Острофокусный источник рентгеновского излучения Советский патент 1992 года по МПК H01J35/00 

(Л

С

Использование: при анализе поверхности твердых тел методами рентгеновской фото электронной спектроскопии, в рентгеновской микроскопии. Сущность изобретения источник содержит катод, анод, тон ко пленочную мишень и направляющий рентгеновское излучение трубчатый капиллярный элемент. Анод выполнен в виде проволоки с гладкой поверхностью, на которую по всему периметру нанесена мишень, катод выполнен в виде петли, а трубчатый капиллярный элемент надет на конец проволоки вплотную к мишени так, чтобы его ось совпадала с осью проволоки. Рентгеновские фотоны полностью отражаются от внутренней поверхности капилляра и фокусируются на объекте, который расположен на оси капилляра. 3 ил.

Изобретение относится к рентгенотехнике и может быть использовано при анализе поверхности твердых тел методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и в рентгеновской микроскопии.

Известна рентгеновская трубка с остронаправленным пучком излучения, содержащая анод с прямоугольным отверстием, стенки которого служат анодной мишенью, и катод.

Недостатком указанной трубки является то, что она дает расходящийся пучок рентгеновского излучения, и для его фокусировки на объекте необходимы дополнительные устройства.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является источник рентгеновских лучей, содержащий катод, анод, тонкопленочную мишень прострельного типа и направляющий рентгеновское излучение трубчатый капиллярный элемент, к которому плотно прижата мишень.

Недостатком известного источника является то, что он не позволяет сфокусировать излучение Ъа площадь меньшую, чем площадь внутреннего поперечного сечения капилляра.

Цель изобретения - повышение остроты фокусировки.

Поставленная цель достигается тем, что анод выполнен из проволоки постоянного радиуса с гладкой поверхностью, мишень нанесена на проволоку по всему ее периметру, катод выполнен в виде петли, охватывающей анод в перпендикулярной оси проволоки плоскости, трубчатый капиллярный элемент надет на конец проволоки вплотную к мишени при условии совмещения его оси с осью проволоки, причем внутренний радиус RK капилляра и его длина I выбраны из условий I RK/©KK и попадаvj

00 GO СП sQ

СО

ния фотонов характеристического рентгеновского излучения атомов мишени с волновым вектором в плоскости, проходящей через ось проволоки, на внутреннюю повер- хность капилляра в диапазоне углов ©км :Ј 0 S ©кк , длина отрезка проволоки в капилляре выбрана большей пробега фотонов характеристического излучения атомов мишени и проволоки в материале проволоки, но меньшей длины капилляра на величину, превышающую (RK - Rn)/ ©кк, и проволока выполнена из материала с критическим углом полного внешнего отражения рентгеновских фотонов, не меньшим ©км , где ©км и ©кк - соответственно критические углы полного внешнего отражения фотонов характеристического рентгеновского излучения атомов мишени от поверхности мишени и внутренней поверхности капилляра; Rn - радиус проволоки.

На фиг. 1 позициями 4-7 показаны траектории рентгеновских лучей, выходящих из мишени 2, облучаемой электронным пучком 1, и траектории лучей, отраженных внутренней поверхностью капилляра 3; на фиг. 2 кривой 1 показана угловая зависимость выхода рентгеновского излучения из мишени вблизи малых углов скольжения Э, а кривой 2 - угловая зависимость коэффициента отражения рентгеновского излучения от внутренней поверхности капилляра; на фиг. 3 показан острофокусный источник рентгеновского излучения.

Источник содержит катод 1 в виде петли, анод 2 в виде проволоки, мишень 3, нанесенную на проволоку по всему периметру, капилляр 4. Траектории лучей, формирующие фокусное пятно, показаны позицией 5. Пунктиром показано еще одно возможное положение проволоки и соответствующие этому положению траектории рентгеновских лучей.

Основные функции, выполняемые каждым из структурных компонентов источника, заключены в следующем. Катод в виде петли и анод в виде проволоки обеспечивают попадание электронов на мишень, нанесенную на проволоку по всему бе периметру. Мишень с гладкой поверхностью служит для генерации рентгеновского излучения в направлении углов 0 S 0км. Трубчатый капил- лярный элемент отражает излучение, попадающее на его внутреннюю поверхность под углами Q ©кк , и направляют его .так, что оно собирается в фокусе. Он эффективно поглощает излучение, попадающее на его внутреннюю поверхность под углами . Конец.проволоки, который находится в капилляре, поглощает рен0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тгеновское излучение, возбуждаемое электронами в проволоке, в направлении углов © ©км .

Острофокусный источник рентгеновского излучения работает следующим образом.

На мишень 1 (фиг.1) направляют пучок электронов 2 с энергией, например, 15 кэВ. Мишень выполнена из алюминия, слой которого нанесен на проволоку постоянного радиуса Rn. Поверхность проволоки выполнена гладкой. Толщина мишени выбрана равной 0,1 мкм. Радиус проволоки Rn выбран равным 100 мкм. Проволока изготовлена из золота. Угол ©км для фотонов Kj: -линии атомов алюминия составляет 0,019 рад.

Фотоны характеристического рентгеновского излучения, вышедшие из мишени под углом 0 ©кк, где ©кк - критический угол полного внешнего отражения фотонов от внутренней поверхности капилляра, эффективно отражаются стенками капилляра и формируют фокусное пятно. Необходимо выполнение требования ©кк ©км . Критический угол полного внешнего отражения фотонов Kj -линии атомов алюминия стеклянной поверхностью равен 0,02 рад.

Внутренний радиус капилляра RK выбран равным 105 мкм.

Длина капилляра выбрана равной 3000 мкм.

Фокусное пятно источника расположено на оси капилляра на расстоянии, равном 5510 мкм от конца проволоки.

Диаметр фокусного пятна по порядку величины совпадает со значением 5 мкм.

Повышение остроты фокусировки излучения достигается за счет использования для формирования фокусного пятна пучков фотонов с расходимостью, значительно меньшей критического угла полного внешнего отражения.

Предлагаемый источник может найти применение в системах для рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии поверхности твердого тела, рентгеновской микроскопии, системах локального флуоресцентного рентгеноспектрального анализа, т.е. в устройствах, где необходима фокусировка рентгеновского излучения на площадь микронных размеров.

Формула изобретения Острофокусный источник рентгеновского излучения, содержащий катод, анод с тонкопленочной мишенью и направляющий рентгеновское излучение трубчатый капиллярный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения остроты фокусироаки, анод выполнен из проволоки постоянного радиуса с гладкой поверхностью, мишень нанесена на проволоку по всему ее периметру, катод выполнен в виде петли, охватывающей анод в перпендикулярной оси проволоки плоскости, трубчатый капиллярный элемент надет на конец проволоки вплотную к мишени при условии совмещения его оси с осью проволоки, причем внутренний радиус RK капилляра и его длина I выбраны из условий I RK/© кк и попадания фотонов характеристического рентгеновского излучения атомов мишени с волновым вектором в плоскости, проходящей через ось проволоки, на внутреннюю поверхность капилляра в диапазоне

вхм/ В## фаг 2

углов Экм , длина отрезка проволоки в капилляре выбрана большей пробега фотонов характеристического излучения атомов мишени и проволоки в материале проволоки, но меньшей длины капилляра на величину, превышающую (RK- Rn) / ©кк 1 и проволока выполнена из материала с критическим углом полного внешнего отражения рентгеновских фотонов не меньшим ©км. где ©км и ©кк - соответственно критические углы полного внешнего отражения фотонов характеристического рентгеновского излучения атомов мишени от поверхности ми шевй г внутренней поверхности капилляра, a Rn - радиус проволоки

фиг. 1

9

О

О

фуг. J