http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2018.5-6.10

УДК 537.9

Рентгенівське випромінювання, що викликане
імпульсною лазерною дією на опалові матриці

Бєлянін А. Ф., Борисов В. В., Попов В. В.
(англійською мовою + переклад російською мовою)

Ключові слова: опалові матриці, лазерне випромінювання, рентгенівське випромінювання, енергетичний спектр.

В даний час матеріали з фотонними забороненими зонами (фотонні кристали), тобто матеріали з періодичною (близько довжини хвилі світла) зміною діелектричної проникності, є об'єктом активних теоретичних та експериментальних досліджень. Для практичного застосування становлять інтерес фотон ні кристали на основі опалових матриць (ОМ), які представляють собою щільну 3D-упаковку однакових за діаметром нанокуль аморфного SiO₂. Найбільший інтерес викликає застосування ОМ в малодослідженій області – генерації рентгенівського випромінювання під час лазерного впливу на речовину.
У даній роботі представлено результати вимірювання за допомогою рентгенівського спектрометра енергетичних спектрів рентгенівського випромінювання, індукованого впливом на ОМ імпульсного лазерного випромінювання з різною довжиною хвилі λ: 1040 нм (ІЧ-область спектра), 510 та 578 нм (суміщенні моди), 366 нм (УФ-область).
ОМ синтезували з розчину гідроксиду амонію (NH₄OH), етанолу (С₂Н₅ОН) та тетраефіра ортокремнієвої кислоти (Si (ОС₂Н₅)₄). Упаковка куль SiO₂ містила 3D-систему сполучених октаедричних і тетраедричних міжкульових пустот, які займають приблизно 26% загального об’єму. В експериментах використовували зразки ОМ в формі пластин товщиною 1—5 мм, які виготовляли за допомогою сухої механічної обробки з об’ємних ОМ, не зміцнених та зміцнених відпалом за температури 1475 К на повітрі.
Рентгенівське випромінювання, що виникає під дією лазера на ОМ, реєстрували фотоплівкою і гамма-спектрометром. Реєстрація проводилась двома способами. В першому випадку лазерне випромінювання проходило через ОМ (зйомка на просвіт) і його напрям співпадав з напрямом індукованого рентгенівського випромінювання (φ = 0°). У другому рентгенівське випромінювання проходило перпендикулярно лазерному (φ = 90°), а ОМ розміщували між пластинами з монокристалічного LiNbO₃. У ряді експериментів для зменшення теплового впливу на ОМ лазерного випромінювання міжкульові пустоти заповнювали водою або занурювали зразки у рідкий азот. За результатами спектральних досліджень було встановлено, що індуковане рентгенівське випромінювання є малоінтенсивним м’яким рентгенівським випромінюванням з енергією квантів 0,08—2,47 кеВ і довжиною хвиль λ_РІ = 15,2—0,5 нм. Спектр рентгенівського випромінювання за λ = 355 нм показав наявність додаткового, більш короткохвильового піка λ_РІ = 1,2 нм в порівнянні з λ_РІ = 15,2 нм, отриманим за λ = 1040 нм. Ще більш короткохвильовий пік λ_РІ = 0,5 нм спостерігався за використання лазерного джерела, що працює з суміщеними випромінюваннями з λ = 510 нм і λ = 578 нм. Вплив на ОМ лазерного випромінювання з λ = 1040 нм призводить до сильнішого розсіювання індукованого рентгенівського випромінювання порівняно з λ = 355 нм. Вплив на ОМ лазерного випромінювання УФ-області викликав інтенсивну люмінесценцію ОМ в діапазоні видимого світла. Показано, що на параметри рентгенівського випромінювання впливають умови отримання і ступінь заповнення пустот опалових матриць, а також умови проведення експериментів (кут отримання рентгенівського випромінювання по відношенню до лазерного, занурювання зразка у рідкий азот).

Росія, м. Москва, ЦНДТІ «Техномаш», НДІ ядерної фізики ім. Д. В. Скобельцина, Московський державний університет ім. М. В. Ломоносова.

Опис статті для цитування: Belyanin А. F., Borisov V. V., Popov V. V. X-ray radiation during pulsed laser treatment of opal matrices. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2018, no. 5-6, pp. 10–16. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2018.5-6.10.