Устройство для монохроматизации и фокусировки синхротронного рентгеновского излучения Советский патент 1984 года по МПК G21K1/06 

Изобретение относится к устройствам для монохроматиэаиии и фокусировки синхронного рентгеновского излучения, применяемым в рентгенотруктурном и рентгеноспектральном анализе.

Известно устройство для монохроматизации и фокусировки рентгеновского излучения, содержащее кристаллическую пластину и держатель с регули-. руемыми по высоте упорами, в котором крепится пластина и который сообщает пластине изгиб в виде логарифмической спирали l ,

Однако это устройство требует очень высокой точности при его изго- 5 товлении, изготовлении кристаллической пластины и установке ее в держателе, кроме того, не полно используется рабочая поверхность из-за перекрытия изгибающими элементами. 20

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для монохроматизации и фокусировки синхротронного рентгеновского излучения, содержащее корпус, расположенные в нем пару 25 неподвижных роликовых опор и пару подвижных опор, фокусирующий кристалл -монохроматор, расположенный между парой неподвижных и парой подвюкных опор, средства приложения нагруз- д ки к паре подвижных опор, выполненные в виде источников нагрузки и передаточных элементов 2 .

Данное устройство имеет ограничен-35 ный срок службы кристалло-монохроматора, так как при дифрагировании полихроматического синхротронного потока используется единственная узкая полоса его рабочей поверхности, 0 которая свободна от контакта с неподвижными роликовыми опорами. Это приводит к тому, что оптичес} ие свойства рабочей поверхности ухудаиаются за короткое время воздействия высокоинтенсивного полихроматического синхротронного излучения. Для восстановления кристалла-монохроматора необходимо выполнить дорогостоящие и длительные операции шлифования, полировки и травления его рабочей поверх- 50 ности. Кроме того, фокусировка излучения в. известном устройстве осуществляется при изгибе кристалла-монохроматора от одного источника нагрузки и передаточного элемента. Поэ- .55 тому для достижения нужной формы рабочей поверхности необходимо расположить в заданных координатах точку контакта источника нагрузки с передаточным элементом. При этом необхо- 0 димо учитывать расположение подвижных, роликовых опор и изменение жесткости пластины кристалла-монохроматора по ее длине, что представляет определенные практические трудности в такой ,с связанной системе, которая имеет

место в известном устройстве. Данные обстоятельства ограничивают гибкость при создании такой формы рабочей поверхности, которая бы отвечала условиям фокусировки, при которых обеспечивается формирование минимального размера изображения протяженного источника синхротронного излучения с минимальными абберационными искажениями в широком спектральном диапазоне рентгеновского излучения.

изобретения - увеличение срока службы кристалла-монохроматора улучшение условий фокус 1ФОВКИ и обеспечение возможности использования кристаллов-монохроматоров разной толщины. ,

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для монохроматизации и фокусировки синхротронного рентгеновского излучения, содержащем корпус, .расположенные в нем пару неподвижных роликовых опор и пару подвижных опор, фокусирующий кристалл-монохроматор, расположенный между парой неподвижных и парой подвижных опор, средства приложения нагрузки к паре подвижных опор, выполненные в виде источников нагрузки и передаточных элементов, подвижные опоры выполнены в виде круглых вало с опорными концевыми участками и расположенным концентрично относительно них центральным участком, длина которого выбрана не меньшей ширины кристалла-монохроматора в месте их контакта,причем опорные концевые участки установлены в паре разрезных направляющих с треугольным или полукруглым профилем,выполненных в корпусе и снабженных каждая плоскими боковыми поверхностями, в контакте с которыми при помощи зажимных планок установлены неподвижные роликовые опоры, длина каждой из которых выбрана равной полуширине кристалла-моноХроматора в месте их контакг{%, один опорный концевой участок снабжен консолью, выступающей за разрезные направляющие и взаимодействующей с передаточным элементом,и в устройство дополнительно введена пара средств приложения упругой нагрузки к опорным концевым участкам валов в направлении относительно их направляю-: щих, .соответствующем направлению Iдействия нагрузки на кристалл-монохроматор, а каждое из этих средств выполнено в в:иде двух передаточных элементов, расположенных между разрезными направляющими, и пружинного элемента.

При этом передаточные элементы средств приложения нагрузки к паре подвижных опор снабжены устройством для зажима консолей с возможностью

° Гфиг °показано предлагаемое устройство, вид с торца; на фиг. 2то же, вид сбоку; на фиг. 3 схема изги(5а фокусирующего кристалла-монохроматора на примере одной из консоли.

Устройство для монохроматизации и фокусировки синхронного рентгеконского излучения содержит корпус

I,на котором установлены пара источников нагрузки 2. В корпусе 1 расположена пара опор 4, передаточные элементы 5 средств приложения нагрузки к паре подвижных опор 4, передаточные элементы 6 средств приложения упругой нагрузки к паре подвижных опор 4 с пружинными элементами 7 и расположенный между парами опор 3 и 4 фокус 1Ч5УЮЩИЙ кристалл-монохроматор 8.

Подвижные опоры 4 выполнены в вице круглых валив с опорными концевыми участками и центральным участ- ком, расположенным от них с эксцентриситетом е . Длина центрального участка выполнена не меньше ширины фокусирующего кр иста;и1а-монохроматор 8 в месте их контакта. Опорные кон.цевые участки подвижных опор 4 установлены в паре разных направляющих с треугольным (или полукруглым). профилем. Направляющие 9, изготовленные 5 корпусе 1 с разрезом, алеют плоские боковые поверхности С, к которым установлены с помсндью зажимныхпланокГо неподвижные роликовые опоры 3.

Каждая подвижная опора 4 прижата к своим разрезным направляющим 9 пружинным элементом 7. Упругая нагрузка от данных элементов 7 действует на два передаточных элемента 6, которые расположены в разрезе направляющих 9 и взаимодействуют с опорными концевыми участками подвижных опор 4. Указанное, взаимодействие происходит таким образом, чтобы равнодействующая сил действия пружинных элементов 7 на подвижные опоры 4 была напт равлена к направляющим 9, т.е. соответствовала направление нагрузки на фокусирующий кристалл-монохроматор, которая возникает при контакте с ним центрального участка вала 4 от крутящего момента, создаваемого источниками 2.

Передаточные элементы 5 снабжены у.стройством зажима, содержащим, например, разрезное отверстие с винтом

II.Зажии осуществляется на консоль опорного концевого участка подвижной опоры 4, которая снабжена шлицевой прорезью, выступающей за передаточный элемент 5. . .

На фиг. 3 представлена схема одной консоли кристалла-монохроматора 8 и показано место излучения синхротронного полихроматическог потока 12 (источник), созданное при

изменении траектории движения электронов е по орбите, и изображение источника 13, полученное в плоскости фокусировки.

Устройство работает следующим образом.

Вначале подвижные опоры поворачивают относительно осей вращения их опорных концевцх участков (точка 0) и устанавливают вручную в положение J с помощью шлицевой прорези при разжатом зажиме передаточных элементов 5. Затем располагают кристаллмонохроматор 8 на неподвижных роликовых опорах 3 и устанавливают побчередно центральные участки подвижных опор 4 в положение П , т.е. поворачивают их относительно осей О на. , до возникновения контакта с кристаллом-монохроматором 8. Последующую работу осуществляют в автоматическом режиме или дистанционно после установки устройства на пУчок синхротронного полихроматического излучения.

При приложении нагрузки от источников 2 передаточные элементы 5 поворачивают относительно опорных концевых участков подвижных опор 4 (0). При этом создается крутящий момент н подвижных опорах 4, с помощью которого их центральный участок, поворачиваясь на угол (dn +Aot-oth), перемещае линию контакта с кристаллом-монохроматором 8 на величну S( . При взаимодействии кристсшла-монохроматора 8 с подвижными 4 и неподвижными 3 парами опор возникает момент сил, который осуществляет изгиб. Источники 2 имею возможность работать одновременно ил поочередно в зависмиости от требуемы условий фокусировки. По достижении необходимой формы рабочей поверхност кристалла-монохроматора 8 или радиуса изгиба приложения к передаточном элементу 5 нагрузка фиксируется.

Для обеспечения фокусировки синхротронного рентгеновского излучения с минимальными аберрациями необходим вьполнить условия изгиба кристалламонохроматора 8 без его скручивания. Это достигается изготовлением рабочих поверхностей кристалла-монохроматора 8 с хорсач й плоскостностью и параллельностью, а также обеспечением строгой параллельности всех подвижных 4 ;и неподв ижных 3 опор, расположенных в корпусе 1. Последнее обстоятельство предъявляет особые требования к взаимному расположению направляющих 9. В предлагаемом устройстве направляющие 9 и корпус 1 представляет единое целое, поэтому упрощается способ изготовления корпуса 1, при этом обеспечиваются минимально допустимые погрешности взаимного расположения поверхностей С, Это достигается по следуиадим соображениям. Известно, что любая перестановка детали в процессе ее изготовления приводит к погрешностям взаимного расположения поверхностей, Ьбработанных при различных установках, причем эти погрешности имеют место даже при базировании каждый раз по одной и той же поверхиостй. Причиной погрешностей являются погрещ рсти закрепления, величина которых зависит от неста бильности усилий зажима и деформаций стыков по закрепляемым поверхностям. С учетом изложенного, при изготовлении ответственных поверхностей, точность взаимного расположения которы особенно важна для обеспечения параллельности подвижных 4 и неподвиж 3 опор (поверхности С и поверх ности направлякицих 9, образукяцие треугольный или полукруглый профиль следует их обрабатывать от одной базы В и при одной, установке, т.е когда при одном зажиме детали нач то обрабатываются все трё&уемае поверхности. Данную операцию можно проводить на плоско-шлифов альньис станках. При этом, исходя из паспортных данных, достигается хорошая плоскостность поверхностей при R 0,8 и их параллельность значительно меньше 1 мкм по всей длине корпуса Требуемые параметры различных элементов предлагаемого устройства и режим работы при осуществлении изгиба фокусирующего кристалла-моно хроматора могут бьлгь определены из условий фокусировки пучка параксиаль ной оптикой (что допустило, так как синхротронное излучение распростра няется в малом угле расхождения пучка) и чувствительности кинематик приводов устройства в зависюлости о пространственного разрешения устройств, регистр 19 укяцих изображение источника излучения e(cos otn-cosfltn t6«. ЬЧа е 5лпАп+-ЛА) X yuV(qiegint tnttnic)9in9; , 4V((tu,V) гда L - расстояние между осями вргицения. подвижных опор; а- расстояние между осью вращения подвижной опоры и неподвижной опорой/ 9 - угол скольжен.ия или угол Брегга при использовании кристаллов мо- нохроматоров с нулевой асжммё триейV - расстояние от кристалла-монохроматора до изображения источника синхротронного рентгенов- ского излученияV йУ- глубина фокусировки, т.е. расстояние между передней и задней плоскостью, ограничивающей то пространств в плоскости , изображения, в котором измеиение границы изображения источника коррелируют с пространственным разрешением устройства/регистрирующего этоизображение; Вив - параметры средства приложения нагрузки к подвижным опорам (фиг. 3). Предлагаемое устройство обеспечивает увеличение срока службы крисТсшла-монохромётсчра, т.е. удлиняет цикл его работы непрсре цственно на мощном синхротроннрм пучке. Это достигается за счет переустановки рабочей поверхности кристалла:-моно хроматора относительно пучка внаале по одной поверхности, равно полрвине его ширины, за счет перемещения всего уртройства в вертикальной плоскости по направлению, перпендикулярному пучку, а затем, после перестановки кристалла-монозфоматора - р доугой половине его прверкности. Улучшаются условия фокусировки за счетси..гибкости в выборе режима работы источникон нагрузки. Конструкция устройства позволяет также упростить спрсобизгртов лени я основной дет сши - корпуса с направляющими для опор кристалла-монохроматора при обеспечении высокой точности его изготовления.

И

.1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ MOHQXPOМАТЙЗАЦИИ И ФОКУСИРОВКИ СИНХРОТРОНHOIO РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее корятус, расположенные в нем пару недодвижных роликовых опор и пару подвижных опор, фокусируюш1й кристалл-монохроматор, расположённый между парой неподвижных и парой подвижных опор, средства приложения нагрузки к паре подвижных опор, выполненные в виде источников нагрузки и передаточных элементов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения срока службы кристалла-монохроматора и улучшения условий фокусировки, под вижные опоры выполнены в внце круглых валов с опорными концевыми участками и расположенным эксцентрично относительно них .центральным участком, длина которого выбрана не меньшей ширины кpиcтaллa- /Ioнoхроматора в месте их контакта, причем опорные концевые участки установлены в паре разрезных -направляющих с Треугольным или полукруглым профи-, лем, выполненных в корпусе и снабженных каждая плоскими боковыми поверхностями, в контакте с которыми при помощи зажимных планок установлены неподвижные роликовые опоры, длина каждой из которых выбрана равной полуширине кристалла-монохрома:тора в месте их контакта, один опорный концевой участок снабжен консолью, выступающей за разрезные направлякнцие и взаимодействующей с передаточным элементом, и в уст- j ройство дополнительно введена пара S средств приложения упругой нагрузки W к опорным концевым участкам валов в направлении относительно их направляющих, соответствуня«ем направлению действия нагрузки на кристалл-монохроматор, а каждое средств выполнено в виде двух передаточных элементов,расположенных между раз-, резными направляющими, и пружинного . элемента. vl 2. Устройство по п. 1, о т л исо ч а ю щ е е с я тем, что,с .целью обеспечения возможности использоваг00 ния кристсшлов-монохроматоров разной о толщины, передаточные элементы средств приложения нагрузки к паре со подвижных опор снабжены устройством для зажима консолей с возможностью поворота валов.