Устройство для формирования направленного пучка рентгеновского излучения

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРАВЛЕННОГО ПУЧКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель НИИ прикладных физических проблем им. А.Н.Севченко(73) Патентообладатель НИИ прикладных физических проблем им. А.Н.Севченко(57) Устройство для формирования направленного пучка рентгеновского излучения, содержащее рентгеновскую трубку с тонкопленочной мишенью прострельного типа и направляющий рентгеновское излучение стеклянный капиллярный элемент, к которому плотно прижата мишень, отличающееся тем, что стеклянный капиллярный элемент выполнен в виде усеченного конуса, основание которого с большим радиусом отверстия направлено в сторону от мишени, длина капиллярного элементаи радиусы его входного 1 и выходного 2 отверстий выбраны из соотношения 2-1)/),где - критический угол полного внешнего отражения. 3662 1 Изобретение относится к области рентгенотехники и может быть использовано при проведении рентгеноструктурных исследований, в рентгеновской литографии, для анализа качества материалов и покрытий методами неразрушающего контроля. Известно устройство для получения направленного пучка рентгеновского излучения, применяемое при фокусировке рентгеновских лучей по методу Брегга-Брентано. Устройство содержит рентгеновскую трубку,систему входных и выходных щелей, щели Соллера 1. Недостатком устройства является то, что для получения пучков рентгеновского излучения К-серии атомов меди интенсивностью порядка 106 фотонов/сек и с угловой расходимостью порядка 0,1 мрад, которые применяются при проведении рентгеноструктурных исследований, необходимо использовать рентгеновские трубки мощностью в несколько кВт. Такие трубки являются дорогостоящими и требуют специальных систем охлаждения анода. Известно устройство для получения сфокусированных в пятно размером 1-10 мкм пучков рентгеновского излучения. Устройство содержит рентгеновскую трубку и конусообразный стеклянный микрокапилляр, расположенный так, что ось капилляра пересекает фокусное пятно рентгеновской трубки, а конец капилляра с большим радиусом отверстия расположен вблизи выходного окна рентгеновской трубки 2. Недостатком устройства является то, что пучок рентгеновского излучения, получаемый с его помощью, имеет относительно большую угловую расходимость, на порядок величины превышающую расходимость, необходимую при проведении рентгеноструктурных исследований монокристаллов. Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к изобретению является источник рентгеновского излучения, содержащий рентгеновскую трубку с тонкопленочной мишенью прострельного типа и направляющий рентгеновское излучение цилиндрический стеклянный капиллярный элемент, к которому плотно прижата мишень 3. Недостатком источника рентгеновского излучения 3 является то, что он не обеспечивает получение пучка рентгеновского излучения с угловой расходимостью меньшей, чем критический угол полного внешнего отражения рентгеновских фотонов с заданной энергией от стекла (4 мрад для фотонов характеристического рентгеновского излучения К-серии атомов меди). Указанный недостаток не позволяет эффективно использовать устройство для целей рентгеноструктурного анализа монокристаллов. Предлагаемое изобретение направлено на решение технической задачи, обеспечивающей получение интенсивных микропучков рентгеновского излучения с уменьшенной угловой расходимостью. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для формирования направленного пучка рентгеновского излучения, содержащем рентгеновскую трубку с тонкопленочной мишенью прострельного типа и направляющий рентгеновское излучение стеклянный капиллярный элемент, к которому плотно прижата мишень, стеклянный капиллярный элемент выполнен в виде усеченного конуса, основание которого с большим радиусом отверстия направлено в сторону от мишени, длина капиллярного элементаи радиусы его входного 1 и выходного 2 отверстий выбраны из соотношения 2-1)/),где- критический угол полного внешнего отражения. На рисунке показана структурная схема устройства для получения направленного пучка рентгеновского излучения и траектории рентгеновских лучей, распространяющихся в канале конусообразного капиллярного элемента и формирующих рабочий пучок излучения на выходе из капилляра. Устройство содержит рентгеновскую трубку 1 с тонкопленочной мишенью прострельного типа 4, нанесенную на бериливое окно 5 трубки и стеклянный капиллярный элемент 2, выполненный в виде усеченного конуса. Траектории лучей, распространяющихся в канале капилляра и на выходе из него, показаны позицией 7. Предлагаемое устройство отличается от прототипа 3 тем, что в нем в качестве элемента для формирования пучка рентгеновского излучения использован стеклянный капиллярный элемент, который выполнен в виде усеченного конуса. В прототипе 3 указанный элемент выполнен в виде цилиндра. Основные функции, выполняемые каждым из структурных элементов устройства, заключены в следующем. Катод рентгеновской трубки 3 предназначен для испускания электронов 6. Мишень 4 служит для генерации рентгеновского излучения. Конусообразный капиллярный элемент отражает рентгеновские лучи 7,падающие на его внутреннюю поверхность под углом скольжения , меньшим, чем критический угол полного внешнего отражения , и эффективно поглощает рентгеновские лучи падающие на его поверхность под углом ибольшим, чем . Капиллярный элемент также служит для транспортировки рентгеновских лучей к выходному концу капилляра в режиме полного внешнего отражения и обеспечивает уменьшение угла выхода рентгеновского луча 2 относительно оси капилляра по отношению к углу входа 1 на величину равную 2, где - число отражений рентгеновских лучей в канале капилляра длинной ,2-1)/)- угол раствора конуса капилляра, где 2 и 1 - радиусы выходного и входного отверстия капилляра соответствен 2 3662 1 но. Чтобы обеспечить эффективную работу устройства, угол раствора конуса капилляра выбран меньшим,чем критический угол полного внешнего отражения. Устройство для получения направленного пучка рентгеновского излучения работает следующим образом. К выходному окну микрофокусной рентгеновской трубки БС 10 с прострельной медной мишенью, расположенной в рентгеновском излучателе РЕИС-25, вплотную размещается стеклянный конусообразный микрокапилляр длиной 500 мм и с радиусом входного отверстия 10 мкм и радиусом выходного отверстия 60 мкм. Ось микрокапилляра направлена вдоль оси рентгеновской трубки. Напротив выходного отверстия микрокапилляра размещается сцинтилляционный детектор, соединенный с блоком детектирования от рентгеновского дифрактометра ДРОН-2 и предназначенный для измерения интенсивности рабочего пучка излучения. На рентгеновскую трубку подается напряжение 20 кВ, рабочий ток трубки - 0,5 мА. Мощность рентгеновской трубки - 10 Вт. Фотоны характеристического рентгеновского излучения К-серии атомов меди (энергия фотонов - 8 кэВ), выходящие из мишени под углом скольжения 1 к оси микрокапилляра, меньшим, чем критический угол полного внешнего отражения от стекла, равный 3 мрад, направленно распространяются в канале микрокапилляра и формируют на выходе из капилляра рабочий пучок с угловой расходимостью 0,2 мрад и интенсивностью 106 фотонов/сек. Применение в устройстве конусообразного микрокапилляра в качестве элемента для формирования рабочего пучка излучения позволило уменьшить угловую расходимость пучка на порядок величины по сравнению с прототипом. Пучок рентгеновского излучения интенсивностью 106 фотонов/сек получен при использовании маломощной микрофокусной рентгеновской трубки, не требующей специальных систем охлаждения анода, что позволяет использовать устройство в компактных микродифрактометрах и в переносных устройствах для контроля толщины, плотности и состава материалов и покрытий с использованием рентгеновских лучей. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3