Новаторский спектрометр HELIOS для высокоэнергетических рентгеновских лучей расширяет границы материаловедения

Исследователи, работающие в рамках международного мегапроекта European XFEL, разработали революционный спектрометр Лауэ. Этот прибор позволяет с невиданной ранее точностью измерять рентгеновское излучение с высокой энергией фотонов. Устройство предоставит новые возможности для анализа перспективных материалов, таких как сверхпроводники и компоненты для химических процессов.

Спектральный состав излучения материала несёт важнейшую информацию о физических процессах, происходящих в его недрах. Особенно выделяется рентгеновское излучение, которое способствует получению данных, характерных для каждого химического элемента. Основой традиционных рентгеновских спектрометров служат огранённые кристаллы из кремния либо германия.

European XFEL уникален своей способностью выдавать рентгеновское излучение с крайне высокой энергией. По мере увеличения энергии рентгеновских лучей их взаимодействие с кристаллами снижается, осложняя получение данных. Значительная часть излучения проникает через кристалл, не взаимодействуя с ним — это ограничивает возможности традиционных спектрометров при энергиях свыше 15 килоэлектронвольт (кэВ).

Новая система способна обеспечивать точные результаты при энергиях гораздо выше 15 кэВ. Она использует геометрию, в которой лучи проходят через кристалл и рассеиваются на атомных плоскостях, перпендикулярных поверхности. Примечательно, что эффективность анализатора Лауэ увеличивается с ростом энергии. По своей производительности это устройство превосходит существующие конструкции с динамически изогнутыми анализаторами Лауэ.

«Оптимизированная конструкция с постоянной кривизной и уменьшенным радиусом позволяет создавать анализаторы без значительных искажений, упрощая настройку и измерения с помощью спектрометра Лауэ», — поясняет Федерико Лима, научный сотрудник из команды FXE.

Новое устройство, названное High Energy Laue X-ray Emission Spectrometer (HELIOS), уже смонтировано и готово к использованию всеми заинтересованными исследователями European XFEL. HELIOS обеспечивает невероятно точные измерения, ошибку не более 1.2×10^-4 при энергии фотонов около 18.6 кэВ. В сравнении с традиционными спектрометрами, HELIOS достигает эффективности в 4–22 раза выше.

Это открывает доступ к изучению специфических электронных переходов в 4d-переходных металлах, которые ранее были труднодоступны для анализа. К таким металлам относятся важнейшие технические элементы: ниобий, молибден, рутений, палладий и серебро. Применение можно найти в исследовании материалов, которые могут служить сверхпроводниками либо элементами батарей для эффективного накопления энергии.

Источник: iXBT