Лаборатория рефлектометрии и малоуглового рассеяния

 

Основной задачей лаборатории является развитие рентгеновских методов исследования не полностью упорядоченных систем. К этим методам относятся рентгеновская рефлектометрия, рентгеновская микротомография, и рентгеновское малоугловое рассеяние.

Широко используемый в лаборатории метод рентгеновской рефлектометрии основан на явлении полного внешнего отражения рентгеновских лучей, существование которого было предсказано Комптоном. Однако, тот же Комптон отмечал, что этот эффект никогда не будет использован практически, поскольку шероховатость исследуемых поверхностей будет приводить к значительному рассеянию излучения. Однако в настоящее время технологии обработки поверхности позволяет добиваться такого качества, что среднеквадратичная высота шероховатости составляет единицы ангстрем и менее. В этих условиях регистрация рассеянного излучения позволяет получать количественную информацию о качестве обработки поверхности. С другой стороны, регистрация угловой зависимости коэффициента отражения позволяет получить информацию об изменении структуры приповерхностного слоя (как в твердых веществах, так и в жидкостях), а также о толщинах наносимых тонких (эпитаксиальных) слоев, включая интерфейсы.

Максимальную информацию об окружающем нас мире мы получаем посредством зрения. Отсюда следует, что зрительное восприятие внутренней структуры непрозрачных объектов является давней мечтой человечества. Одним из способов реализации стало использование рентгеновской (компьютерной) микротомографии. Однако достигаемое на серийных приборах неразрушающего контроля пространственное разрешение в настоящее время не превышает 0,5 мм, что в ряде случаев недостаточно. Повышение разрешения является задачей рентгеновской микротомографии. В лаборатории разработаны и используются рентгеновские микротомографы, позволяющие достичь разрешения вплоть до 1 мкм с применением монохроматического рентгеновского излучения. Нами исследуются различные объекты как органического, так и неорганического происхождения. К их числу можно отнести, например, элементы опорно-двигательного аппарата позвоночных, перенесших условия невесомости, эпифизы головного мозга человека в норме и при патологии, а также объекты окружающей нас природы, в частности нефтяные пески и естественные алмазы. В последнее время в лаборатории развивается метод рентгеновской топо-томографии, который позволяет пространственное расположение отдельных дефектов в кристаллах, например, дислокаций.

Исследования морфологии и структуры неоднородностей наноразмерного диапазона в конденсированном веществе методом малоуглового рентгеновского рассеяния, проводимые в ИК РАН, охватывают практически весь спектр возможных объектов. Для полидисперсных систем, гелей, полимеров и т.д. – определяют распределения неднородностей и включений по размерам, параметры их упаковки, фрактальную размерность. Для монодисперсных образцов, таких, как растворы биомакромолекул, композитных наночастиц и пр. – по данным рассеяния находят не только структурные инварианты – размеры, радиусы инерции, но и определяют форму низкого разрешения. Использование в расчетах дополнительной структурной информации, полученной другими методами, позволяет увеличивать пространственное разрешение находимых моделей. В ИК РАН метод малоуглового рассеяния развивается по всем направлениям – от аппаратурных и методических разработок до сложных программных комплексов, с помощью которых проводят весь цикл обработки и анализа экспериментальных данных и которые определяют современный мировой уровень в этой области исследований неупорядоченного и частично упорядоченного вещества.