РЕНТГЕНООПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Советский патент 1998 года по МПК G21K1/06 

Изобретение относится к рентгенооптике и может быть использовано в рентгеноспектральном анализе, в медицинской рентгенографии и рентгенотерапии, в радиационном материаловедении.

Известны рентгенооптические устройства, концентрирующие рентгеновское излучение, на основе дифракционной оптики - зонные и фазовые пластинки.

Недостатками этих устройств являются невозможность концентрации рентгеновских пучков в широком спектре, сложная технология, позволяющая изготовить концентраторы лишь в области мягкого рентгеновского излучения с малой угловой апертурой и, как следствие, с малой эффективностью концентрации энергии рентгеновского источника.

Наиболее близкой к предложенному устройству является рентгенооптическая система, содержащая полые изогнутые рентгеноводы, расположенные по меридиональным образующим бочкообразных коаксиальных поверхностей вращения, при этом входные и выходные концы рентгеноводов направлены соответственно во входную и выходную фокальную точки рентгенооптической системы, расположенные на ее оптической оси, совпадающей с геометрической осью вращения бочкообразных поверхностей.

Источник рентгеновского излучения располагается во входном фокусе системы. Излучение транспортируется по изогнутым рентгеноводам, испытывая полное внешнее отражение от их внутренних поверхностей, и концентрируется в выходном фокальном пятне.

Недостатком рентгенооптической системы является ограничение энергетического диапазона работы системы и степени концентрации излучения вследствие невозможности из-за технологических сложностей сборки дальнейшего уменьшения диаметра полых рентгеноводов.

Способ изготовления такой рентгенооптической системы заключается в пропускании цилиндрических рентгеноводов через ряд последовательных опорных сеток с различным шагом отверстий, соответствующих взаимному расположению рентгеноводов в конкретном сечении системы.

Существующая технология сборки цилиндрических капилляров не позволяет осуществить достаточно точную сборку рентгеноводов с диаметром менее 200 мкм, а трудоемкость процесса, не поддающегося автоматизации, при большом числе рентгеноводов лимитирует диаметр на уровне 400 мкм.

Целью изобретения является расширение энергетического диапазона работы устройства, увеличение степени концентрации излучения, а также снижение трудоемкости изготовления рентгенооптической системы.

Для достижения указанной цели предложена рентгенооптическая система и способ ее изготовления.

В рентгенооптической системе, содержащей полые изогнутые рентгеноводы, расположенные по меридиональным образующим бочкообразных поверхностей вращения, входные и выходные концы которых направлены соответственно во входную и выходную фокальные точки рентгенооптической системы, лежащие на оптической оси системы, совпадающей с геометрической осью вращения бочкообразных поверхностей, рентгеноводы имеют переменное по длине внутреннее сечение, изменяющееся по тому же закону, что и наружный диаметр всей системы.

Способ изготовления такой рентгенооптической системы заключается в сборке отдельных полых рентгеноводов в пучок, затем пучок рентгеноводов с закрепленным грузом помещают в нагревательное устройство и нагревают нижнюю часть пучка до момента вытягивания рентгеноводов, а затем повторяют те же операции с противоположным концом пучка рентгеноводов.

Такая система технологически проста в изготовлении, так как позволяет производить термическую вытяжку из пучка плотно упакованных цилиндрических капилляров всей системы, не требует прецизионной установки и закрепления отдельных рентгеноводов, а внутренний диаметр рентгеноводов на концах системы позволяет довести до субмикронных размеров (при сохранении соотношения их внутреннего и внешнего диаметров и, как следствие, прозрачности системы), что позволит расширить энергетический диапазон работы системы.

При этом увеличение диаметра рентгеноводов от концов к середине не требует для сохранения эффективности увеличения радиуса их кривизны, так как геометрическая прозрачность системы определяется выполнением соотношения
R ≥ 2d/θ2кр

,
где
R - радиус изгиба рентгеноводов;
d - их внутренний диаметр;
θ_кр - критический угол полного внешнего отражения,
на входе и выходе системы для полного заполнения на концах. Транспортировка излучения по рентгеноводам происходит при неполном заполнении их сечения в виде "серпиков" по удаленной от оси стенке рентгеноводов и вновь полностью заполняет сечение лишь на выходе системы, где снова выполняется указанное выше соотношение. При этом с теми же диаметром и длиной системы будет повышена степень концентрации излучения за счет уменьшения диаметра фокусного пятна и уменьшения потерь.

На чертеже схематично показана предлагаемая система, состоящая из рентгеноводов, собранных в систему бочкообразной формы, и концентрирующая излучение источника S₁ из угла f в область выходного фокуса S₂. Заштрихованная зона показывает область внутри рентгеновода, занятую излучением.

Как видно из чертежа, ее ширина не превышает входного диаметра рентгеновода, и транспортировка происходит практически так же, как в ренгтеноводе постоянного сечения, равного сечению на входе и выходе предлагаемой системы. В качестве примера реализации системы приведем рентгенооптическую систему, изготовленную из стеклянных рентгеноводов. Система получена вытяжкой пучка из 20 цилиндрических капилляров диаметром 400 мкм и первоначальной длиной 10 см, изготовленных из стекла С-52. Этот пучок вытягивался при температуре 500^oC с двух концов с грузом порядка 400 г, затем пучок обрезался до длины 30 мм. Фокусное расстояние такой системы 7 мм. Система имеет переменный по длине диаметр. Диаметр рентгеноводов на концах системы составляет 20 - 30 мкм. Размер фокусного пятна 40 мкм. Плотность излучения на выходе эквивалентна плотности излучения на расстоянии 8 мм от источника без использования системы. Для получения такой плотности при использовании цилиндрических рентгеноводов, как в прототипе, потребовалось бы изготовить систему из 6000 рентгеноводов диаметром 400 мкм. Причем время изготовления системы уменьшилось по сравнению с прототипом в 50 раз.

Рентгеновская оптика и микроскопия. Под ред. Г.Шмаля, Д.Рудольфа. М.: Мир, 1987.

Авторское свидетельство СССР N 1322888, кл. G 21 K 1/09, 1987.

Сущность изобретения: система состоит из полых изогнутых рентгеноводов, расположенных по меридиональным образующим бочкообразных коаксиальных поверхностей вращения. Оси рентгеноводов из входных и выходных концов направлены соответственно во входную и выходную фокальные точки, расположенные на оптической оси системы, совпадающей с геометрической осью вращения бочкообразных поверхностей. Рентгеноводы имеют переменное по длине внутреннее сечение, изменяющееся по тому же признаку, что и наружный диаметр всей системы. Способ изготовления такой рентгенооптической системы заключается в сборке отдельных рентгеноводов в пучок, помещении пучка с закрепленным грузом в нагревательное устройство, нагревании нижней части пучка до момента вытягивания рентгеноводов. Далее повторяют вышеописанные операции с противоположной частью пучка. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Рентгенооптическая система, содержащая полые изогнутые рентгеноводы, расположенные по меридиональным образующим бочкообразных коаксиальных поверхностей вращения, при этом входные и выходные концы рентгеноводов направлены соответственно во входную и выходную точки рентгенооптической системы, расположенные на ее оптической оси, совпадающей с геометрической осью вращения бочкообразных поверхностей, отличающаяся тем, что, с целью расширения энергетического диапазона работы системы и увеличения степени концентрации излучения, рентгеноводы выполнены с переменным по длине внутренним сечением, изменяющимся по тому же закону, что и наружный диаметр всей системы. 2. Способ изготовления рентгенооптической системы, заключающийся в сборке отдельных рентгеноводов в пучок, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости, пучок рентгеноводов с закрепленным грузом помещают в нагревательное устройство, нижнюю часть пучка нагревают до момента вытягивания рентгеноводов, а затем повторяют те же операции с противоположным концом пучка рентгеноводов.