Εργαστήριο χαρακτηρισμού υλικών με τεχνικές απορρόφησης ακτίνων Χ

Τμήμα Φυσικής - Τομέας Φυσικής Στερεάς Κατάστασης

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης -54124 Θεσσαλονίκη
Τel. & Fax: 2310 998936 e-mail: paloura@auth.gr

Πληροφορίες Φωτογραφίες Δημοσιεύσεις   Links Η ακτινοβολία Σύγχροτρον

H ακτινοβολία Σύγχροτρον

Η ακτινοβολία Synchrotron είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από ηλεκτρόνια ή ποζιτρόνια που κινούνται με σχετικιστικές ταχύτητες κατά μήκος καμπύλης τροχιάς με μεγάλη καμπυλότητα. Η θεωρητική μελέτη του φαινομένου της εκπομπής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια ξεκίνησε γύρω στο 1945. Η πρώτη παρατήρηση εκπομπής ακτινοβολίας Σϋγχροτρον έγινε το 1946 στα εργαστήρια της General Electric σε μία διάταξη ενέργειας 70MeV ενώ 20 χρόνια αργότερα τέθηκε σε λειτουργία στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison ο Tantalus, ο πρώτος δακτύλιος αποθήκευσης ηλεκτρονίων (electron storage ring) ενέργειας 240MeV. Η διάταξη αυτή ήταν μια διάταξη δεύτερης γενιάς, χρησιμοποιούνταν δηλαδή για την παραγωγή ακτινοβολίας Σύγχροτρον με σκοπό την πραγματοποίηση πειραμάτων. Σε τέτοιες διατάξεις, δεύτερης γενιάς, ταχέως κινούμενα ηλεκτρόνια που έχουν προεπιταχυνθεί σε μια πηγή Synchrotron, αποθηκεύονται και κινούνται σε κυκλικές τροχιές για αρκετές ώρες σε έναν δακτύλιο αποθήκευσης. Μια σημαντική καινοτομία που εισήχθη στα μέσα της δεκαετίας του 1990 ήταν η ανάπτυξη των παρεμβαλλόμενων διατάξεων (insertion devices) undulators και wigglers οι οποίες βελτιώνουν τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας. Η χρήση τέτοιων διατάξεων οδήγησε στην κατασκευή πηγών Synchrotron τρίτης γενιάς. Σήμερα, εργαστήρια παραγωγής ακτινοβολίας Σύγχροτρον υπάρχουν σε όλο τον κόσμο.

 

Τα κύρια χαρακτηριστικά (και πλεονεκτήματα) της ακτινοβολίας Σύγχροτρον είναι τα παρακάτω:

*  Έχει συνεχές φάσμα καλύπτοντας μία ευρεία περιοχή ενεργειών από το υπέρυθρο ως τις σκληρές ακτίνες Χ.

 * Έχει υψηλή ένταση

 * Είναι παράλληλη δέσμη φωτός

 * Είναι γραμμικά πολωμένη στο οριζόντιο επίπεδο ενώ είναι κυκλικά πολωμένη πάνω και κάτω από αυτό. Η επιλογή κυκλικής πόλωσης επιτρέπει τη μελέτη μαγνητικών ιδιοτήτων των υλικών.

 

Τα μοναδικά χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας Σύγχροτρον επιτρέπουν την εφαρμογή διαφόρων τεχνικών που είναι σημαντικά εργαλεία μελέτης των ιδιοτήτων της ύλης και χρησιμοποιούνται από τους φυσικούς, τους χημικούς, τους βιολόγους, τους γεωλόγους, τους γιατρούς, τους αρχαιολόγους αλλά και από τη βιομηχανία πλαστικών, μετάλλων, μικροηλεκτρονικής, καλλυντικών κλπ. Οι τεχνικές αυτές βασίζονται στην αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με την ύλη:

*  Απορρόφηση ακτίνων Χ (XAFS), φθορισμός (XRF), εκπομπή φωτοηλεκτρονίων (XPS)

*  Σκέδαση (SAXS, WAXS) και περίθλαση ακτίνων Χ (XRD)

*  UV και x-ray ανακλαστικότητα

*  Τεχνικές imaging (τομογραφία, τοπογραφία, μικροσκοπία ακίτνων Χ

*  Λιθογραφία ακτίνων Χ

Πολλές από τις παραπάνω τεχνικές μπορούν να εφαρμοστούν για τη μελέτη των μεταβολών των ιδιοτήτων των υλικών με το χρόνο (κατάλυση, τήξη - πήξη υλικών, αλλαγή φάσεων) ή υπό συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας πέραν των κανονικών.