12.2 Типи рентгенівських спектрографів та спектрометрів

Спектрометр – прилад, в якому рентгенівські спектри реєструються за допомогою лічильників.

Спектрограф – прилад, в якому спектр реєструється фотографічним методом.

Рентгенівські промені можуть бути розкладені в спектр за допомогою спектрографів (або спектрометрів), в яких використовуються плоскі або вигнуті кристали.

Спектрометр з плоским кристалом (рис. 12.1). Вторинне характеристичне випромінювання зразка 1, збуджене пучком первинних променів від трубки 2 проходить через щілину Соллера 3 (з багатопластинним коліматором). Після відбиття від кристала-аналізатора 4 пучок проходить через другу щілину Соллера і реєструється лічильником 5. Кристал 4 обертається навколо вісі, що проходить вздовж його поверхні (перпендикулярно до площини рисунку) з кутовою швидкістю . Лічильник разом з щілиною обертаються зі швидкістю 2. При цьому кут між падаючим променем і поверхнею кристалу складає , а між падаючим променем і лічильником – 2. При цій умові відбиття рентгенівських променів буде здійснюватися від атомних площин кристала, які паралельні до його поверхні.

	1 – вторинне характеристичне випромінювання зразка 2 – пучок первинних променів від рентгенівської трубки 3 – щілина Соллера 4 – кристал-аналізатор 5 – лічильник
Рис. 12.1 – Схема спектрометру з плоским кристалом

Перевагою такого спектрометра є його світлосила, зумовлена тим, що для відбиття використовується майже вся поверхня великого плоского кристала. Але розрізнювальна здатність приладу нижче, ніж спектрографів з вигнутим кристалом.

Спектрограф з фокусуванням за Йоганном (рис. 12.2). В цьому приладі використовується кристал-аналізатор, зігнутий по радіусу, що дорівнює діаметру фокального кола. Відбиваючі атомні площини є паралельними до зовнішньої поверхні кристалу. Фокус рентгенівської трубки (емісійний аналіз) розташовується в середині фокального кола. В цьому приладі не використовуються всі умови фокусування, зокрема точки поверхні кристала, що відбивають рентгенівські промені (крім т. А), не знаходяться на фокальному колі.

Порушення умов фокусування призводить до розмиття спектральних ліній (у бік менших кутів). Падіння променів під кутом на рентгенівську плівку також викликає додаткове розмиття у подвійному шарі емульсії. Тому для отримання спектрограм методом Йоганна використовують фотоплівку з одним шаром емульсії, або після проявлення знімають зовнішній шар емульсії. Розмиття ліній збільшується зі зменшенням кута  і, відповідно зменшенням довжини хвилі променів. Тому метод Иоганна використовують в області великих кутів (як правило,  > 20⁰).

Спектограф Йоганна, як правило, виготовляють вакуумним і він використовується для дослідження спектральної області з довжинами хвиль > 1,45 Å.

Принцип фокусування за Йоганном використовується також в довгохвильових спектрометрах, в яких спектр реєструється за допомогою лічильників, які переміщуються вздовж фокального кола R_фок=500 – 600 мм.

Спектрограф з фокусуванням за Йоганссоном (рис. 12.3). В цьому приладі був усунутий недолік, притаманний методу Йоганна. В монокристальній пластинці вишліфовують циліндричну поверхню радіусом, що дорівнює діаметру фокального кола. Потім кристал згинають так, щоб його відбиваюча поверхня розташувалась по фокальному колу. При цьому відбиваючі атомні поверхні зігнуті по радіусу фокального кола, що дорівнює 2R.

З рис. 12.3 видно, що в цьому випадку виконуються умови фокусування: промені відбиті в точках А, В, С кристала, зійдуться (перетнуться) в одній точці Р на фокальному колі. Цей метод забезпечує точне фокусування.

Недоліком методу Йоганссона є складність виготовлення монокристалічної пластинки вишліфованої по поверхні циліндру.

Спектрографи такого типу використовуються для дослідження тільки довгохвильових ділянок спектру.

Рис. 12.2 – Схема спектрографу з фокусуванням за Йоганном (з вигнутим кристалом)	Рис. 12.3 – Схема спектрографу з фокусуванням за Йоганссоном	Рис. 12.4 – Схема спектрографу з фокусуванням за Кошуа

Спектрограф з фокусуванням за Кошуа (рис. 12.4). Цей спектрограф використовується для дослідження короткохвильової ділянки спектру в області довжин хвиль 0,6 – 1,7 Å. Фокусування в ньому здійснюється при проходженні рентгенівських променів через тонку (товщиною а) монокристальну пластинку, зігнуту по радіусу, що дорівнює діаметру фокального кола.

Від фокусної плями F, розташованої зовні фокального кола рентгенівські промені падають на кристал і відбиваються від атомних площин, розташованих віялоподібно. Промені, відбиті під одним кутом, сходяться на фокальному колі. В цьому методі фокусування не різке, оскільки точки відбиття не лежать точно на фокальному колі.

Щоб не засвідчувалось плівка прямим пучком променів, з боку малих кутів, між джерелом променів і кристалів знаходяться щілини Соллера (розташовані віялоподібно металічні пластинки). Ці щілини обмежують розбіжність первинного пучка до потрібної величини.