Кіріспе
Жоғары энергиялы рентген сәулелері немесе HEX сәулелері – өте қатты рентген сәулелері, олардың энергиясы әдетте 80–1000 кВ (1 МэВ) құрайды, бұл рентген кристаллографиясында қолданылатын дәстүрлі рентген сәулелерінен шамамен бір рет жоғары (және 120 кВ-тан астам энергиядағы гамма сәулелері деңгейіне жетеді). Олар Корнелл жоғары энергиялы синхротроны, SPring 8 және Еуропалық синхротронды сәулелену орталығының (ESRF) ID15 және BM18 сәулелік желілерінде жасалады. Басты артықшылығы – материалдарға терең ену қабілеті, бұл оларды физика және материалтануда қалың үлгілерді зерттеуге және ауадағы сынақ ортасында жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Шашырау бұрыштары кішкентай, ал дифракцияның алға бағытталғандығы детекторларды қарапайым түрде орнатуға ыңғайлы жағдай жасайды. Жоғары энергиялы (мегавольт) рентген сәулелері сонымен қатар қатерлі ісіктерді емдеуде қолданылады, сызықтық үдеткіштермен жасалған сәулелердің көмегімен ісіктерді жоюға болады.
Қолданбалар
Осы артықшылықтармен HEX сәулелерін зерттеудің кең ауқымына қолдануға болады. Толық емес шолу: металдар, керамика және сұйықтықтар сияқты нақты материалдардың құрылымдық зерттеулері. Әсіресе, кез келген металдың балқыуына дейін жоғары температурадағы фазалық ауысуларды *жерінде* зерттеу. Фазалық ауысулар, қалпына келтіру, химиялық бөліну, қайта кристалдану, дүйімдеу және домендердің қалыптасуы – бұл бір ғана экспериментте орындалатын бірнеше аспектілер. Химиялық немесе жұмыс істеу ортасындағы материалдар, мысалы, батареялардағы электродтар, отын элементтері, жоғары температуралы реакторлар, электролиттер және т.б. Енгізу және жақсы ұштасқан қаламша сәулесі химиялық реакция кезінде қызығушылық тудыратын аймаққа және материалға назар аударуға мүмкіндік береді. Классикалық рефлектометриялық эксперименттер үшін тым қалың болатын болат өндірісі мен прокатка процесінде тотығу сияқты "қалың" қабаттарды зерттеу. Күрделі ортадағы интерфейстер мен қабаттар, мысалы, сұйық ваннадағы өнеркәсіптік болатқа арналған Zincalume беттік жабынының металдар арасындағы реакциясы. Жеңіл металдарды жолақты құю сияқты өнеркәсіптік процестерді *жерінде* зерттеу. Құю орнатылымын сәуле желісіне орнатып, HEX сәулесімен нақты уақытта тексеруге болады. Жалғыз кристалдардағы көлемдік зерттеулер, әдеттегі рентген сәулелерінің енуімен шектелген бетке жақын аймақтардағы зерттеулерден ерекшеленеді. Бұл әсердің сыни шашырау мен корреляция ұзындығына күшті әсер ететіндігі барлық зерттеулерде анықталды және расталды. Нейтрондық және HEX сәулелік зерттеулерді бір үлгіде біріктіру, мысалы, әр түрлі шашырау ұзындығына байланысты контраст өзгеруі. Көлемдік қалдық кернеуді талдау, сантиметрлік қалыңдығы бар үлгілерде, нақты жүктеме жағдайында. Металдарды пісіру, доңғалату және экструзия сияқты термомеханикалық деформация процестерін *жерінде* зерттеу. Көлемдегі нақты уақыт текстураларын өлшеу, мысалы, металл өңдеуде деформация, фазалық ауысу немесе оттыру кезінде. Геологиялық үлгілердің құрамында ауыр элементтер болуы мүмкін және олардың қалың құрылымдары мен текстураларын зерттеу. Жоғары ажыратымдылықтағы үш кристалл дифракциясы, жоғары енудің барлық артықшылықтарымен және көлемдік зерттеулермен бірге, жалғыз кристалдарды зерттеу үшін. Валентті электрон қабықтарының импульс таралуын зерттеу үшін Комптон спектроскопиясы. Жоғары энергиямен бейнелеу және томография. Арнайы көздер 3D томограммаларды бірнеше секунд ішінде алуға жеткілікті күшті болуы мүмкін. Қарапайым геометрияның арқасында бейнелеу мен дифракцияны біріктіру мүмкін. Мысалы, томографияны қалдық кернеуді өлшеумен немесе құрылымдық талдаумен біріктіру.
Structural investigations of real materials, such as metals, ceramics, and liquids. In particular, in situ studies of phase transitions at elevated temperatures up to the melt of any metal. Phase transitions, recovery, chemical segregation, recrystallization, twinning and domain formation are a few aspects to follow in a single experiment. Materials in chemical or operation environments, such as electrodes in batteries, fuel cells, high temperature reactors, electrolytes etc. The penetration and a well collimated pencil beam allows focusing in the region and material of interest while it undergoes a chemical reaction. Study of 'thick' layers, such as oxidation of steel in its production and rolling process, which are too thick for classical reflectometry experiments. Interfaces and layers in complicated environments, such as the intermetallic reaction of Zincalume surface coating on industrial steel in the liquid bath. In situ studies of industrial like strip casting processes for light metals. A casting setup can be set up on a beamline and probed with the HEX ray beam in real time. Bulk studies in single crystals differ from studies in surface near regions limited by the penetration of conventional X rays. It has been found and confirmed in almost all studies, that critical scattering and correlation lengths are strongly affected by this effect. Combination of neutron and HEX ray investigations on the same sample, such as contrast variations due to the different scattering lengths. Residual stress analysis in the bulk with unique spatial resolution in centimeter thick samples; in situ under realistic load conditions. In situ studies of thermo mechanical deformation processes such as forging, rolling, and extrusion of metals. Real time texture measurements in the bulk during a deformation, phase transition or annealing, such as in metal processing. Structures and textures of geological samples which may contain heavy elements and are thick. High resolution triple crystal diffraction for the investigation of single crystals with all the advantages of high penetration and studies from the bulk. Compton spectroscopy for the investigation of momentum distribution of the valence electron shells. Imaging and tomography with high energies. Dedicated sources can be strong enough to obtain 3D tomograms in a few seconds. Combination of imaging and diffraction is possible due to simple geometries. For example, tomography combined with residual stress measurement or structural analysis.