Высокотемпературная рентгеновская камера Советский патент 1991 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к технике рент- геноструктурных исследований, а именно к устройствам для высокотемпературной рен- (Тсенографии, используемым при изучении кристаллоструктурных закономерностей фазову.ч превращений с помощью СКОРОСТНОЙ С ьемки,

Цель изобретения - повышение достоверности при измерениях на больших углах дифракции.

На фиг. 1 представлена камера со сферическим детектором, разрез; на фиг. 2 - схема, из которой определяют оптимальное количество волоконно-оптических устройств (Б.у.) детектора; на фиг. 3 - вариант сборки волоконно-оптических устройств, оыпслненный с полуиилиндрическими от- версшями для введения образца внутрь полости волоконно-оптической основы; на фиг, 4 --отдельный фокон со сферической выборкой и с гранями, по которым он стыкуется с другими фсконами; на фиг. 5 - то же, вид сверху.

Камера содержит основание 1 с отверстием для вакуумной системы, корпус 2, крышку 3, механизм 4 поворота, держатель 5 образца, герметичный корпус б механизма 4, детектор / в обойме 8. На корпус 2 расположены окно 9 для входа первичного рентгеновского пучка, коллиматор 10. Механизм 4 поворота держателя 5 образца размещен на крышке 3, которая через уплотнение 11 соединена с герметичным корпусом 6. Механизм 4 содержит шаговый двигатель 12 например ШД-1С, и редуктор 13 который через ось 14 соединен с держателем 5, На фланце 15 установлен гермовпод 16с целью подачи напряжения на печи сопротивлений 17 для расплавления галлия в ваннах 18, подачи напряжения на обмотку шагового двигателя 12, а также вывода сигнала от термопары (не показана), спай которой приварен к-образ- цу 19. Верхний конец образца соединен держателем 5 с плавающим контактом 20, который помещен в галлиевую ванну 18. Изменение по сравнению с прототипом конструкции детектора диктует необходимость доведения габаритов нижнего плавающего контакта до минимума. В данной

конструкции удается отказаться от использования этого контакта полностью без потери качества. Надежный электрический контакт обеспечивается опусканием нижнего конца образца непосредственно в галлиевую ванну 18. На основании 11 и крышке 3 размещены электрические клеммы (не показаны) для подвода к образцу 19 через галлиевые ванны 18 напряжения нагрева. Составные части камеры собраны через герметичные уплотнения из вакуумной режины. Детектор 7 в обойме 8 введен внутрь корпуса 2. Он содержит волоконно- оптическую основу 21, собранную из волоконно-оптических устройств (например, фоконов).

При выборе числа волоконно-оптических устройств и формы их рабочей поверхности исходят из требований минимального

виньетирования, максимальной полноты заполнения без зазора рабочими поверхностями волоконно-оптических устройств сферы, максимальной простоты изготовления волоконно-оптической основы и простоты обработки конечного изображения. Одной из основных характеристик любого волоконно-оптического устройства и, в частности, фокона является изменение интенсивности светового потока на- входе 0 и

выходе I волоконнооптического устройства пои прохождении через него света,-Обычно из-за физических потерь I 0,8fo. Если входная поверхность образует некоторый угол с осью волоконно-оптического устройства,

величина I также зависит от угла а и может оказаться значительно меньшей из-за изменения направления индикатрисе светового потока. В общем случае входная поверхность может иметь вид любой поверхности второго порядка к тогда изменение интенсивности светового потока при прохождении светом расстояния от точки на входе до точки на выходе определяется углом «, образуемым касательной к

точке на входной поверхности и осью волоконно-оптического устройства, Исходя из заданного угла а, можно вычислить минимальное количество волоконно-оптических устройств (N), необходимое для сборки во

локонно-оптической основы сферической формы, Оно определяется отношением площади поверхности всей сферы S к площади сферического сегмента S$ вырезаемого нэ сфере углом а (фиг. 2), Сегмент пропускает свет, так как касательная к каждой точке его поверхности образует с осью в у. угол 7, т.е.:

,n Rh; (1-cosj8): «-,Й - 90°- а : 7fR2(1-sin m ;

S4 л R22

-sincrt

.

1 - sin a

Для волоконно-оптического устрой- c iBa удовлетворительные условия передачи светового потока выполняются при угле и 35°, являющемся характерным его параметром. Подставив а в выражение (1). получим N 4.69. Таким образом, минимальное количество устройства для сборки всей сферы но менее; пяти штук.

Из соображении стереометрии минимальнее количество правильных сферических многоугольников (являющихся рабочими повеоуностями волоконно-оптических устройств, котооыми можно было бы покрьпь всю поверхности, сферы без зазора, составляет дня треугольников 8 (при 4 не выполняются указанные соображения), для квадратов 6 и т./;. Естественно, ч го условия максимальной передачи светового потока выполняются лучше в случае бопыиого чиста зочоконно-оптических устройств (что ведет к ухудшению техн оло- гичносгм волоконно-оптической основы) и поэтому максимальное их число должно отвечать только требованию разумной достаточности,

Если волоконно-оптическая основа представляет собой полусферу, то минимальное число волоконно-оптических устройств ч, виде сферических треугольников составляет 4, поскольку поверхность полусферы невозможно покрыть сферическими квадратами. Вариант такой сборки с полуцилиндрическими отверстиями для введения образца нутрь полости волокон- нооптической основы показан на фиг. 3.

В качестве воло:соннооптического устройства взят фокон. Отдельный фокон со сферической вь боркой и с гранями, по кото

рык он стыкуется с другими фоконэми показан на фиг. А.

Рабочая поверхность каждого фскона представляет собой сферический треуголь- 5 HW являющийся частью сфер. причем радиус кривизны такого треугольника R такой же, как и волоконно-оптической основы в сборе. Гранями, выполненными под у;лом 90°, отсекаются периферийные участки каж10 дого фокона, что позволяет избежать значительного виньетирования. На рабочую поверхность волоконно-оптической основы 21 нанесен рентгеночувствитепьный слой, образующий экран 22 - преобразователь

15 дифрагированного рентгеновского излучения 2 видимый . 1). От теплового излучения образца экран 22 детектора 1 зэ- щищен рентгеноггрозрачной фольгой 23. например из бериллия, нз которой крепится

20 ловушка 24 для первичного рентгеновского пучка. Для введения образца 19 внутрь по- лос1и волоконно-оптического устройства в нем имеются полуцилиндрические отверстия 25. Каждый из четырех фоконов опти25 чески связан с ЭОПом посредством гибких волоконно-оптических световодов 26 (ЭОП ,е показан).

Рентгеновская камера работает следующим образом.

30Образец 19 закрепляют D держателе 5,

nni,L;ir HC3ioT ермопару и устанавливают в

-3D,1, соединяя крышк/ 3 с корпусом 2.

На 3 устанэвпивают герметичный

корпус 6 механизма 4 поворота держателя

35 5 образца, подсоединяют все электрические, коммуникации. На герметичном корпусе 6 устанавливаю фланец 15 с гермовводом 18. 4ерез гермоввод 16 под- акл напряжение на печи сопротивления 17

40 Лля рзсппавления гапл -я в ваннах 18 и напряжение нз обмотку шагового двигателя i2 Вращающий момент с шагового дви- гзтзля 12 через редуктор 13 и ось 14 подается на образец 19 С помощью отвер45 стия с основании 1 создают в камере необходимое давление, например 10 5 мм рт.ст. Исг.сльзуя электрические клеммы на основании 1 и крышке 3, подают на образец 19 напряжение нагрева через галлиевые ван5Q «ы 18. Одновременное источником питания ЭСПэ включают источник рентгеновского излучения. Рентгеновский пучок через окно 9 и, коллиматор 10 направляется на образец IS. Дифрагированные рентгеновские лучи

55 от образца превращаются в видимые и формируют оптическое изображение картины рентгеновской дифракции в слое люминофора 22, на который они попадают, проходя рентгенопрозрачную фольгу 23. Первичный рентгеновский пучок вырезается ловушкой 24. Оптическое изображение картины рентгеновской дифракции передается по волоконно-оптическому тракту, образованному волокнами оснрвы 21 и гибкими световодами 26, на ЭОП. На выходе ЭОПа формируется усиленнее изображение, которое регистрируется.

Благодаря используемой конструкции детектора картина рентгеновской дифракции регистрируется в диапазоне бреггов- схих углов 2 в 0-90 или 2 в 0-180° в

сгучае полной сферы.

/

I Предлагаемая камера может быть использована для изучения закономерностей протекания при высоких температурах таких внутренних превращений, как фазовый переход или рекристаллизация, что имеет решающее значение для создания современных технологических схем термической обработки сплавов на основе железа, тита- на и других металлов.

Формула изобретения Высокотемпературная рентгеновская камера, содержащая основание, корпус с окном для входа первичного рентгеновского пучка, расположенные в нем держатель образца с плавающим контактом, детектор в виде рентгеночувствительного слоя, нанесенного на сферически вогнутую поверхность волоконно-оптической основы,

отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности при измерениях на больших углах дифракции, волоконно-оптическая основа детектора состоит из N волоконно-оптических устройств, где N-первое число

натурального ряда чисел, определяемое вы2

ражением N , .;-,а а - параметр светопередачи каждого волоконно-оптического устройства, причем в волоконно-оптической

основе выполнены два взаимно-перпендикулярных отверстия, ось одного из которых совпадает с осью первичного пучка, а другого - с осью образца.

Изобретение относится к технике рент- геноструктурных исследований, а именно к устройствам для высокотемпературной рентгенографии, используемым при изучении кристаллоструктурных закономерностей внутренних превращений с помощью скоростной съемки Цель изобретения - повышение достоверности при измерениях на больших углах дифракции. Высокотемпературная рентгеновская камера со сферическим детектором, содержащая основание 1, корпус 2 с окном 9 для входа первичного рентгеновского пучка, механизм 4 поворота держателя образца, держатель 5 образца с

Фиг 2

Фаг.З