Многоэлементная преломляющая линза для гамма-излучения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МНОГОЭЛЕМЕНТНАЯ ПРЕЛОМЛЯЮЩАЯ ЛИНЗА ДЛЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель Научно-исследовательское учреждение Институт прикладных физических проблем имени А.Н.Севченко Белорусского государственного университета(72) Автор Дудчик Юрий Иванович(73) Патентообладатель Научно-исследовательское учреждение Институт прикладных физических проблем имени А.Н.Севченко Белорусского государственного университета(57) Многоэлементная преломляющая линза для гамма-излучения, содержащая заданное числорасположенных соосно микролиз с радиусом кривизны поверхности , отличающаяся тем, что линзы выполнены двояковыпуклыми из материала с большим атомным номером, фокусное расстояние линзырассчитывается как/ (2), где (1) - действительная часть показателя преломления гамма-излучения в материале линзы. 89632013.02.28 Предлагаемая полезная модель относится к области гамма-оптики и может найти применение в астрономии, ядерной спектроскопии и ядерной медицине для формирования гамма-пучков, включая их фокусировку. Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к полезной модели и выбранным в качестве прототипа является многоэлементная преломляющая рентгеновская линза, описанная в 1. Линза состоит из большого числадвояковогнутых микролинз, расположенных последовательно друг за другом на одной оптической оси (соосно), и позволяет фокусировать рентгеновские лучи с энергией фотонов от 5 до 70 кэВ. Конструкция и параметры линзы объясняются следующим образом. Показатель преломлениярентгеновских фотонов с энергиейв веществе определяется как 1,где (1) - действительная часть показателя преломления, которая описывает преломление излучения в веществе,- мнимая часть, которая описывает поглощение. Поскольку показатель преломления в рентгеновском диапазоне спектра меньше единицы, то фокусирующая линза для рентгеновских лучей является двояковогнутой. Фокусное расстояние 1 одной двояковогнутой линзы определяется как 1/ (2), где- радиус кривизны поверхности линзы. Величинауменьшается с ростом энергии фотоновкак 1/( )2 и для фотонов с энергией 10 кэВ в кремнии равна 4,510-6. Поэтому фокусное расстояние одной линзы велико и составляет несколько метров. Для того чтобы уменьшить фокусное расстояние линзы враз (или увеличить ее оптическую силу враз), в 1 предложено использовать вместо одной линзысоосно расположенных линз. При этом фокусное расстояние такой системы враз меньше, чем фокусное расстояние одной линзы, и определяется как(1)/ (2). Отдельные линзы указанной системы выполнены из материала с небольшим порядковым номером, например бериллия. Проведенные в 2 исследования показали, что фокусное расстояние изготовленной нами рентгеновской линзы, состоящей из 349 двояковогнутых эпоксидных микролинз с радиусом кривизны 100 мкм, составляет 19 см для фотонов с энергией 18 кэВ, и линза фокусирует рентгеновские лучи в пятно размером около одного микрометра. Недостатком многоэлементной преломляющей рентгеновской линзы является то, что ее оптическая сила уменьшается с ростом энергии фотонов, и поэтому она не пригодна для фокусировки гамма-излучения с энергией фотонов около 1 МэВ. Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической задачи по созданию линзы для фокусировки гамма-излучения с энергией фотонов около 1 МэВ. Поставленная задача решается тем, что в многоэлементной преломляющей линзе для гамма-излучения, содержащей заданное числорасположенных соосно микролиз с радиусом кривизны поверхности , линзы выполнены двояковыпуклыми из материала с большим атомным номером, фокусное расстояние линзырассчитывается как/ (2),где (1) - действительная часть показателя преломления гамма-излучения в материале линзы. Таким образом, для решения данной задачи предлагается заменить в прототипе отдельные двояковогнутые микролинзы, выполненные из материала с небольшим атомным номером, на двояковыпуклые микролинзы, выполненные из материала с большим атомным номером. Основанием для выбора указанной конструкции линзы для гамма-излучения являются полученные экспериментальные данные, которые опубликованы в 3, о том, что при энергии гамма-излучения больше чем 0,7 МэВ действительная часть показателя преломления в кремнии становится больше единицы, а сам показатель преломленияописывается как 1. Указанный результат объясняется в 3 тем, что при больших энергиях гамма-излучения основной вклад в показатель преломления вносит не релеевское рассеяние, а рассеяние Дельбрюка 3, при котором гамма-квант взаимодействует с 2 89632013.02.28 виртуальными фотонами, которые рождаются в сильном электрическом поле атомного ядра. Величина этого эффекта возрастает в веществах с большим зарядом ядра, поэтому в качестве материала линзы перспективно использовать вещества с большим атомным номером, такие как золото или вольфрам. На фигуре показана структурная схема многоэлементной преломляющей линзы для гамма-излучения. Позицией 1 показана отдельная двояковыпуклая линза с радиусом кривизны поверхности . Толщина линзы - , апертура линзы - 2. Траектории гамма-лучей, распространяющихся в линзе и формирующих фокальное пятно, показаны позицией 2. Отдельные микролинзы многоэлементной преломляющей линзы для гамма-излучения выполнены из кремния. Радиус кривизны поверхности микролинзы - 100 мкм, толщина линзы 60 мкм, апертура линзы 2140 мкм. Число микролинз равно 2000. Линза фокусирует гамма-излучение от удаленного источника. Энергия гамма-квантов равна 1,165 МэВ. Величина действительной части показателя преломлениядля гамма-квантов с энергией фотонов 1,165 МэВ в кремнии больше единицы на величину 1,510-9. Фокусное расстояние линзы, рассчитанное по формуле (1), равно 25 м. Пропускание линзырассчитывается как, где- показатель ослабления излучения в материале линзы. Величина 0,14 см-1 для фотонов с энергией 1,165 МэВ в кремнии. Для указанной выше линзы 0,19. Уменьшение фокусного расстояния до величины меньше чем 1 м достигается путем использования линз, изготовленных из тяжелого материала, например золота. Ожидается,что величина параметрав золоте для фотонов с энергией квантов 1 МэВ имеет следующее значение 310-5 3. Фокусное расстояние системы, содержащей 10 золотых двояковыпуклых микролинз с радиусом кривизны поверхности 100 мкм, составляет 0,17 м. Пропускание Т такой линзы составляет 0,93 для случая, когда толщина отдельной микролинзы равна 60 мкм. Радиус фокусного пятна , в которое могут быть сфокусированы фотоны от удаленного источника, определяется дифракционными эффектами и рассчитывается по следующей формуле 0,61 / , где- длина волны. Для линзы с фокусным расстояниемм, радиусом кривизны 100 мкм и апертурой 150 мкм 76 нм для фотонов с энергией 1 МэВ (0,00124 нм). Таким образом, предложенная многоэлементная преломляющая линза для гаммаизлучения позволяет фокусировать гамма-излучение с энергией фотонов около 1 МэВ в субмикронные пятна. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3