9.3. Эффект Боррмана

Аномальное прохождение рентгеновских лучей через кристалл, впервые полученное Боррманом [39, 40], является на первый взгляд удивительным явлением: пропускание излучения толстым совершенным кристаллом может очень сильно возрасти, когда кристалл повернут в точное положение, соответствующее сильному брэгговскому отражению. В случае тонкого кристалла, наоборот, интенсивность прошедшего пучка уменьшается, когда

энергия перекачивается из него для образования дифрагированного пучка.

Это явление есть следствие эффектов поглощения при динамической дифракции и может быть понято в первом приближении, если обобщить наши рассуждения об эффектах поглощения в разд.

9.1.7. Две блоховские волны, как предполагалось на фиг. 9.1, имеют разные коэффициенты поглощения, так как для блоховской волны 2 электроны проходят между рядами атомов, а для блоховской волны 1 они в основном проходят в непосредственной близости от атомов и поэтому имеют ббльшую вероятность поглощения. Из уравнений (9.6) и (9.7) следует, что интенсивность, определяемая интерференционным (косинусным) членом в направлениях падения и дифракции, уменьшается за счет экспоненциального множителя в то же время член с гиперболическим косинусом в обоих случаях состоит из двух частей, которым соответствуют два эффективных коэффициента поглощения С увеличением толщины кристалла интенсивность, отвечающая наибольшему коэффициенту поглощения, убывает быстрее интенсивности, отвечающей интерференционному члену, и для достаточно больших толщин интенсивность определяется только коэффициентом поглощения В таком случае интенсивности в направлениях падающего и дифрагированного лучей будут одинаковы. При условии, что составляет значительную часть интенсивность каждого из этих пучков легко может превысить интенсивность пучка для ориентации, не отвечающей условию дифракции, для которой коэффициент поглощения равен Сопроцесс поглощения рентгеновских лучей в сильной степени локализован, так как он возникает в основном при возбуждении электронов с внутренних оболочек атомов. Таким образом, фурье-преобразование функции поглощения будет очень медленно убывать с расстоянием от начала обратного пространства, и значение соответствующее направлению дифракционного пучка, может оказаться гораздо меньше значения для прямого направления.

Сложность в случае рентгеновских лучей, связанная с векторной природой амплитуд и с эффектами поляризации, изменяет простой скалярный результат. Коэффициенты поглощения для двух волновых полей даются выражением [14]

Два значения для двух поляризаций означают, что будут существовать четыре части пучка с разными коэффициентами поглощения. Часть с наименьшим коэффициентом поглощения может иметь коэффициент поглощения, малый по сравнению с и может дать пучок, который пройдет через кристалл большой толщины и будет почти полностью поляризован.

Например, для прохождения -излучения через кристалл толщиной в поглощение без какой-либо дифракции дает затухание с При условии Брэгга для отражения (220) отношение равно 0,95 и поглощение для четырех частей пучка соответственно равно:

Следовательно, фактически вся прошедшая энергия поступает из одной ветви с -поляризацией. Усиление прохождения по отношению к кристаллу, не находящемуся в отражающем положении, определяется множителем

Вследствие малости углового диапазона, в пределах которого происходит отражение рентгеновских лучей для совершенного кристалла, эффект Боррмана на прохождение дает очень хорошо коллимированные, а также почти совершенно плоскополяризованные рентгеновские лучи. Это позволяет значительно расширить возможности экспериментов, включающих точные измерения на почти совершенных кристаллах, и дает способ для более полного изучения дифракции, поглощения и процессов рассеяния рентгеновских лучей.

Для дифракции электронов поглощение происходит в основном вследствие плазмонного возбуждения, которое дает вклад только в и теплового диффузного рассеяния, которое определяет значение спадающее не очень быстро с углом рассеяния [176]. Отношение обычно невелико и эффект Боррмана неярко выражен

Одно интересное следствие изменений процессов поглощения при условиях дифракции Боррмана заключается в том, что эти изменения в поглощении будут в свою очередь влиять на интенсивность любого вторичного излучения, возникающего в результате поглощения. Таким образом, когда электроны сильно дифрагируют в толстом кристалле, существует изменение рентгеновской эмиссии [121, 307]. Ноулз [258] показал также, что при дифракции нейтронов установление стоячих волновых полей, которые уменьшают плотность нейтронов вблизи ядер атомов, снижает неупругие взаимодействия нейтронов с ядрами, приводящие к -эмиссии. Для рентгеновских лучей соответствующее наблюдение, сделанное Бэттерманом [13, 14], заключается в том, что измерения

интенсивности вторичной флуоресцентной эмиссии из атомов можно использовать для индикации напряженности электрического поля падающего рентгеновского излучения на атомных плоскостях. Недавно сообщалось о ряде дальнейших наблюдений аналогичного характера, включающих картины Кикучи или Косселя, в частности при дифракции электронов; мы обсудим их в гл. 14.

ЗАДАЧИ

(см. скан)