчет свойств и эффективности преломляющих рентгенооптиче-ских систем; '

1.5. Расчет диапазона рентгеновского излучения, в котором возможно создание достаточно эффективной преломляющей рентгеновской оптики;

1.6. Выбор материалов, из которых возможно создание преломляющей рентгеновской оптики;

1.7. Рассмотрение дефектов, возможных в преломляющей рентгеновской оптике.

1.8. Рассмотрение возможности применения похожих элементов преломляющей оптики в области вакуумного ультрафиолетового диапазона.

1.9. Рассмотрение возможности применения похожих элементов преломляющей оптики для нейтронного излучения.

1.10. Рассмотрена возможность создания преломляющей оптики, способной работать как с рентгеновским, так и с нейтронным излучением.

2. Следующей целью является создание и совершенствования рентгено-оптических приборов на основе рентгеновской оптики скользящего падения— рентгеновских концентраторов и рентгеновских резонаторов. Задачи рассматриваемые здесь следующие:

2.1. Разработка и модификация рентгеновских концентраторов, работа которых основана на оптике скользящего падения. Проведение расчета их свойств и эффективности их работы;

2.2. Разработка кольцевых рентгеновских резонаторов работающих на оптике скользящего падения, которые можно использовать для обеспечения положительной обратной связи в рентгеновских лазерах;

2.3. Проведение расчетов основных характеристик таких резонаторов и их эффективности.

Специфические проблемы рентгеновской оптики как предмета исследования. Рентгеновская оптика имеет ряд особенностей, создающих специфические проблемы для изучения как сами по себе, так по сравнению с оптикой видимого диапазона.

Одной из таких проблем в области создания рентгеновской техники вообще и рентгеновской оптики в частности является ее относительно более низкая эффективность, чем приборов оптики видимого диапазона и радиодиапазона.

Большое поглощение мягкого рентгеновского излучения (Я = 400 10 А) в веществе также приводит к снижению эффективности приборов рентгеновской оптики.

Перечисленные особенности приводят к тому, что технология изготовления приборов рентгеновской оптики, как правило, сложней, а, следовательно, дороже, чем оптики видимого диапазона. Необходимость вложения больших средств в рентгенооптические исследования, в известном смысле, приводит к сдерживанию развития рентгеновской оптики. Но растущие потребности науки и техники в рентгеновской оптике стимулируют финансирование этих разработок.

С другой стороны, источники рентгеновского излучения достаточно дороги, громоздки и мало доступны, что отрицательно сказывается на широком исследовании и использовании рентгеновской оптики, что тоже тормозит ее развитие.

В области создания рентгеновских лазеров одной из самых важных является проблема создания достаточно эффективных рентгеновских резонаторов для обеспечения обратной связи.

Последние несколько лет ведутся работы по созданию преломляющей рентгеновской оптики. Раньше возможность ее создания ставилась под сомнение. Позже было показано, что существует принципиальная возможность ее создания. Кроме этого, были предложены и рассчитаны конкретные схемы объектов преломляющей рентгеновской оптики. К настоящему времени появились экспериментальные работы, в которых подтверждена возможность ее' создания на простых примерах. Были созданы рентгеновские микролинзы и системы продольно расположенных микролинз, работа которых хорошо согласуется с теорией. Позже были предложены и рассчитаны другие элементы преломляющей рентгеновской оптики— мультилинзы и мультипризмы. Можно сказать, что преломляющая рентгеновская оптика только делает свои первые шаги.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались теоретические методы исследования: аналитические выводы и численные оценки. Расчёты рентгенооптических систем проводились на основе электродинамики сплошных сред: методы геометрической оптики, модифицированные для рентгеновского излучения, методы оптики скользящего падения, в частности, методы, разработанные А. В. Виноградовым и др.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Концентрическое расположение N кольцевых микролинз повышает плотность потока собираемого в их общем фокусе излучения в N раз, а апертуру такой системы — приблизительно в 2N раз по сравнению с отдельной сферической микролинзой с тем же радиусом кривизны R.

Для рентгеновского и нейтронного излучения радиусы кривизны микролинз, составляющих указанную систему, лежат в пределах R = 0,01 н- 0,0001 см, а характерные фокусные расстояния— в пределах /=0,1 -10 см;

2. Для рентгеновского излучения с длинами волн А = 1 — 30 А для создания систем микролинз наилучшими являются материалы, состоящие из химических элементов с зарядами ядер Z = 1 6 с возможными примесями из лёгких элементов с Z > 6.

В области длин волн X = 100 1000 А для различных металлических и диэлектрических материалов наилучшей является толщина микролинзы, близкая к 1000 А.

Для нейтронного излучения с длинами волн X = 1 30 А для создания систем микролинз наилучшими являются материалы с максимальной концентрацией рабочего изотопа;

3. В системах концентрически расположенных кольцевых микролинз с общим фокусом имеют место специфические аберрации. К последним относятся: а. "Разброс фокусов микролинз" в системе микролинз, возникающий вследствие несовпадения их фокусов, что приводит к хаотическому размыванию изображения, получаемого системой микролинз; б. "Кольцевые фокусы", возникающие вследствие рассогласования значений корректирующих углов микропризм и радиусов кривизны кольцевых микролинз в системе микролинз. Вследствие этого изображение точки имеет форму замкнутой линии, близкой к кольцу; в. "Угловые аберрации", которые появляются при построении изображений в системе микролинз, снабженных корректирующими микропризмами, из-за поворота последними проходящих через них потоков излучения на малые углы ап. В результате отдельные микролинзы формируют изображения, расположенные под различными углами друг относительно друга;

4. Плазменный источник рентгеновского излучения с характерным размером р в сочетании с отражателем, образованным совокупностью зеркал, плотно покрывающих полусферу, причём каждое из них, в свою очередь, состоит из совокупности вложенных отражающих поверхностей, близких к полусферам с характерными размерами Rg »р, концентрирует рентгеновское излучение в объёме с размерами порядка р;

5. Минимальный продольный размер устройств, использующих оптику скользящего падения и работающих в режиме распространения волн (например, рентгеновских) вдоль вогнутых поверхностей путём многократных отражений под углами скольжения в <вс = yflS, равен NA, где N— число отражений волн, X — длина волны, 9С — критический угол скольжения, 5 — декремент преломления материала поверхности;

6. Замыкание рентгеновского излучения, распространяющегося путём многократных отражений под углами скольжения в <0C = ^2S вдоль вогнутых криволинейных поверхностей, образующих резонатор, формирует пучок лазерного рентгеновского излучения с типом симметрии, определяемым свойствами симметрии отражателей резонатора (вс — критический угол скольжения, д — декремент преломления материала поверхности).

Достоверность полученных результатов. Достоверность защищаемых положений и других результатов диссертационной работы, с одной стороны, находят своё подтверждение в аналитических выводах, основанных на геометрической оптике применительно к рентгеновскому диапазону и конкретных численных расчётах. С другой стороны, эксперименты, проведённые другими авторами по частично пересекающейся тематике и опубликованные в печати, находятся в хорошем качественном и количественном согласии с полученными выводами и также подтверждают полученные результаты.

1. Правомерность первого защищаемого положения подтверждается аналитическими выводами, численными расчётами, при которых использовались те же приближения, что и у других авторов. Кроме того, достоверность полученных результатов по мультилинзам и мультипризмам подкрепляется экспериментами, проведёнными с рентгеновскими микролинзами и с продольными системами микролинз— составными рентгеновскими линзами (A. Snigirev, V. Kohn at al. (1996—1998), P. FJleaume (1998), Ю. И. Дудчик, H. H. Кольчевский at al. (1998), В. E. Асадчиков, А. В. Виноградов и др. (2001), JI. Г. Шабельников, Р. Э. Александрович и др. (2002)). Эксперименты по прохождению рентгеновских лучей через алмазные микропризмы

А. Г. Турьянский, Р. А. Пиришн, и др. (2001)) и алмазные бипризмы (Л. Г. Шабельников, И. А. Щёлоков и др. (2002)) также подтверждают результаты, касающиеся микропризм в мультилнзах и мультипризмах.

Возможность создания мультилинз и мультипризм подтверждается технологиями, на основе которых созданы рентгеновские зонные пластинки

N.M.Ceglio (1981)), и особенно— рентгеновские киноформные линзы (В. В. Аристов, А. И. Ерко (1991)). Последние имеют геометрию и характерные размеры, аналогичные характеристикам мультилинз и мультипризм. О возможности создания мультилинз и мультипризм также свидетельствуют технологии изготовления составных рентгеновских линз (А. Н. Артемьев, А,. А. Снигирёв (2004), В. П. Назъмов, Е. Ф. Резникова (2004)).

2. Правомерность второго защищаемого положения подтверждается расчётами на основе существующих теорий и экспериментальных данных приведённых во многих монографиях: по рентгеновской оптике (М А. Блохин (1957), А. В. Виноградов, И. А. Врытое и др. (1989), А. Мшистт (1989)), по вакуумному ультрафиолетовому излучению (ЗайдельА. Н., ШрейдерЕ.Я. (1976)) и по физике нейтронов (Ю.А.Александров (1982), Н.А.Власов (1971)).

3. Правомерность четвёртого, пятого и шестого, защищаемых положений подтверждается теоретическими расчётами коэффициентов отражения зеркал /^работающих в режиме скользящего падения и экспериментальными данными Rr для разных поверхностей и длин волн многих авторов {И. В. Кожевников (1989), А.В.Виноградов, Н. Н. Зорев и др. (1985), М. Е. Плоткин, В. А. Слемзин (1985), А. В. Виноградов, Н. А. Коноплев и др. (1982), А. V. Vinogradov, I. V. Kozhevnikov atal. (1983), А.В.Виноградов, А. Н. Ораевский (2001), А.В.Виноградов, В.Ф.Ковалев и др. (1985), А. В. Виноградов, В. М. Елинсон и др. (1987), Ф. Ф. Комаров, А. И. Наумович и др. (1986), А. В. Виноградов, И. В. Кожевников (1984), В. А. Аркадьев, М. А. Кумахов (1986)).

4. Правомерность четвёртого и пятого защищаемых положений в аспекте, касающемся выводов для широкоугольного и "тонкого" концентраторов, частично подтверждается результатами работы (А. В. Виноградов, О. И. Толстихин (1989)).

5. Дополнительно правомерность четвёртого защищаемого положения подтверждается результатами работы, в которой, в частности, обоснована не-' зависимость длины пути излучения с длиной волны Л, распространяющегося под углами скольжения 9<9С = *J2S вдоль криволинейных поверхностей, от числа отражений N (И. В. Кожевников (1989)).

6. Дополнительно правомерность шестого защищаемого положения подтверждается как теоретическими, так и экспериментальными результатами статьи (А. В. Виноградов, В. Ф. Ковалев и др. (1985)).

Научная новизна полученных результатов.

В задачах преломляющей оптики (1, 2 и 3-е защищаемые положения)

1. Высказана и обоснована принципиальная возможность создания преломляющей рентгеновской оптики на основе систем микролинз и микропризм. Обоснована возможность использования приближения тонкой линзы для рентгеновских микролинз (1999).

2. Предложены конструктивные схемы собирающих и рассеивающих рентгеновских линз, а также рентгеновских призм, для которых предложен термин—мулътилинзы и мультипризмы.

3. Сформулирован комплекс рекомендаций технологического и инженерно-конструкторского характера по созданию элементной базы и устройств мультиэлементной преломляющей оптики (1999—2003).

Получены формулы для расчёта характеристик мультилинз и мульти-призм, таких как фокусное расстояние микролинз, корректирующие углы корректирующих микропризм, коэффициенты ослабления и др. Произведены некоторые расчёты оптических свойств предлагаемых рентгснооптичсских систем для конкретных параметров материалов (1999—2003).

3. Обоснованы рекомендации по выбору диапазонов длин волн, для которых целесообразно создание мультилинз: в области вакуумного ультрафиолетового излучения и ближней части мягкого рентгеновского излучения (Я = 100 1000 А), а также в дальней части мягкого рентгеновского излучения и ближней части жесткого рентгеновского излучения (Я = 1 30 А), где, в частности, создание дифракционной и многослойной рентгеновская оптики про-' блематично (1999).

Показана возможность использования мультилинз и мультипризм для нейтронного излучения с длинами волн X = 1 30 А (2003).

4. Даны рекомендации относительно выбора химических элементов, входящих в состав материалов для мультилинз (1999—2003).

Сделаны численные оценки поглощения рентгеновского излучения с длинами волн X = 0,1 -г- 3 А для бериллия, алмаза и полиэтилена, а также предложен ряд других материалов, из которых можно изготавливать мультилинзы (2003).

Для нейтронов даны рекомендации по выбору изотопного состава материалов для мультилинз и мультипризм (2003).

5. Выявлены и проанализированы геометрические и оптико-физические факторы, снижающие чёткость изображений, получаемых с помощью мультилинз:

В вопросах создании концентраторов рентгеновского излучения (4 и 5-е защищаемые положения)

6. Предложены оптические схемы концентраторов для рентгеновского и вакуумного ультрафиолетового излучения, состоящих из зеркал скользящего падения: а) концентратор, содержащий систему вложенных криволинейных зеркал скользящего падения, расположенных на полусфере; б) "тонкий" рентгеновский концентратор.

В вопросах создания резонаторов рентгеновского излучения (6-е защищаемое положение)

7. Предложено несколько схем резонаторов для рентгеновского и вакуумного ультрафиолетового излучения, работа которых основана на законах оптики скользящего падения: а) простой кольцевой резонатор (2001); б) кольцевой резонатор с возвратным кольцом (1998); в) резонатор с "грушевидными" отражателями (2004); г)резонаторы с "возвратными" зеркалами

2001); д) "полукольцевой"резонатор (2003).

Рассчитаны оптико-физические характеристики предложенных рентгеновских резонаторов и получены условия, при которых они могут осуществлять обратную связь в лазерах.

Научная ценность работы. В 1, 2 и 3-м защищаемых положениях обоснована возможность нового направления рентгеновской и нейтронной оптики— мультиэлементной преломляющей оптики1. Элементную базу её составляют мультилинзы и мультипризмы, которые формируются из согласованно работающих микролинз и микропризм. Часть рабочей области длин волн мультиэлементной преломляющей оптики лежит в диапазоне более жёсткого рентгеновского излучения, чем многослойная и дифракционная рентгеновская оптика.

Другая рабочая область лежит в диапазоне вакуумного ультрафиолетового излучения: от 1000 А до 100 А, для которого до настоящего времени возможность осуществления преломляющей оптики не была доказана.

Для нейтронов с длинами волн от 1 А до 30 А продемонстрирована возможность создания мультиэлементной преломляющей нейтронной оптики — аналога мультиэлементной преломляющей рентгеновской оптики.

Тем самым создаётся основа для представления техники рентгеновской оптики, оптики вакуумного ультрафиолетового излучения и нейтронного излучения в неосвоенные и малоосвоенные области длин волн.

Широкоугольный концентратор, предложенный в 4-м защищаемом положении, способен собирать и фокусировать рентгеновское излучение от компактного источника рентгеновского излучения с телесного угла близкого к

1 Термин предложен Б. Н. Пойзнером.

4тс и превосходит предложенные ранее по количеству собираемого от источника излучения.

Тонкий" рентгеновский концентратор, предложенный в 5-м защищаемом положении, имеет небольшие продольные размеры.

В 6-м защищаемом положении предложен ряд новых рентгеновских резонаторов, которые обеспечивают обратную связь в рентгеновских лазерах.' Для данных резонаторов рассчитаны коэффициенты отражения рабочих поверхностей и критические инверсии при превышении которых резонаторы будут осуществлять обратную связь в рентгеновских лазерах.

Найдены условия функционирования предложенных резонаторов, в частности, получены формулы для критической инверсии, с превышением которой в резонаторе возможно осуществление обратной связи в рентгеновских лазерах.

Отметим, что из тридцати наиболее важных проблем стоящих перед физикой в XXI в., по В. JI. Гинзбургу, на двенадцатом месте стоит задача создания лазеров рентгеновского и гамма- диапазонов (В. JI. Гинзбург (2001)).

Практическая значимость. Мультиэлементные преломляющие системы — мультилинзы и мультипризмы, рассмотренные в 1 —3-м защищаемых положениях, позволяют работать с электромагнитным излучением в диапазонах Я « 1000 -М00 А и Я «30-Н А. Аналогичная оптика реализуема для нейтронного излучения с длинами волн Я « 30 -s-1 А. Дифракционные и интерференционные рентгенооптические системы — зонные пластинки и многослойные зеркала, работают в области длин волн Я « 1000 100 А, но в области Я « 30 1 А их создание проблематично, что придаёт дополнительную привлекательность мультиэлементной преломляющей оптике.

Мультилинзы и мультипризмы пригодны для создания рентгеновских и нейтронных микроскопов, телескопов, спектрометров и других сложных приборов, работающих в диапазоне длин волн Я« 1000-ь 100 А и в области Я w 30 1 А для электромагнитного излучения, а также для нейтронного излучения с длинами волн в диапазоне Я « 30 1 А.

Возможность получения высокой степени концентрации рентгеновского или нейтронного излучения в фокус мультилинз делает их во многих случаях более предпочтительными, чем отдельные микролинзы или составные линзы, которые являются системами микролинз, расположенных вдоль оптической оси.

В технологическом аспекте разработаны рекомендации по выбору конфигурации и материалов для изготовления мультилинз и мультипризм. Показано, что их целесообразно выполнять из множества микролинз и микропризм с характерными размерами Я = 0,01 0,0001 см и меньше. При этом микролинзы и микропризмы должны быть определённым образом сориентированы в пространстве. Даны условия согласования работы микролинз и микропризм в мультилинзах.

Мультиэлементная преломляющая оптика может быть использована для создания сложных оптических приборов, таких как микроскопы, телескопы, спектрографы, которые могут работать в области вакуумного ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов, а также в области длинноволнового нейтронного излучения.

Предложенные в 4 и 5-м защищаемых положениях концентраторы пригодны для получения высоких плотностей излучения вакуумного ультрафиолетового, рентгеновского и нейтронного излучения. В частности, широкоугольный и "тонкий" рентгеновские концентраторы пригодны для осуществления фотонакачки в плазменных рентгеновских лазерах, в спектрографах, в рентгеновских датчиках.

Широкоугольный рентгеновский концентратор позволяет собирать и концентрировать рентгеновское излучение от компактного источника с телесного угла близкого к Аж.

Возможна минимизация до значения NX продольных размеров устройств, в которых используется режим распространения волн, например рентгеновских, вдоль вогнутой поверхности путем многократных отражений под углами скольжения 0<вс = \/2S. В "тонком" рентгеновском концентраторе возможно сокращение его габаритов вдоль оптической оси по сравнению с поперечными размерами. Проведённые исследования демонстрируют, что в ряде ситуаций функциональные возможности концентратора аналогичны линзам, но позволяют выигрывать в габаритах и расходе материала.

Предлагаемые в 6-м защищаемом положении резонаторы обеспечивают положительную обратную связь в рентгеновских лазерах. В настоящее время в немногочисленных рентгеновских лазерах резонаторы, как правило, не используются, излучение происходит в однопроходном режиме (или режиме излучения). Предлагаемые резонаторы способны существенно повысить мощность излучения лазеров и улучшить когерентность излучения рентгеновских лазеров, которые в этом случае способны работать в режиме генерации.

Большая часть предложенных резонаторов позволяют формировать аксиально-симметричные пучки лазерного рентгеновского излучения.

Найдены условия, при которых коэффициент отражения рентгеновских лучей К в отражателях резонаторов под малыми углами скольжения достигает 0,5 и выше.

Личный вклад автора. Представленные в диссертационной работе выводы получены лично автором. Им был внесен определенный вклад, выраженный в выборе программы исследования, постановке целей и задач, а также проведены все необходимые работы, связанные с достижением поставленных целей и решением поставленных задач.

Апробация работы. По материалам диссертации опубликованы статьи, тезисы докладов, обзор. По вопросам, обсуждаемым в диссертации, проводились доклады на семинарах и на различных конференциях, в том числе и на международных.

Основные результаты работы докладывались на семинарах Института сильноточной электроники (ИСЭ СО РАН), г. Томск, 1990 г. и 2003 г.; Томского политехнического университета ТПУ, Томск, 1991 г.; Томского государственного педагогического института ТГПИ, г. Томск, 2000 г.; Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), г. Томск, 2002 г.; Томского государственного университета (ТГУ), г. Томск, 2000 г.

Основные результаты работы докладывались на IV межвузовской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь, наука и образованйе: проблемы и перспективы" в Томском государственном педагогическом институте, г. Томск, 2А—29 апреля 2000 г.; На региональной . научно-практической конференци "Сибирская школа молодого ученого", г. Томск, 21—23 декабря 1998 г.; В Томском государственном педагогическом университете, на 4-й, 5-й и 6-й международных конференциях "Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул" (ИЛПАМ—99, ИЛПАМ—2001 и ИЛПАМ—2003) в Институте оптики атмосферы СО РАН, г. Томск, 1999 г., 2001 г. и 2003 г.

Благодарности коллегам по работе, научному руководителю и консультантам. Приятной обязанностью автора, является возможность поблагодарить специалистов, которые сыграли положительную роль при написании данной диссертации: доктору физ.-мат. н., проф., В. Г. Багрову, доктору тех. п., А. И. Литвину, кандидату физ.-мат. н., доц., Б. Н. Пойзнеру, кандидату физ.-мат. н., доц., Е. Н. Тельминову. доктору тех. н., А. С. Тоболкину.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 171 странице, из которых 32 составляют приложения. В основном тексте содержится 40 рисунков и 4 таблицы.

Диссертация состоит из следующих частей: введения, четырёх глав, заключения, списка библиографических ссылок и семи приложений.

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цели работы, защищаемые положения, научная новизна, практическая значимость работы и структура диссертации.

Выводы главы 4

Способность гладких поверхностей, работающих на оптике скользящего падения, поворачивать рентгеновское излучение на углы до 360° позволяет создавать различные типы рентгеновских резонаторов для рентгеновских лазеров с коэффициентом отражения рентгеновских лучей К который может доходить до 0,5 и выше.

Предложено и рассмотрено несколько схем рентгеновских резонаторов для рентгеновских лазеров, работающих на основе рентгеновской оптики скользящего падения: а) простой кольцевой резонатор; б) кольцевой резонатор с возвратным кольцом; в) резонатор с грушевидными отражателями; г) резонаторы с возвратными зеркалами; д) полукольцевые резонаторы, в которых в качестве отражателей используются зеркала скользящего падения и многослойные зеркала (смешанная рентгеновская оптика).

Обоснованно, что предложенные аксиально-симметричные и аксиально-несимметричные резонаторы, обеспечивают управление геометрическими и энергетическими характеристиками рентгеновского и вакуумного ультрафиолетового излучения в лазерах и могут обеспечить положительную обратную связь. Получены критические инверсии для некоторых типов резонаторов, при превышении которой они могут обеспечивать обратную связь. Ограничения на рост энергии излучения в резонаторе связано со свойствами поверхности и материала, из которого он выполнен.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Высказана и обоснована принципиальная возможность создания преломляющей рентгеновской оптики на основе микролинз и микропризм. Впервые предложены схемы создания собирающих и рассеивающих рентгеновских линз, а также рентгеновских призм состоящих из согласованно работающих микролинз и микропризм, для которых был предложен термин — мультилинзы и мультипризмы. Произведены расчеты оптических свойств, предлагаемых рентгенооптических систем;

2. Теоретически показано, что создание наиболее эффективной преломляющей рентгеновской оптики возможно в области рентгеновского излучения X = 1 - 30 а (от 1,9 кэВ до 12,4 кэВ);

3. Найдено, что наиболее подходящими материалами для преломляющей рентгеновской оптики являются вещества, состоящие из элементов с Z = 1 + 6 с возможными примесями из лёгких химических элементов, заряд ядра которых Z > 6;

4. Обоснована возможность создания мультиэлементной преломляющей оптики для жесткой части вакуумного ультрафиолетового излучения X = 400 + 1000 а и для ближней части мягкого рентгеновского излучения X = 100 + 400 а. В этом диапазоне применимы многие материалы (Al, Sn, Cd, Be, Mg, С, Ti, Se, Те, Ag, Au, In, Bi, Cr, Sb, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Zn, Ga, Ge, Si, Ir, Pb,. SiO, S1O2, AI2O3, MgO, BeO) толщина которых должна быть, как правило, не более 1000 А, что следует из экспериментальных данных;

5. Показана возможность создания мультиэлементной преломляющей оптики для нейтронного излучения с рабочим диапазоном X 1 + 30 а;

6. Найдены возможные дефекты свойственные мультиэлементной преломляющей оптике. С одной стороны это дефекты свойственные как для пре ломляющей рентгеновской оптики, так и для преломляющей оптики видимого диапазона. С другой стороны дефекты присущие только преломляющей рентгеновской оптике и не свойственные преломляющей оптике видимого диапазона;

7. Предложено два концентратора рентгеновского излучения.

В широкоугольном концентраторе система вложенных зеркал скользящего падения дает возможность для сбора излучения от компактного источника с поверхности близкой к телесному углу 4я.

Использование явления независимости количества отражений от длины транспортировки рентгеновских квантов вдоль поверхности скольжения дает возможность создания "тонких" рентгеновских концентраторов с малыми продольными размерами;

8. Рассмотрено несколько схем рентгеновских резонаторов для рентгеновских лазеров, работающих на основе рентгеновской оптики скользящего падения: а) простой кольцевой резонатор; б) кольцевой резонатор с возвратным кольцом; в) резонатор с грушевидными отражателями; г) резонаторы с возвратными зеркалами; д) полукольцевой резонатор на смешанной оптике.

Рассчитаны характеристики предложенных резонаторов и получены условия, при которых они могут осуществлять обратную связь в рентгеновских лазерах и лазерах вакуумного ультрафиолетового диапазона;

Современные достижения в области микро- и нанотехнологий открывают реальную возможность для создания мультилинз и мультипризм. Это приведёт рассмотрение мультиэлементной преломляющей оптики из теоретической плоскости в практическую.

Создание мультилинз и мультипризм открывает широкие перспективы для их внедрения и использования во многих приложениях, таких как рентгеновская и нейтронная микроскопия, рентгеновская и нейтронная томография, голография, спектроскопия и многие другие.

1.БорнМ., Вольф Э. Основы оптики: Пер. с англ.— М.: Наука.—■-1973.—720 с.

2. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред.— М.: Наука.— 1982.— 624 с.

3. Ъ.БлохинМ.А. Физика рентгеновских лучей.— М.: ГИТТЛ. 1957.—518 с.

4. А. Виноградов А. В., БрытовИ.А., Грудинский А. Я., Коган М. 71, Кожевников И. В., Слемзин В. А. Зеркальная рентгеновская оптика.— Л.: Машиностроение.— 1989.— 463 с.

5. Мишетт А. Оптика мягкого рентгеновского излучения: Пер. с англ.— М.: Мир. 1989.— 352 с.

6. АндервудДо/с. X., АттвудД. Т. Возрождение рентгеновской оптики// Успехи физических наук.— 1987.— Т. 151.— № 1.— С. 106—117.

7. Рентгеновская оптика и микроскопия: Пер. с англ. под ред. А. В. Виноградова / Сб. под ред. Г. Шмаля, Д.Рудольфа.— М.: Мир.— 1987.—464 с.

8. Кожевников И. В. Системы скользящего падения с большим числом отражений / Труды ФИАН (Рентгеновская оптика).— М.: Наука.— 1989. — Т. 196.—С. 143—167.

9. Виноградов А. В., Зорев Н. Н., Кожевников И. В., Якушкин И. Г. Об эффекте полного внешнего отражения рентгеновских лучей // Журнал экспериментальной и теоретической физики.— 1985.— Т. 89.— №6.— С. 2124— 2132.

10. Плоткин М. Е., Слемзин В. А. Расчет и оптимизация разрешения и светосилы зеркальных микроскопов скользящего падения для рентгеновской

11. Виноградов А. В., Коноплев Н. А., Попов А. В. О широкополосных зеркалах для вакуумного ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения// Доклады Академии наук СССР— 1982.— Т. 266.— № 3.— С. 610— 612.

12. Vinogradov А. V., Kozhevnikov I. V., Popov А. V. On wideband mirrors for soft X-ray region // Opt. Commun — 1983 — Vol. 47 — № 6 — P. 361—363. '

13. Виноградов А. В., Ораевский A. H. Волны шепчущей галереи // Copo-совский образовательный журнал.— 2001.— Т. 7.— № 2.— С. 96—102.

14. Виноградов А. В., Ковалев В. Ф., Кожевников И. Я, Пустовалов В. В. Вогнутые поворотные зеркала рентгеновского диапазона. I // Журнал технической физики — 1985.— Т. 55.— № 2.— С. 244—250.

15. Виноградов А. В., Ковалев В. Ф., Кожевников И. В., Пустовалов В. В. Дифракционная теория скользящих мод в вогнутых зеркалах и резонаторах рентгеновского диапазона. II// Журнал технической физики.— 1985.— Т. 55.—№ 3.— С. 567—574.

16. Комаров Ф. Ф., Наумович А. Я., Самусевич. Г. Г., Александров П. А., КумаховМ.А. Поворот пучков рентгеновских квантов при скользящих отражениях на изогнутой поверхности твердых тел // Поверхность: Физика, химия, механика —1986 —№ 6.—С. 31—35.

17. Виноградов А. В., Кожевников И. В. О свойствах волноводов рентгеновского "диапазона // Журнал технической физики.— 1984.— Т. 54.— № 9.— С. 1755—1762.

18. Аркадьев В. А., КумаховМ.А. Многократное отражение рентгеновского излучения на изогнутой поверхности // Поверхность: Физика, химия, механика — 1986.—№ 10 — С. 25—32.

19. Vetterling W. Г., PoundR. Measurements on an X-ray light pipe at 5.9 and 14.4 keV// J. Opt. Soc. Amer.— 1976.—Vol. 66.—№ 10.—P. 1048—1049.

20. Аркадьев В. А., Коломийцев А. И., КумаховМ.А., Пономарев И. Ю., Ходеев И. А., Чертов Ю. П., Шахпаронов И. М. Широкополосная рентгеновская оптика с большой угловой апертурой// Успехи физических наук.— 1989.— Т. 157.—№ 3 — С. 529—537.

21. Рентгеновские лучи / Сб. под ред. М. А. Блохина.— М.: Изд-во иностранной литературы.— 1960.— 468 с.

22. Виноградов А. В., Кожевников If. В. Оптика мягкого рентгеновского диапазона: состояние и проблемы. Труды ФИАН (Рентгеновская оптика). М.: Наука. — 1989.— Т. 196.— С. 4—17.

23. Кузьмин Р. Н. Рештеновская оптика// Соросовский образовательный журнал.— 1997.—№ 2.— С. 92—98.

24. SnigirevA., Kohn V., Snigireva I. et al. // Nature.— 1996.— V. 384.— №7.—P. 49—51.

25. Snigirev A, Kohn V., Snigireva I., Lengeler B. Focusing high-energy x rays by compound refractive lenses // Applied Optics.— 1998.— V. 37.— № 4.— P. 653—662.

26. Elleaume P. II J. Synchrotron Rad — 1998 — № 5. p. i5.

27. ТуръянскийА. Г., Пиршин Р. А., Хмельницкий Р. А., Гиппиус А. А. Дисперсионные характеристики алмаза в жестком рентгеновском диапазоне длин волн // Физика твердого тела.— 2001.— Т. 43.— № 4.— 619—626 с.

28. Чуриков В. А. Преломляющая рентгеновская оптика. М., 2000.— 31 с. Деп. в ВИНИТИ 20. 12. 2000, № 3205—В00.

29. Чуриков В. А. Собирающая мультилинза для преломляющей рентгеновской и нейтронной оптики// Письма в журнал технической физики.— 2003 — Т. 29.— № 23.— с. 75—83.

30. ЛандсбергГ. С. Оптика — М.: Наука — 1976 — 928 с.

31. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика.— М.: Наука.— 1980.—752 с.

32. ЗайдельА. Н., Шрейдер Е. Я. Вакуумная спектроскопия и её применение.— М.: Наука. — 1976.— 432 с.

33. Александров Ю. А. Фундаментальные свойства нейтронов.— М.: Энергоиздат.— 1982.— 166 с.

34. Власов Н. А. Нейтроны.— М.: Наука.— 1971.— 552 с.

35. Физические величины: Справочник/ Под ред. И.С.Григорьева, Е. 3. Мейлихова.— М., Энергоатомиздат.— 1991.— 1232 с.

36. Сивухин Д. В. Атомная и ядерная физика: Учебное пособие. В 2-х частях. Ч. 1, Атомная физика. Общий курс физики,— Т. V.— М.: Наука.— 1986.—416 с.

37. Гончаров В. А. Оптику изготовливает лазер// Природа.— 1988.— №3.—С. 32—33.

38. Appl. Phys. Lett.— 2000— 77.— P. 2109. URL: http://phys.web.ru/db/msg.html?mid=l 159974&s=260000023.

39. ИЛПАМ—2003) тезисы докладов)."— Томск.— Россия.— 15—19 сентября 2003.

40. Виноградов А. В., Толстихин О. И. Концентраторы мягкого рентгеновского излучения/ Труды ФИАН (Рентгеновская оптика).— М.: Наука. 1989.—Т. 196 —С. 168—181.

41. Чуриков В. А. Концентратор рентгеновского излучения // Вестник ТГПУ (Серия: Естественные науки).— 2000 — № 9(25).— С. 46--Г7.

42. WolierH. И Ann. d. Phys.— 1952. Bd. 10.— S. 94.— 286.

43. КачмарекФ. Введение в физику лазеров.— М.: Мир.— 1981.—542 с.

44. Пойзнер Б. Н. Физические явления в лазерах: механизмы и модели. Томск: Изд-во ТГУ — 1994.— 130 с.

45. Ярив А. Квантовая электроника и нелинейная оптика. М.: Советское радио.— 1973.— 455 с.

46. Elton R. С. X-ray Lasers.— Boston; San Diego; New York; Berkely; London; Sydney; Tokyo; Toronto: Academic Press.— 1990.— 287 p. Русский перевод: Элтон P. Рентгеновские лазеры: Пер. с англ. под ред. А. В. Виноградова.— М.: Мир.— 1994.— 335 с.

47. Высоцкий В. И., Кузьмин Р. Н. Гамма-лазеры.— М.: Изд.-во МГУ.— 1989.—176 с.

48. Бушуев В. А., Кузьмин Р. Е. Лазеры рентгеновского диапазона длин волн // Успехи физических наук.— 1974.— Т. 114.— № 4.— с. 677—686.

49. Петрам Г. Г. Импульсные газоразрядные лазеры // Успехи физических наук.— 1971.—Т. 105.—№ 4 с. 645—676.

50. Молчанов А. Г. Лазеры в вакуумной ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра// Успехи физических наук.— 1972.— Т. 106.— № 1.— С. 165—173.

51. ЧаплинДж., BydJI. Рентгеновские лазеры// Успехи физических наук.— 1977.— Т. 121.—№ 2.— С. 331—344.

52. Виноградов А. В., Собелъман И. И., Юков Е. А. Об инверсии населенности на переходах неоноподобных ионов// Квантовая электроника.—1 1977.—Т. 4.—№ 1.—С. 63—68.

53. Виноградов А. ВШляпцев В. Н. Коэффициент усиления в диапазоне 100-1000 А в однородной стационарной плазме// Квантовая электроника.— 1983.—Т. 10.—№3.—С. 516—508.

54. ЭттвудД., Холбак 1С, Кванг-Дже Ким. Перестраиваемое когерентное рентгеновское излучение// Успехи физических наук.— 1989.— Т. 159.— №1.— С. 125—142.

55. Эпп В. Я., Чуриков В. А. Релятивистский гармонический осциллятор // Известия ВУЗов. Физика.— 1984 — № 8.— С. 121—122.

56. Ривлин Л. А. II Вопросы радиоэлектроники.— 1962.— Сер. 1.— Вып. 6.— С. 60—67.1..BondW.L., Duguay P. М., RentzepisP.M. И Appl. Phys. Lett.— 1967.— Vol. 10.—P. 216.

57. Deslattes R D. И Appl. Phys. Lett.— 1968.— Vol. 12.— P. 133.

58. Cotterill R. M. J. // Appl. Phys. Lett — 1968 — Vol. 12.— P. 403.

59. Matthews D. L., Hagelstein P. L., Rosen M. D. et al. Demonstration of a Soft X-Ray amplifier// Physical Review Letters.— January 14.— 1985.— Vol. 54.— №2.— P. 110—114.

60. Nilson D. G., Brown S. ВKeane C. J., Macgowan B. J., Matthews D. L., TrebesJ. E., WoodO. R., Silfvast W. T. Soft X-ray laser pointing and focusing experiments // Laser and Particle Beams — 1988 — Vol. 6 — № 2 — P. 751—756. '

61. Виноградов А. В., Ковалев В. Ф., Кожевников И. В., Пустовалов В. В. Мода шепчущей галереи, вогнутые поворотные зеркала и резонаторы для излучения мягкого рентгеновского диапазона: ТТрепр. ФИАН СССР.— №» 9.— М., 1984.—50 с.

62. Виноградов А. В., Ковалев В. Ф., Кожевников И. Я, Пустовалов В. В. Дифракционная теория скользящих мод в вогнутых зеркалах и резонаторах рентгеновского диапазона. II// Журнал технической физики.— 1985.— Т. 55.—№ 3.— С. 567—574.

63. Чуриков В. А. Кольцевой резонатор для рентгеновского лазера // Вестник ТГПУ.— 1998.— № 5.— С. 56—57.

64. Чуриков В. А. Резонатор для рентгеновского излучения с грушевидными отражателями// Квантовая электроника.— 2003.—Т. 33.— №11. (iChurikov V. A. X-ray resonator with pear-shaped reflectors // Quantum Electronics.—2003.—№ 11.—P. 1007—1008.).

65. Ривлин Л. А. Источник когерентного гамма-излучения на основе цепной реакции индуцированных ядерных переходов. Заявка на изобретение № 709414/38 огЮ января 1961 г. и № 710508/38 от 1 апреля 1961 г.

66. Вертхейм Г. К. Эффект Мессбауэра. Принципы и применение: Пер. с англ.— М.: Мир.— 1966.— 172 с.

67. Хохлов Р. В. К вопросу о возможности создания у-лазера на основе радиоактивных кристаллов // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики.— 1972.—Т. 15.—№ 15.—С. 580—583.

68. Ильинский Р. ВХохлов Р. В. И Успехи физических наук.— 1973.— Т. 110.— № 3.— С. 449—450.

69. Вагнер Р. Рост кристаллов по механизму пар—жидкость—кристалл / Сб. "Монокристаллические волокна и армированные ими материалы".— М.: Мир.— 1973.— С. 42—117.

70. БережковаГ. В. Нитевидные кристаллы.— М.: Наука.— 1969.—158 с.

71. Гиваргизов Е. И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара—М.: Наука — 1977.—303 с.

72. Бушуев В. А., Кузьмин Р. Н. Проблемы создания лазеров рентгеновского диапазона длин волн.— М.: Знание.— 1976.— 56 с.

73. Чуриков В. А. Способ получения инверсии населенности уровней в гамма-лазерах на ядерных изомерах // Вестник ТГПУ.— 1988.— № 5.— С. 55. •

74. Чуриков В. А. К вопросу создания i-амма-лазера // Оптика атмосферы и океана.— 1999.— Т. 12.—№ 11.—С. 1010—1012.

75. Летохов В. С. К проблеме создания у-лазера на ядерных изомерах // Журнал экспериментальной и теоретической физики.— 1973.— Т. 64.— №5—С. 1555—1567.

76. Letokhov К S. // Opt. Согапшп.— 1973.— Vol. 7.—Р. 59.

77. Гольданский В. //., Каган Ю.М. О принципиальной возможности осуществления ядерного у-лазера // Журнал экспериментальной и теоретической физики.— 1973 — Т. 64.—№ 1.— С. 90—97.

78. Baldwin G. С., Khokhlov К V. И Phis. Today.— 1975 — № 8,— P. 32.

79. Baldwin G. С., Salem J. C., GoVdanskii V. I. II Rev. Mod. Phis.— 1981. Vol. 53.—P. 687.

80. Летохов В. С. Нелинейные селективные фотопроцессы в атомах и молекулах.— М.: Физматгиз.— 1983.

81. Джеффрис К. Динамическая ориентация ядер.— М.: Мир.—-1965.—320 с.

82. Churikov V. A. Dynamic orientation of active nucleuses in gamma-ray lasers as a way of management of radiation / The 5-th International Conference "Atomic and Molecular Pulsed Lasers".— Tomsk.— Russia.— September 10— 14.—2001. P. 67.

83. Blin-Stoyle R J., GraceM. A, HalbanH.II Progr. Nucl. Phys.— 1953.—Vol. 3.—P. 63.

84. SteenlandM. J., Tolhoek H. A. H Progr. Low. Temp. Phys.— 1953 — Vol. 3.—P. 63.

85. AbrahamM, Kedzie R. W., Jeffries C. D. II Phis. Rev— I960.— Vol. 117.—P. 1070.

86. Q1. Mareuse D. ИProc. IEEE.— 1963.— Vol. 51.—P. 865.

87. СэндиджА. Взрывающиеся галактики// Природа.— 1965.— №. 7.—С. 41—52.

88. Кузьмин Р. Н. Гамма-лазеры: новые идеи.— М.: Знание.— 1978.—54 с.

89. Ривлин Л. А. О стимулировании образования релятивистских атомов позитрония// Квантовая электроника.— 1979.— Т. 6.— №3.— С. 594— 597.

90. Ривлин Л. А. Оптическое стимулирование электрон-позитронной аннигиляции (возможности эксперимента)// Квантовая электроника.— 1976.—Т. 3.—№ 11.— С. 2413—2417.

91. Намиот В. А. О позитронных и мессбауэровских источниках когерентного гамма-излучения.— Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук.— М.: МГУ.— 1975,— 17 с.

92. Розенталь И. Л., Усов В. В., Эстулин И. В. Космическая у-спектроскопия // Успехи физических наук.— 1979.— Т. 127.— № 1.— С. 135.

93. Бете Г., Солпитер Э. Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами.— М.: Гос. изд.-во физ.-мат. лит.-ры.— 1960.— 563 с.

94. Чуриков В. А. Особенности кинетики излучения аннигиляционных гамма-лазеров // Известия вузов. Физика.— 2003.— № 12.— С. 82—84.

95. Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Квантовая электродинамика.— М.: Наука.— 1989.— 724 с.

96. Звелто О. Физика лазеров.— М., Мир.— 1979.— 375 с.

97. РАЗНОФОКУСНЫЕ МУЛЬТИЛИНЗЫ С ПРИЗМАТИЧЕСКИМИ МИКРОЛИНЗАМИ

98. Если несущая поверхность мультилинзы, на которой расположены микт ролинзы и корректирующие микропризмы, не сферическая, тогда фокусные расстояния у разных микролинз будет разной, поэтому такие мультилинзы будем называть разнофокусными.

99. Предполагая, что поток рентгеновского излучения падает на микропризмы параллельно ее оптической оси. Закон преломления для микролинзы с обеих сторон будетsin(р™ = п'sin (р™, sin х™ «'sin

100. Для углов в микропризмах справедливы соотношения

101. Ш л .tn „и I .,/и „w ,,ш „#ш

102. Pi >/2 =<Рг + Zi>a =/2 -Zi •

103. Рисунок П1. 1 — Устройство и работа призматических микролинз на плоской несущей поверхности

104. Простые преобразования дают соотношение для углов ат через углы Ух и 7 2ат = у2 ~ arcsin