СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ПОЛОЖЕНИЕМ РЕНТГЕНОВСКОГО ПУЧКА Российский патент 2007 года по МПК G01N23/20 

Описание патента на изобретение RU2303776C1

Изобретение относится к области рентгенодифракционных и рентгенотопографических неразрушающих методов исследования структуры и контроля качества материалов и предназначено для формирования рентгеновского пучка, в частности пучка синхротронного излучения (СИ), с помощью кристаллов-монохроматоров и фокусирующей системы, состоящей из двух зеркал.

В качестве прототипа рентгенооптической системы выбрано устройство для формирования рентгеновского пучка, описанное в работе В.В.Лидер, Е.Ю.Терещенко, С.И.Желудева, В.И.Вологин, Ю.Н.Шилин, В.А.Шишков // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2004. №7. С.5-14. Пучок СИ после последовательного отражения от двух кристаллов-монохроматоров, находящихся в бездисперсионной схеме дифракции, направляется на модуль управления пространственным положением пучка, состоящий из двух плоских зеркал полного внешнего отражения (ПВО). Первое зеркало устанавливается под фиксированным углом к пучку; его задача - вывести пучок из горизонтальной плоскости. Вращением и линейным перемещением в плоскости рассеяния второго зеркала осуществляется изменение угла падения пучка на органическую нанопленку на поверхности жидкой субфазы (далее «жидкий образец»). При этом в процессе эксперимента сохраняется неизменным положение области засветки пучка на образце без перемещения ленгмюровской ванны. При использовании в качестве первого зеркала фокусирующего зеркала с цилиндрической поверхностью область засветки возможно уменьшить. Это обстоятельство дает основание для оптимального использования энергодисперсионного детектора флуоресцентного излучения, поскольку последний имеет ограниченный телесный приемный угол. Однако при неподвижном фокусирующем зеркале в процессе эксперимента размер области засветки не будет постоянным, что может сказаться на точности эксперимента.

Задачей изобретения является создание способа управления пространственным положением рентгеновского пучка с помощью последовательного отражения предварительно монохроматизированного пучка синхротронного излучения от двух зеркал с цилиндрической и плоской поверхностями, перемещения вдоль пучка и вращения второго зеркала вокруг оси, нормальной к плоскости рассеяния рентгеновских лучей, позволяющего обеспечить неизменность размера области засветки горизонтально расположенной поверхности исследуемого жидкого образца при различных значениях угла между рентгеновским пучком и поверхностью образца.

Поставленная задача решается тем, что производят вращение первого зеркала вокруг оси, нормальной к плоскости рассеяния рентгеновских лучей, причем угол θ1 между пучком и первым зеркалом и угол θ2 между пучком и вторым зеркалом связаны соотношением:

θ2=[θ1(1-2kθ1)-A]/2kθ1,

где k и А - параметры, зависящие от энергии пучка, радиуса кривизны цилиндрической поверхности первого кристалла и линейных параметров станции.

Изобретение поясняет рентгенооптическая схема устройства, представленная на чертеже. Слабо расходящийся пучок СИ, генерируемый источником 1, направляют на двухкристальный монохроматор. Его кристаллы 2 и 3 находятся в параллельном положении (n, -n), обеспечивая, таким образом, бездисперсионную дифракцию рентгеновских лучей (РЛ). Сформированный монохроматором пучок распространяется в направлении, параллельном первичному пучку СИ, а его пространственное положение не меняется при изменении углового положения кристаллов. Монохроматизированный рентгеновский пучок выводят из горизонтальной плоскости фокусирующим зеркалом полного внешнего отражения 4. Зеркало имеет поверхность кругового цилиндра постоянного радиуса. Второе зеркало 5 с плоской рабочей поверхностью направляет пучок на жидкий образец 6. Угол α между сформированным оптической системой пучком и поверхностью образца в процессе эксперимента меняется от αmin до αmax, причем

αmax=2(θ2c1c),(1)

где θ1c и θ2c - соответственно величины критических углов ПВО для первого (фокусирующего) и второго (плоского) зеркал. Фокусное расстояние q связано с величиной радиуса R фокусирующего зеркала и расстоянием p от источника рентгеновского излучения до зеркала выражением:

2/Rθ1=1/p+1/q.(2)

Такое зеркало возможно использовать для управления угловой расходимостью Δα сформированного пучка (см. чертеж):

Δα/Δθ=p/q.(3)

Здесь Δθ - расходимость первичного пучка СИ.

С помощью формул (2), (3) и чертежа нетрудно получить выражение для размера засветки D поверхности жидкого образца пучком:

D=L(1+l/р-2l/Rθ1)(pΔθ/Lα),(4)

где l - расстояние между зеркалом 4 и центром области засветки. Из (4) следует, что в случае плоского 4 (R=∞) размер области засветки обратно пропорционален углу α. Однако при R≠∞ можно добиться неизменности размера засветки (D=const) на протяжении всего эксперимента (т.е. при вариации угла α). Для этого изменяют угол θ1 по закону:

θ1=А[1-(α/αmax)(1-A/θ1c)]-1.(5)

При этом углы θ1 и θ2 будут связаны соотношением:

θ2=[θ1(1-2kθ1)-A]/2kθ1.(6)

Здесь k=(1-А/θ1c)/аmax, А=В[1+l/р], В=2l/R и не зависит от длины волны РЛ, θм - брэгговский угол кристаллов-монохроматоров. В случае использования асимметричного рефлекса монохроматора 2 р=р0/b1м)+l0+htgθм, р0 - расстояние между источником излучения и первым кристаллом-монохроматором 2, l0 - расстояние между монохроматором 2 и фокусирующим зеркалом 4, h - расстояние между направляющими горизонтального перемещения монохроматоров 2 и 3, b1 - коэффициент асимметрии 2:

b1м)=sin(θм1)/sin(θм1),(7)

где ϕ1 - угол наклона отражающих плоскостей к поверхности кристалла-монохроматора M1.

Похожие патенты RU2303776C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ФОКУСИРОВКИ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2007
  • Лидер Валентин Викторович
RU2352923C1
Установка для дифракционных исследований биологических объектов 1980
  • Корнеев Владимир Николаевич
  • Герасимов Владимир Сергеевич
SU883725A1
Монохроматор рентгеновского излучения 1981
  • Кшевецкий Станислав Антонович
  • Шафранюк Владимир Петрович
SU1012350A1
Устройство для рентгеновского дифракционного исследования объектов и способ установки зеркала полного внешнего отражения в пучке рентгеновского излучения 1980
  • Корнеев Владимир Николаевич
  • Герасимов Владимир Сергеевич
SU883726A1
РЕНТГЕНОДИФРАКЦИОННАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ РЕНТГЕНОВСКОЙ ДИФРАКЦИИ 2008
  • Торая Хидео
RU2449262C2
Широкополосный монохроматор (варианты) 2023
  • Назьмов Владимир Петрович
RU2801285C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ПУЧКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГИБА КРИСТАЛЛА 2003
  • Ковальчук М.В.
  • Желудева С.И.
  • Лидер В.В.
  • Хейкер Д.М.
  • Шишков В.А.
  • Шилин Ю.Н.
  • Добрынин Г.И.
RU2260218C2
НЕЙТРОННЫЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ РЕФЛЕКТОМЕТР 2015
  • Сыромятников Владислав Генрихович
RU2590922C1
Рентгеновский спектрометр дляСиНХРОТРОННОгО иСТОчНиКА излучЕНия 1979
  • Афанасьев Александр Михайлович
  • Имамов Рафик Мамед-Оглы
  • Ковальчук Михаил Валентинович
  • Ковьев Эрнст Константинович
  • Миренский Анатолий Вениаминович
  • Семилетов Степан Алексеевич
  • Шилин Юрий Николаевич
SU817553A1
Рентгеновский спектрометр 1979
  • Скупов Владимир Дмитриевич
SU857816A1

Реферат патента 2007 года СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ПОЛОЖЕНИЕМ РЕНТГЕНОВСКОГО ПУЧКА

Использование: для управления пространственным положением рентгеновского пучка. Сущность: заключается в том, что управление угловым положением рентгеновского пучка осуществляется с помощью последовательного отражения предварительно монохроматизированного пучка синхротронного излучения от двух зеркал с цилиндрической и плоской поверхностями и вращения второго зеркала вокруг оси, нормальной к плоскости рассеяния рентгеновских лучей, при этом производят вращение первого зеркала вокруг оси, нормальной к плоскости рассеяния рентгеновских лучей, причем угол θ1 между пучком и первым зеркалом и угол θ2 между пучком и вторым зеркалом связаны определенным соотношением. Технический результат: обеспечение неизменности области засветки горизонтально расположенной поверхности исследуемого жидкого образца при различных значениях угла между рентгеновским пучком и поверхностью образца. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 303 776 C1

Способ управления угловым положением рентгеновского пучка с помощью последовательного отражения предварительно монохроматизированного пучка синхротронного излучения от двух зеркал с цилиндрической и плоской поверхностями и вращения второго зеркала вокруг оси, нормальной к плоскости рассеяния рентгеновских лучей, отличающийся тем, что производят вращение первого зеркала вокруг оси, нормальной к плоскости рассеяния рентгеновских лучей, причем угол θ1 между пучком и первым зеркалом, и угол θ2 между пучком и вторым зеркалом связаны соотношением

θ2=[θ1(1-2kθ1)-A]/2kθ1,

k=(1-A/θ1c)/αmax, A=B[1+l/p], b=2l/R, αmax=2(θ2c1c),

где k и A - параметры, зависящие от энергии пучка, радиуса кривизны цилиндрической поверхности первого кристалла и расстояния между источником излучения и фокусирующим зеркалом;

αmax - максимальный угол между сформированным оптической системой пучком и поверхностью образца в процессе эксперимента;

θ1c и θ2c- соответственно величины критических углов полного внешнего отражения для первого (фокусирующего) и второго (плоского) зеркал;

l - расстояние между первым (фокусирующим) зеркалом и центром области засветки;

р - расстояние от источника рентгеновского излучения до фокусирующего зеркала;

R - радиус фокусирующего зеркала.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2303776C1

WO 8911683 A1, 30.11.1989
ФОКУСИРУЮЩИЙ МОНОХРОМАТОР 2004
  • Хейкер Д.М.
  • Шишков В.А.
  • Шилин Ю.Н.
RU2248559C1
Устройство для получения рентгеновс-КОгО изОбРАжЕНия B пЕРЕМЕННОМ MAC-шТАбЕ 1979
  • Коган Михаил Тевелевич
SU842521A1
СПОСОБ ФОКУСИРОВКИ ВОЛНОВОГО ПОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Щетников А.А.
  • Ашкиназий Я.М.
  • Чеглаков А.В.
RU2238576C1
Способ рентгеновского спектрального анализа 1978
  • Киселева Кира Вячеславовна
  • Турьянский Александр Георгиевич
SU741122A1
JP 6347599 A, 22.12.1994
US 5914997 A, 22.06.1999.

RU 2 303 776 C1

Авторы

Ковальчук Михаил Валентинович

Лидер Валентин Викторович

Даты

2007-07-27Публикация

2005-12-15Подача