Многощелевой рентгеновский коллиматор

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-исследовательское учреждение Институт прикладных физических проблем имени А.Н.Севченко Белорусского государственного университета(72) Авторы Дудчик Юрий Иванович Сокол Виталий Александрович(73) Патентообладатель Научно-исследовательское учреждение Институт прикладных физических проблем имени А.Н.Севченко Белорусского государственного университета(57) Многощелевой рентгеновский коллиматор, выполненный в виде пластинки с большим числом отверстий, оси которых направлены перпендикулярно поверхности пластинки,отличающийся тем, что пластинка выполнена из пористого оксида алюминия, содержащего наноразмерные поры, которые проходят через пластинку насквозь перпендикулярно ее плоской поверхности, а толщина пластинки выбрана больше чем 1/, где- показатель ослабления рентгеновских лучей в оксиде алюминия.(56) 1. Мингазин Т.А., Зеленов В.И., Лейкин В.Н. Бесщелевой коллиматор рентгеновских лучей // ПТЭ. - 1981. -1. - С. 229-232. 2..,.,,,..-. . . .17, 2006. - . 1767-1775 (прототип). 3. Сокол В.А. Анодные оксиды алюминия Монография. - Минск Бестпринт, 2011. - 430 с. Фиг. 1 Предлагаемая полезная модель относится к области рентгеновской техники и может быть использована для формирования рентгеновского пучка в рентгеновских дифрактометрах, малоугловых спектрометрах, устройствах рентгеновской топографии. 86602012.10.30 Известен бесщелевой коллиматор рентгеновских лучей, состоящий из двух пластин длиной , плотно прижатых друг к другу гладкими поверхностями 1. Длина пластинвыбрана из условия 1/, где- показатель ослабления рентгеновских лучей в материале пластины. Расстояние между пластинамисоставляет несколько микрометров. Рентгеновские лучи от источника излучения распространяются в воздушном зазоре между пластинами в режиме полного внешнего отражения, последовательно отражаясь от одной или другой пластины под углом скольжения меньшим чем с, где с - критический угол полного внешнего отражения от материала пластины. Критический угол полного внешнего отражения рассчитывается по формуле с(/), где- энергия возбуждения плазменных колебаний в материале пластины,- энергия рентгеновских фотонов. На выходе из коллиматора формируется ленточный пучок рентгеновского излучения шириной(несколько микрометров) и с расходимостью, равной 2 с. Недостатком устройства является относительно небольшая интенсивность пучка, что связано с его небольшим размером . Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к полезной модели и выбранным в качестве прототипа является многощелевой коллиматор, описанный в 2. Коллиматор выполнен в виде пластины, содержащей большое число цилиндрических отверстий с диаметромв несколько десятков микрон, которые проходят через пластину перпендикулярно ее входной поверхности. Пластина формирует коллимированный пучок рентгеновских лучей с расходимостью, равной /, где- толщина пластины. В прототипе это отношение / достаточно мало и составляет около 10-4. Это является преимуществом коллиматора. Недостатком коллиматора является то, что эффективная площадь коллиматора, через которую рентгеновское излучение проходит без поглощения, относительно мала. Так, в прототипе диаметрравен 50 мкм, а расстояние между отверстиями составляет 300 мкм. Поэтому интенсивность рентгеновского пучка на выходе из коллиматора относительно мала. Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической задачи по получению интенсивных рентгеновских пучков с большой площадью поперечного сечения и небольшой угловой расходимостью. Поставленная задача достигается тем, что в многощелевом рентгеновском коллиматоре, выполненном в виде пластинки с большим числом отверстий, оси которых направлены перпендикулярно поверхности пластинки, пластинка выполнена из пористого оксида алюминия, содержащего наноразмерные поры, которые проходят через пластинку насквозь перпендикулярно ее плоской поверхности, а толщина пластинки выбрана больше, чем 1/, где- показатель ослабления рентгеновских лучей в оксиде алюминия. Таким образом, для решения данной задачи предлагается заменить в прототипе пластинку с большим числом отверстий в направлении, перпендикулярном плоскости пластинки, на пластинку из пористого оксида алюминия с наноразмерными порами. Отверстия имеют размер от 40 до 200 нм, расстояние между отверстиями составляет около 100 нм. На фиг. 1 показана структурная схема многощелевого рентгеновского коллиматора и траектории рентгеновских лучей. Позицией 1 показан протяженный источник рентгеновских лучей в виде анода рентгеновской трубки, 2 - многощелевой коллиматор. Траектории рентгеновских лучей, распространяющихся в коллиматоре и формирующие рабочий пучок, показаны позицией 3. Позицией 4 показаны траектории рентгеновских лучей, которые поглощаются в материале коллиматора. 5 - каналы коллиматора. Диаметр канала коллиматора равен , длина коллиматора - . Ослабление рентгеновских лучей, показанных на фиг. 1 позицией 4, при прохождении через материал коллиматора описывается следующей формулой 0 (- ),где 0 - интенсивность рентгеновского пучка на входе в коллиматор (0),- интенсивность рентгеновского пучка, прошедшего расстояние , в направлении рентгеновского пучка,- показатель ослабления рентгеновского пучка. Величина , обратная(1/) называется пробегом фотонов в материале. 2 86602012.10.30 На фиг. 2 показана рассчитанная зависимость пробега фотоновв оксиде алюминия(плотность 3,97 г/см 3) от энергии фотонов. Данная фигура позволяет определить толщину коллиматорадля заданной рабочей энергии фотонов исходя из условия, указанного в формуле полезной модели, что 1/. Так, для излученияатомов хрома (энергия фотонов равна 5,4 кэВ) необходимо, чтобы толщина коллиматора была больше чем 16 мкм,например 200 мкм. При этом пропускание/0 такого коллиматора для рентгеновских лучей, которые не распространяются в канале коллиматора, равно 310-6. Пропускание коллиматора для рентгеновских лучей, которые проходят через каналы коллиматора,близко к единице. На фиг. 3 показана -фотография пластинки из пористого оксида алюминия, которая была изготовлена методом анодного травления 3. Толщина пластинки 200 мкм. Диаметр пор в пластинке 40 нм, плотность пор 1,21010 см-2. Поры проходят через пластинку насквозь, что было подтверждено полученной- фотографией обратной стороны пластинки. Размер пластинки составляет 1010 мм 2. Эта пластинка является многощелевым рентгеновским коллиматором для фотонов с энергией 5,4 кэВ, то есть фотоноватомов хрома. Такие фотоны испускает рентгеновская трубка с анодом из хрома. Коллиматор эффективно поглощает рентгеновские лучи,показанные позицией 4 на фиг. 1 (пропускание равно 310-6) и пропускает рентгеновские лучи, показанные на фиг. 1 позицией 3. При этом часть рентгеновского излучения проходит коллиматор насквозь, а часть рентгеновского пучка распространяется в коллиматоре в режиме полного внешнего отражения. Для того чтобы такой режим был возможен необходимо, чтобы толщина стенок канала коллиматора была больше, чем глубина, на которую рентгеновские лучи проникают в оксид алюминия при полном внешнем отражении. Эта глубина зависит от энергии фотонов и составляет от 50 до 150 нм. Угловая расходимость излучения на выходе из коллиматора определяется критическим углом полного внешнего отражения . Рассчитанное значение энергий плазменных колебанийэлектронов в пористом оксиде алюминия равно 40,3 эВ. Критический угол полного внешнего отражения фотонов с энергией 5,4 кэВ в пористом оксиде алюминия равен 7,510-3. Расходимость рентгеновского пучка на выходе из коллиматора меньше чем 2, что равно 1,510-2. Таким образом, предложенный коллиматор позволяет получать рентгеновские пучки с площадью сечения не меньше, чем 1010 мм 2 и с расходимостью меньше, чем 1,510-2. Пучок рентгеновского излучения достаточно интенсивный, потому что плотность пор в пластинке относительно велика. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3