Устройство точечной фокусировки рентгеновского излучения Советский патент 1991 года по МПК G21K1/06 

Ё

Изобретение относится к устройствам управления рентгеновским излучением и может применяться в рентгеноспектраль- ном и рентгеноструктурном анализе, рентгеновской микроскопии и астрономии. Цель изобретения - обеспечение возможности фокусировки в произвольной точке. Источник располагают на направлении брэггов- ского отражения на произвольном расстоянии Lo от двухосно изогнутого монокристалла, сфокусированное излучение принимают в точке на определенном расстоянии от центра изгиба монокристалла Lh. определяемом соотношением 1 /Ц +1 / 1/F, F Ry- sin вь /2, где F - фокусное расстояние; ft, - угол Брэгга, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам управления рентгеновским излучением с использованием дифракции и может применяться в рентгеноспектральном и рентгеноструктурном анализе, рентгеновской микроскопии и астрономии.

Целью изобретения является обеспечение возможности фокусировки в произвольной точке.

На чертеже показана рентгенооптиче- ская схема устройства.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливают источник 1 рентгеновских лучей на произвольном расстоянии Lo от центра изгиба кристалла 2 так. что кристалл 3 ориентирован в плоскости, образованной осями X и Z, под точным углом Вульфа-Брэгга к падающему лучу. В случае, когда кристалл 3 представляет собой идеальный монокристалл, изогнутый по осям,

параллельным осям X и У, с радиусами изгиба RX и Ry, связанными соотношениями

Ry Rxsln2 вь ,

рентгеновское излучение динамически отражается от него и в соответствии с расчетом хода лучей фокусируется в точку 4 в направлении точной брэгговской дифракции на расстоянии Lh от центра изгиба кристалла 2, определяемом соотношениями

Lo.L-l г - Rx sln U U F h 2

где F - фокусное расстояние.

При брэгговской дифракции рентгеновских лучей, испущенных точечным источником, находящимся на расстоянии Lo от кристалла, изогнутого по двум осям с радиусами изгиба RX и Ry, интенсивность дифрагированной волны 1(гр) в вакууме на

( ГО hO О О 00

расстоянии от кристалпа определяется соответствующим решением уравнений

rXh

Такаги-Топэна и имеет вид

(ГР) WuLhOoOh //dkdyGh(k + qo)(k,y)|2 ;

pfixxA- Wl , 1 ksinaflvvа Ф УУРm

F(k,y) - - + Oh (Xp - Uslnft) + 3JL -JJE , 0)

Lo

sin ft, sln6b где о

R

Oh

д 1,1 2sli P U+UR

2sln

qo

/с 2яХ - волновое число рентгеновских лучей;

Gh(k) - фурье-гармоника функции Грина

дифрагированной волны рентгеновских лучей в изогнутом кристалле;

X0,h - Фурье-гармоники поляризуемости кристалла.

В соответствии с известными методами анализа дифракционных интегралов, фокусные расстояния определяются из условий

#Е-о Или J-+-L- -2.

aR2-0 или Lh+u. n1,1 2sln&

или т-+т- -в- dY2Lh Lo Ry

При этом координаты фокусной точки определяются уловиями

|Ј 0или Xp LhSln&; |у 0 или Yp 0 .

Когда радиусы изгиба кристалла Rx и Ry 30 связаны условием

Ry RxSln2 вь ,

я

16229084

Такаги-Топэна и имеет вид

Lo

in ft, sln6

R

sln2ft slnfl)

U

Rx

2sli R

2sln6b у

5

10

15

условия (2) и (3) выполняются на одинаковом расстоянии Lh от кристалла - происходит фокусировка точка в точку.

Из (4) и (5) следует, что поскольку выражения для координат фокусной точки не зависят от длины волны падающего излучения, двухосноизогнутый кристалл с радиусами изгиба RX и Ry, связанными условием (6), ахроматически фокусирует все длины волн в одну точку, определяемую условиями (2) - (5).

Из общей формулы (1) можно определить распределение интенсивности отраженного излучения в окрестности фокусной точки и дифракционные размеры фокусного пятна AXf и AYfi

AXf Actgfl |1 -

AYf

ALh

Т

25

30

35

Предлагаемое устройство дает возможность по сравнению с известным управлять положением фокусной точки. При помещении источника на фокусном расстоянии от кристалла Lo F точка фокуса устремляется в бесконечность ( ), от кристалла отражается параллельный пучок рентгеновских лучей - происходит двумерная коллимация излучения. Когда Lo F, изображение источника мнимое, Lh 0. В интервале расстояний F Lo °° изображение источника рентгеновских лучей действительное, причем при Lo ««(падающая плоская волна) отраженное излучение фокусируется на фокусном расстоянии от кристалла U F.

Фокусировка происходит с отличным от 40 единицы коэффициентом передачи изображения

k U/Lo ,

что дает возможность получать как умень- 45 шенные, так и увеличенные изображения источника рентгеновских лучей.

Рассмотрим точечную фокусировку рен- тгеноввского излучения длиной волны Я 1,54 А кристаллом SI с использованием (400) 50 симметричного отражения, угол Вульфа- Брэгга вь 34-6°. При радиусе изгиба Rx 1 м фокусное расстояние F 0,28 м. Для обеспечения точечной фокусировки кристалл должен быть изогнут по радиусу Ry 55 0,32 м. При этих условиях излучение от источника, расположенного на расстоянии LO - 1 м, точечно фокусируется на расстоянии LH 0,4 м. В случае, когда источник находится на расстоянии Lo 0,57 м, происходит фокусировка по известному устройству Lh Lo - источник и точка фокуса находятся на круге Роуланда. При 0.1 м расстояние Lh - -1,6 м - изображение источника рентгеновских лучей мнимое.5 Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет фокусировать рентгеновские лучи двухосно изогнутым монокристаллом в широком диапазоне расстояний источник - кристалл и Ю кристалл - фокусная точка. Это дает возможность использовать двухосно изогнутый кристалл в качестве сферической линзы рентгеновского излучения с отличным от единицы коэффициентом передачи изображения, а также фокусировать плоскую волну и двумерно коллимировать рентгеновское излучение. Таким образом, устройство фокусировки можно использовать в рентгеновской микроскопии, астрономии и при монохроматизации рентгеновского излучения.

Формула изобретения Устройство точечной фокусировки рентгеновского излучения, состоящее из источника излучения и монокристалла, изогнутого по двум взаимно перпендикулярным направлениям и ориентированного под углом во Вульфр-Брэгга к оси пучка излучения, причем радиусы изгибов монокристалла RX и Ry связаны соотношением Rx Rysln2 ft,отличающееся тем, что с целью обеспечения возможности фокусировки в произвольной точке, источник излу- чения выполнен с возможностью перемещения относительно монокристалла и размещен на расстоянии Lo от него, определяемом соотношениями

J-4- U Lo F

где Lh - расстояние от монокристалла до точки фокусировки;

F (RyStn$)/2 - фокусное расстояние монокристалла.