Российские физики создали двухслойную алмазную пластину для источников рентгеновского излучения. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья с описанием работы "опубликована ":ttps://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00339–018–2230–0 в журнале Applied Physics A.

В последнее время появились особо мощные источники рентгеновского излучения, которые требуют специальных методов управления и диагностики. Одна из проблем состоит в том, чтобы создать прозрачное выходное окно, которое должно быть достаточно прочным и обладать высокой теплопроводностью.

Ученые ИОФ РАН совместно с российскими коллегами предложили новый материал для выходных прозрачных окон – визуализаторов мощных источников рентгеновского излучения. Он представляет собой двухслойную алмазную пластинку, состоящую из монокристаллической подложки толщиной 0,5 миллиметра с тонким алмазным слоем (около 10 микрометров), содержащим атомы азота и кремния. Явление люминесценции (свечение в видимом диапазоне длин волн под действием рентгеновского излучения) в нанесенном на подложке слое позволяет визуализировать невидимое рентгеновское излучение. Вместе с высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью и прозрачностью алмазных пластин это позволяет применять их для окон мощных устройств, например источников синхротронного излучения.

Предложенный подход имеет ряд преимуществ перед предыдущими работами, в которых в качестве визуализатора предлагались поликристаллические пленки, состоящие из множества мелких кристаллов. Поликристаллические пленки состоят из хаотически ориентированных алмазных частиц. В подобных материалах видна значительная пространственная неравномерность поглощения рентгеновского излучения, а небольшая толщина приводит к недостаточной прочности окна. Изготовление подобных пленок большей толщины решает проблему прочности, но ухудшает разрешение полученного визуализатора. Предложенный учеными ИОФ РАН подход лишен этих недостатков, поскольку алмазная подложка обеспечивает необходимую прочность, а нанесенная на его поверхность тонкая монокристаллическая алмазная пленка выступает в качестве визуализатора с высоким пространственным разрешением.

«Мы создали синтетические тонкие монокристаллические двухслойные алмазные пленки для источников рентгеновского излучения. Мы испытали два образца алмазного детектора: один содержит атомы кремния, другой – азота, — рассказывает один из авторов работы, сотрудник ИОФ РАН Виталий Конов. — Образцы с добавлением азота показали наилучшие результаты в тестах на рентгеновскую визуализацию. Изготовленные нами стекла обладают высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью и прозрачностью, необходимой для окон мощных устройств, например, источников синхротронного излучения. Таким образом, удалось создать элемент из синтетического алмаза, который способен выполнять одновременно две функции: окна для вывода из ускорителя мощного рентгеновского пучка и визуализатора».