Введение

Высокоэнергетические рентгеновские лучи, или HEX-лучи, – это очень жёсткие рентгеновские лучи с типичной энергией 80–1000 кэВ (1 МэВ), примерно на один порядок величины превышающей энергию обычных рентгеновских лучей, используемых для рентгеновской кристаллографии (и выходящую в область энергий гамма-лучей свыше 120 кэВ). Они производятся на современных источниках синхротронного излучения, таких как Корнеллский источник высокоэнергетического синхротронного излучения, SPring 8, а также на линиях ID15 и BM18 в Европейском центре синхротронного излучения (ESRF). Главное преимущество – глубокое проникновение в вещество, что делает их инструментом для исследования толстых образцов в физике и материаловедении и позволяет проводить измерения и манипуляции с образцами на воздухе. Углы рассеяния малы, а направленная вперёд дифракция упрощает конструкцию детекторных установок. Высокоэнергетические (мегавольтные) рентгеновские лучи также применяются в лучевой терапии рака, где пучки, генерируемые линейными ускорителями, используются для подавления опухолей.

Приложения

Благодаря этим преимуществам, HEX-лучи могут применяться для широкого спектра исследований. Обзор, который далеко не полный:

Структурные исследования реальных материалов, таких как металлы, керамика и жидкости. В частности, исследования фазовых переходов *in situ* при повышенных температурах вплоть до плавления любого металла. Фазовые переходы, восстановление, химическая сегрегация, рекристаллизация, двойникование и образование доменов – это лишь некоторые аспекты, которые можно отследить в одном эксперименте. Исследование материалов в химических или рабочих средах, таких как электроды в батареях, топливных элементах, высокотемпературных реакторах, электролитах и т.д. Проникновение и хорошо сфокусированный пучок позволяют проводить локализацию в интересующей области и материале во время протекания химической реакции. Исследование "толстых" слоев, например, окисления стали в процессе производства и прокатки, которые слишком толсты для классических рефлектометрических экспериментов. Исследование интерфейсов и слоев в сложных условиях, таких как межметаллическая реакция покрытия Zincalume на промышленной стали в жидкой ванне. *In situ* исследования промышленных процессов, таких как непрерывная разливка для легких металлов. Установка для разливки может быть размещена на линии пучка и исследована HEX-лучом в реальном времени. Исследования объема в монокристаллах отличаются от исследований в приповерхностных областях, ограниченных проникновением обычных рентгеновских лучей. Было установлено и подтверждено почти во всех исследованиях, что критическое рассеяние и длины корреляции сильно зависят от этого эффекта. Комбинирование исследований нейтронами и HEX-лучами на одном и том же образце, например, вариации контраста из-за различных длин рассеяния. Анализ остаточных напряжений в объеме с уникальным пространственным разрешением в образцах толщиной в сантиметр; *in situ* при реалистичных условиях нагрузки. *In situ* исследования термомеханических процессов деформации, таких как ковка, прокат и экструзия металлов. Измерение текстуры в реальном времени в объеме материала во время деформации, фазового перехода или отжига, например, при обработке металлов. Структура и текстура геологических образцов, которые могут содержать тяжелые элементы и быть толстыми. Высокоразрешающая дифракция на трех кристаллах для исследования монокристаллов со всеми преимуществами высокой проникающей способности и исследований объема материала. Спектроскопия Комптона для исследования распределения импульса валентных электронных оболочек. Визуализация и томография с высокой энергией. Специальные источники могут быть достаточно мощными для получения 3D-томограмм за несколько секунд. Комбинирование визуализации и дифракции возможно благодаря простой геометрии. Например, томография в сочетании с измерением остаточных напряжений или структурным анализом.