Устройство для получения монохроматического рентгеновского микропучка

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО МИКРОПУЧКА(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) Устройство для получения монохроматического рентгеновского микропучка, состоящее из микрофокусной рентгеновской трубки, кристалла монохроматора и расположенного между ними рентгенооптического элемента для формирования плоскопараллельного рентгеновского пучка, отличающееся тем, что в качестве рентгенооптического элемента используется многоэлементная преломляющая рентгеновская линза, которая располагается на расстоянииот фокусного пятна рентгеновской трубки, где- фокусное расстояние линзы.(56) 1. Бублик В.Т., Мильвидский А.М. Методы исследования материалов и структур в электронике. Рентгеновская дифракционная микроскопия Курс лекций Учебное пособие. М. МИСиС, 2006. 2. Патент 20060018429 1. 3..,.,..- - //. -. 49. - 1996. - . 384., - . 75(11). - . 4651-4655. - 2004. 5. Дудчик Ю.И. Рентгеновский проекционный микроскоп с протяженным источником излучения и объективом на основе преломляющей линзы // Вест. Белорус. гос. ун-та Сер. 1. Физика. Математика. Информатика. -1. - С. 32. - 2007. 6. Дудчик Ю.И. Многоэлементная сферическая преломляющая линза для формирования микро- и наноразмерных пучков рентгеновского излучения // Вест. Белорус. гос. ун-та. Сер. 1. Физика. Математика. Информатика. -2. - С. 26. - 2008. 7. Иванов С.А., Щукин Г.А. Рентгеновские трубки технического назначения. - Л. Энергоатомиздат, 1989. Предлагаемая полезная модель относится к области рентгеновской техники и может быть использована для рентгеновской топографии, рентгеновской микродифракции, малоуглового рассеяния. Известно устройство для рентгеновской дифракционной микроскопии 1, состоящее из микрофокусной рентгеновской трубки и системы для коллимации пучка. Коллимированный рентгеновский пучок направляется на анализируемый монокристалл под углом Брэгга к плоскости кристалла. Для совершенного монокристалла зависимость коэффициента отражения рентгеновского пучка от угла падения имеет ярко выраженный максимум вблизи угла Брэгга, при этом угловая ширина отраженного пучка относительно мала. Таким образом, отраженный от кристалла пучок будет монохроматическим, однако его интенсивность будет мала, вследствие малости угловой ширины кривой отражения. Это является недостатком устройства. Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением к полезной модели и выбранным в качестве прототипа является устройство для формирования монохроматического рентгеновского пучка, описанное в 2. Устройство содержит микрофокусную рентгеновскую трубку, многослойное рентгеновское зеркало и кристалл монохроматор. Зеркало имеет форму, близкую к параболической, и формирует плоскопараллельный рентгеновский пучок, который направляется на кристалл монохроматор под углом Брэгга. Кристалл отражает рентгеновские лучи заданной длины волны, которая определяется из условия Вульфа-Брэгга. Поперечное сечение пучка имеет размер около 1 мм 2, и потому такие пучки неэффективны для целей рентгеновской микродифракции и рентгеновского микроанализа. Уменьшение сечения пучка диафрагмой неэффективно, потому что при этом уменьшается интенсивность пучка. Таким образом, недостатком рассмотренного устройства является то, что оно не позволяет получать монохроматические рентгеновские пучки микронных размеров в сечении. Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической задачи по получению рентгеновских монохроматических пучков с поперечным сечением размером в десятки микрон, что важно для целей микродифракции, микроанализа и малоуглового рассеяния. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для получения монохроматического рентгеновского пучка, состоящем из микрофокусной рентгеновской трубки, кристалла монохроматора и расположенного между ними рентгенооптического элемента для формирования плоскопараллельного рентгеновского пучка, в качестве рентгенооптического элемента используется многоэлементная преломляющая рентгеновская линза, которая располагается на расстоянииот фокусного пятна рентгеновской трубки, гдефокусное расстояние линзы. Таким образом, для решения данной задачи предлагается заменить многослойное рентгеновское зеркало в прототипе на другое рентгенооптическое устройство - многоэле 2 86022012.10.30 ментную преломляющую рентгеновскую линзу, которая является новым элементом рентгеновской оптики 3 и состоит из большого числа (100 и более) двояковогнутых микролинз, расположенных соосно. Преломляющая рентгеновская линза является аналогом преломляющей линзы для видимого излучения и позволяет получать изображения источников излучения и объектов в рентгеновских лучах если источник расположить на расстоянииот линзы, то изображение источника будет находиться на расстоянииот линзы, гдеиудовлетворяют формуле линзы(1) 1/1/1/,где- фокусное расстояние преломляющей рентгеновской линзы. Если в качестве источника излучения использовать точечный источник излучения и расположить его в фокальной плоскости линзы , то линза сформирует плоскопараллельный пучок. Для случая,если источник имеет размеры , то расходимость пучкабудет определяться как(2)/. Фокусное расстояние преломляющей рентгеновской линзыопределяется как,(3) 2 где- радиус кривизны отдельной микролинзы,- число микролинз, (1-) - действительная часть показателя преломления вещества из которого изготовлена микролинза 3. На фиг. 1 показана структурная схема устройства для получения монохроматического рентгеновского микропучка и траектории рентгеновских лучей. Устройство содержит источник рентгеновских лучей 1 в виде микрофокусной рентгеновской трубки, преломляющую рентгеновскую линзу 2 и кристалл монохроматор 3. Траектории рентгеновских лучей, распространяющихся в системе показаны позицией 4. В качестве рентгеновской линзы использована многоэлементная преломляющая рентгеновская линза, разработанная в НИИПФП им. А.Н.Севченко БГУ 4-6. Линза представляет собой стеклянный микрокапилляр, внутри которого сформирована 161 двояковогнутая эпоксидная микролинза, с радиусом кривизны 50 мкм каждая. Длина линзы равна 18 мм. Фокусное расстояние линзы, рассчитанное по формуле (3), равно 41 мм для фотонов с энергией 8 кэВ. Апертура линзы (диаметр) из-за поглощения рентгеновских лучей в материале линзы составляет 64 мкм. Пропускание линзы для фотонов с энергией 8 кэВ составляет 0,16. В качестве источника излучения выбрана рентгеновская микрофокусная трубка фирмы , модель 8301. Трубка имеет следующие параметры медный анод, размер фокусного пятна 1 мкм, максимально возможный анодный ток при напряжении 40 кВ составляет 170 мкА. При указанных значениях напряжения и тока трубка испускает в единичный телесный угол и в единицу времени следующее число рентгеновских фотоновсерии атомов меди (энергия фотонов 8 кэВ) 0,141012 фот./ (сстер) 7. Рентгеновская трубка располагается так, чтобы ее фокусное пятно располагалось на оси рентгеновской линзы и на расстоянии до линзы (до середины линзы), равном фокусному расстоянию линзы (41 мм). В качестве кристалла монохроматора использован кристалл германия, расположенный на оси рентгеновской линзы и под углом Брэггак оси,как показано на фиг. 2. Расходимость рентгеновского пучка, сформированного рентгеновской линзой, при указанном размере источника излучения (1 мкм) и фокусном расстоянии линзы (41 мм), и рассчитанная по формуле (3) и составляет 2,410-5 рад. Эта расходимость более чем в два раза меньше, чем угловая ширина брэгговского пика для кристалла германия, которая составляет 5,8610-5 рад 2. Поэтому пучок сформированный рентгеновской линзой, полностью отражается от монокристалла германия. Ширина пучка, падающего на кристалл, определяется апертурой линзы и составляет 64 мкм. 86022012.10.30 При указанных выше параметрах рентгеновской трубки и линзы интенсивность монохроматического рентгеновского пучка составляет 4,2104 фот./с. Указанная интенсивность является достаточно высокой и достаточной для целого ряда практических приложений. Таким образом, в результате реализации устройства получается рентгеновской пучок размером в несколько десятков микрометров и достаточно высокой интенсивности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4