Установка для дифракционных исследований биологических объектов Советский патент 1986 года по МПК G01N23/201 

вано в качестве коллимирующего устройства для рентгеновского, и оптичес кого излучений, светоприемники 16, 17 расположены в задних фокальных плоскостях средств фокусировки 18, 19 и ориентированы на максимумы п-х порядков дифракционной картины. Кроме того, для обеспечения корректировки ошибок измерений в процессе эксперимента в каждом диафрагирован- ном пучке оптического излучения установлены индивидуальные средства

. Изобретение относится к рентгено- структурному анализу и предназначено для малоугловых рентгендифракционных исследований биологических объектов с применением источников синхротрон- ного излучения.

Цель изобретения - повьшение информативности исследования,

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой установки,

Установка для дифракционных исследований биологических объектов на синхротронном излучении содержит установленные по ходу пучка синхротрон- ноге излучения систему 1 формирова- ния рентгеновского пучка, средство 2 диафрагирования пучка,, держатель исследуемого объекта (образца) 3 со средством 4 его управления, вакуумный объем 5 с входным б и выходным 7 окнами, детектор 8 рентгеновского излучения с блоком 9 обработки, источник 10 оптического излучения, первое зеркало 11, второе зеркало 12, устройство 13 регистрации оптическо- го излучения, в состав которого входят второе зеркало 12 и часть корпуса вакуумного объема 5, механизм 14 поворота устройства 13 с фиксатором 15, два светоприемника 16 и 17, два средства 18 и 19 фокусировки диафра- гированного потока, два средства 20 и 21 нейтральной фильтрации диафра- гированньгх потоков оптического излучения, в состав которого входят две щелевые диафрагмы 22 и 23, фильтры 24 однородной плотности, фильтры 25 с линейной неравномерностью плотности и механизм 26 перемещения фильтра

нейтральной фильтрации 20 и 21, рас положенные в передних фокальных плоскостях средств фокусировки. Механизм поворота регистратора оптического излучения вокруг рентгеновского пучка и наличие фиксатора для ориентации зеркала 12, которое расположено в вакуумном объеме 5, позволяют регистрировать дифракционные картины в ontn4ecKOM диапазоне как в меридиа- нальной, так и сагиттальной плоскостях „ 1 ил.

25, средство 27 дискретного ослабления рентгеновского потока с пластинами, 28 переменной плотности, механизмом 29 для поочередного введения пластин 28 в нулевой порядок дифракционной картины и дифференциальный усилитель 30.. .

Установка работает следующим образом,

Вначапе при наличии пучка синхронного излучения, юстируют систему 1 формирования рентгеновского пучка,. средство 2 диафрагирования пучка и средство 27 дискретного ослабления интенсивности рентгеновского потока прошедшего через исследуемый объект 3 на детектор 8 рентгеновского излучения. При этом подбирают требуемую плотность пластины 28, которую устанавливают в нулевой порядок дифракционной картины от объекта 3 с помощью механизма 29. После окончания юстировки фиксируют за выходным окном 7 вакуумного объема 5 место прохождения рентгеновского пучка, например,, с помощью рентгеночувстви- тельного материала.

Затеям перекрывают поток синхро- тронного излучения перед устройством 1 .j выводят с оптической оси рентгеновского пучка пластины 28 устройства 27 и настраивают поток оптического излучения от источника 10 с помощью первого зеркала 11, В качестве формиру,ющей щели перед объектом 3 используют средство 2 диафрагирования. Опт1тческие оси потоков рентгеновского и оптического излучений располагают коаксиально. Это обеспечивается за счет совмещения оптического потока с ранее фиксированным местом прохождения рентгеновского пучка, расположенным за выходным окном 7.

Предварительная настройка устрой- ства 13 регистрации оптического излучения осуществляется после ввода в пучок объекта 3 и установки устройства 13 с помощью механизма 14 поворота и фиксатора 15 в такую плоскость регистрации дифракционных картин оптического диапазона, в которой приводятся рентгеновские дифракционные исследования. При этом диафрагированные потоки, отразивщись от второго зеркала 12, проходят средства 20 и 21 нейтральной фильтрации и формируются средствами 18 и 19 фокусировки на регистрирующей поверхности све- топриемников 16 и 17, которые совместно со средствами 20 и 21 ориентируются на максимумы h порядков дифракционной картины, симметрично расположенных относительно максимум нулевого порядка. Щелевыми диафрагмами 22 и 23 ограничивают оптимальную зону регистрации диафрагирован- ных потоков, которая затем равномерно проецируется на светоприемни- ки 16 и 17, В исходном положении при статическом состоянии структуры объекта 3 выравнивают интенсивности световых диафрагированных потоков, падающих на светоприемники 16 и 17, путем перемещения фильтра 25 механизмом 26, При этом в установке предусмотрена возможность вьфавнивания динамических характеристик систем регистрации светоприемник - усилитель за счет, например, изменения коэффициента усиления одного канала дифференциального усилителя 30,

В качестве светоприемников 16 и 17 можно использовать фотодиоды, которые подбирают по зональной вительности их фотокатодов. По графику зональной чувствительности определяют допусти14ое перемещение по фотокатоду h, при котором возможные изменения, чувствительности адекватны пороговой интегральной чувствительности фотодиода Sj,n, По следующим выражениям определяют динамический диапазон измерения Af периода структурыЕ объекта исследования 3, исходя из зональной чувствительности фотокатодов, и минимально допустимую величину измерения периода структуры

ЛЕ , исходя из пороговой интегральной чувствительности светоприемников и дисперсии { неравномерной плотности фильтра 25 или дисперсии интенсивности потока после фильтра 23 при установленной перед ним маске :

2 h

ul Т arctg- cos

. arcsin ,

5 Ш

15

20

25

0

0

5

0

5

S1 ty arctg

где

А А SHHT.

f

OS

arcsin Y

f z длина волны когерентного оптического излучения от источника 10 j

заднее фокусное расстояние средств 18 и 19 фокусировки, расстояние объект исследования 3 - фильтр 25 линейной неравномерностью. После раздельной юстировки устройств всей установки, расположенных по оптической оси потоков рентгеновского и оптического диапазонов, осуществляют при наличии пучков от источников синхротронного и оптического излучений одновременную регистрацию дифракционных картин от исследуемого объекта.Д в рентгеновском и оптическом диапазонах. При регистрации рентгеновских дифракционных картин детектором 8 осуществляют одновременно контроль за ин- тенсивностью нулевого порядка, которую затем используют для нормировки полученных рентгенограмм. При исследовании объектов 3 с различным поглощением рентгеновского излучения корректируют плотность пластин

28устройства 27 с помощью механизма

29привода, В нулевой порядок дифракционной картины устанавливают пластину 28 такой плотности, чтобы прошедший через нее рентгеновский пучок имел минимальную интенсивность.

При исследовании структуры объекта 3 в динамике диафрагированные потоки оптического диапазона перемещаются вдоль щелевых диафрагм 22 и 23, При этом светоприемник 16 регистрирует по первому каналу изменения интенсивности дифракционного максимума II порядка, которые возникают только на структуре объекта 3, например, за счет изменения его физических и оптических свойств в месте прохождения луча. Светоприемник 17

регистрирует по второму каналу иэмв нения интенсивности симметричного максимума, соответствующие первому каналу, а также изменения,, возникаю- щие от дисперсии линейной неравномерной плотности фильтра 25 или линейного изменения площади маски, наложенной на него. При такой регистрации диафрагированных поогоков с вы- хода дифференциального усилителя 30 поступает на вход блока 9 обработки сигнал, который адекватно отражает величину периода структуры объекта 3 в микронном диапазоне. В установке предусмотрена возможность изменять или поддерживать величину периода в зависимости от величины сигнала с выхода блока 30, которьй запускает на заданный режим средства 4 управ- ленйя объектом.

При переходе в процессе эксперимента на регистрацию дифракционных картин в другой плоскости, перпендикулярной рассмотренной, осуществляют поворот устройства 13.с помощью механизма 14 и фиксатора 15. При этом не требуется перенастройка устройств расположенных по ходу рентгеновского и оптического пучков.

Формула изобретения

Установка для дифракционных иссле дований биологических объектов на синхротронном излучении, содержащая последовательно установленные по ходу пучка систему формирования пучка, средство дйафрагирования пучка, держатель исследуемого объекта со сред- ствами управления им, вакуумный объем с входным и выходным окнами, детектор рентгеновского излучения с блоком обработки, первое и второе зеркала, прозрачные для рентгеновс- кого излучения и расположенные перед и за держателем исследуемого объекта источник оптического излучения, ори- ентированньш на первое зеркало, и

: устройство регистрации оптического -излучения с двумя светоприемниками

j 0 5 0

5 0

5

Q

0

и средствами фокусировки на них оптического излучения, ориентированными на второе зеркало, отличающаяся тем, что, с целью повышения инфюрмативности исследования средство дйафрагирования пучка расположено между держателем исследуемого объекта и первым зеркалом, второе зеркало установлено в вакуумном объеме за входным окном., светоприем- ники ориентированы на максимумы п-х порядков оптической дифракционной картины, симметричные относительно максимума нулевого порядка, в уста- новку дополнительно введены средство дискретного ослабления пучка рентгеновского излучения, два средства нейтральной фильтрации оптического из-пучения, снабженный фиксато-. ,ром механизм поворота устройства регистрации оптического излучения совместно с частью корпуса вакуумного объема, в котором расположено второе зеркало, и дифференциальный усилитель, причем первое средство нейтральной фильтрации состоит из щелевой диафрагмы и фильтра с однородной плотностью по всему полю диафрагмы, второе средство нейтральной фильтрации состоит из щелевой диафрагмы, фильтра с линейно изменяющейся плотностью по полЕо диафрагмы или однородной плотностью и наложенной маской с линейной изменяющейся площадью вдоль диафрагмы, а также механизма перемещения этого фильтра перпендикулярно к потоку диафра- гированного оптического излучения, средства нейтральной фильтрации расположены в передних фокальных плоскостях средств фокусировки оптического излучения, средство дискретного ослабления пучка ренп-еновского излзтения установлено в вакуумном объе -ме перед выходным окном, к входам дифференциального усилителя подключены выходы светоприемников, а выход указанного усилителя подключен к блоку обработки и/или средствам управления исследуемым объектом.

Изобретение относится к области рентгеноструктурного анализа. Целью его является повьшение информативности исследования. В установке для дифракционных исследований биологических объектов на синхротронном излучении, которая содержит средства одновременной регистрации дифракционных картин в рентгеновском и оптичес- ,ком диапазонах, средство диафрагиро- вания рентгеновского пучка использо}5 14 (Л 2Э -27 28 ND 1 СП ;о ч