Фокусирующий рентгеновский монохроматор Советский патент 1980 года по МПК G21K1/06 

1

Изобретение относится к рентгеновским монохроматорам и может использоваться для анализа спектраль- . ного состава рентгеновского излучения .5

Известны рентгеновские монохроматоры, содержащие монокристаллическую пластину, держатель этой пластины в виде двух поворотных оснований с ynopaNW и средства для 10 поворота оснований с целью придания пластине требуемого радиуса изгиба 1 1

Также известны рентгеновские монохроматоры, в которых могокристал- 5 лическая пластина изгибается в держателе между двух обжимающих пластин, что позволяет получить максимально возможный радиус изгиба при ра.боте с хрупкими монокристалла- 20 ми 2.

Эти монохроматоры обладают тем недостатком, что при работе на разнь1х длинах волн их необходимо перемещать вместе с детектором из.пучения 25 для того, чтобы получить на последнем сфокусированный пучок.

Кроме того, эти монохроматоры характеризуются недостаточной светосилой .

Известны рентгеновские моно.чроматоры, содержащие ряд осесимметрично расположенных изогнутых монокристаллических пластин, которые установлены на средствах их линейного перемещения по прямолинейным направляющим, сходящимся в фокусе источника з.

Недостатком этого устройства также является непостоянство расстояния между источником и детектором, что усложняет использование устройства в широком диапазоне длин волн из-за ограниченности хода детектора.

Наиболее близким техническим .решением является рентгеновский монохроматор, содержащий основание, монокристаллическую пластину, держатель пластины, упор для фиксации положения средней образующей монокристаллической пласт1;ны, механизм изгиба монокристаллической пластины в держателе .

Недостатком известного монохроматора также является переменное расстояние между источником и детектором, что усложняет средства анализа рентгеновского излучения из-, за необходимости перемещения монохроматора и (или) детектора по сложной кривой.

Целью изобретения является расширение аналитических возможностей монохроматора за счет стабилизации положения фокуса.

Поставленная цель достигается тем, что в фокусирующий рентгеновский монохроматор, содержащий основание, монокристаллическую пластину, держатель пластины с упором для фиксации положения ее центральной образующей, механизм изгиба пластины в держателе, введен механизм линейного перемещения держателя с монокристаллической пластиной вдоль радиуса изгиба последней, проходящего через центральную образующую пластины.

При этом держатель пластины выполнен в виде двух поворотных.сегментов, соединенных распорным микровинтом, а механизм изгиба пластины и механизм линейного перемещения выполнены в виде червячно-планетарновинтовой передачи, состоящей из планетарной шестерни, ведомой шестени, червячной и винтовой пары, причем распорный микровинт соединен через гибкий вал с червяком червячной пары.

Кроме того, в симметричном варианте монохроматор содержит набор монокристаллических пластин в держателях, основание выполнено кольцевым, и на нем установлены держатели и спаренные механизмы изгиба пластин в держателях и линейного перемещения последних в радиальных направлениях относительно кольцевого основания, выполненные в виде спаренных червячно-планетарно-винтовых передач с общей планетарной шестерней для каждой пары.

На фиг. 1 показаны спаренные фокусирующие рентгеновские монохроматоры, соединенные общим механизмом изгиба и линейного перемещения; на фиг. 2 - вид кольцевого монохроматора, обеспечивающего точечную фокусировку; на фиг. 3 - держатель монокристаллической пластины; на фиг. 4 - геометрия отражения рентгеновских лучей при сохранении постоянства расстояния источник - фокус монохроматора.

Фокусирующий рентгеновский монохроматор в точечном варианте исполнения содержит основание 1, планетарную шестерню 2, ведомые шестерни 3, червяки червячных пар 4, червячные колеса 5, винты 6 возвратнопоступательного перемещения держателей 7 монокристаллических пластин

8,подшипники червячно-винтовых пар

9,цилиндрические направляющие 10 движения держателей 7, крышку планетарного редуктора 11, опоры червяно-винтовых передач 12, гибкие валы

13, оси 14 червяков и шестеренок планетарной передачи, экран 15 для экранирования детектора 16 от прямого пучка.

Собственно держатель 7 образован двумя поворотными вокруг общей оси сегментами 17, на которых установлены упоры 18 для размещения в них монокристаллических пластин 8. Сегг менты соединены распорным микровинтом 19, приводимым в действие через гибкий вал 13 червяком 4. Весь червячно-планетарно-винтовой механизм каждой пары держателей 7 приводится в действие через рукоятки привода 20. Для обеспечения максимального изгиба монокристаллические пластины 8 установлены в обжимающих стальных пластинах 21. С целью фиксации наложения центральной образующей изогнутой пластины в держателе 7 установлен упор 22 (фиг. 3).

Монокристаллические пластины 7 устройства связаны между собой механизмам, позволяющим одновременно изгибать их и осуществлять радиальное перемещение в соответствии с длиной волны рентгеновского излучения, фокусируемого в точку так, что расстояние источник-фокус монохроматора остается постоянным при различных радиусах изгиба кристаллов и различных диаметрах апертурного отверстия тубуса устройства (фиг. 1 и 2).

Отражающие поверхности диспергирующих элементов расположены по окружности апертурного отверстия , что являются касательными к овоидальной поверхности. При этом ось тубуса, совпадающая с большей из осей овоида, остаетсяпостоянной

Поскольку средние Образующие изогнутых монокристаллических пластин 7 фиксированы на своих осях изгиба, то, исхода из осевой симметрии предлагаемого рентгенооптического монохроматора, эти образуюцие касаются окружности с центром на оптической оси монохроматора. Эта окружность, по существу, является апертурным отверстием предлагаемого оптическог прибора и представляет собой центральное сечение овоида.

Рассмотрим геометрические параметры, которым должен соответствовать механизм, позволяющий одновременно изгибать монокристалличёские пластиныи осуществлять их радиальное перемещение (фиг. 4а и 46). Есл обозначить постоян-ную прибора через L, то можно записать, что D Ltg9, где О - угол Вульфа-Брегга или что расстояние между центральной образующей пластины и осью, соединякяцей источник и фокус монохроматора, равно l/2L-tg9. Тогда, учитывая связь синуса и тангенса, а таже исходя из уравнения Вульта-Брегга

можно получить для определения диаметра апертурного отверстия следующее выражение:

я Л

DA

d/rr±ii

И)

где Л - длина волны;

п - порядок дифракции;

d - межплоскостное расстояние. Учитывая, что фокусное расстояние каждого из изогнутых кристаллов sine, где R - радиус изгиба кристалла, равный удвоенному радиусу (г) фокальной окружности, а также, что F cose можно записать следующее аналитическое выражение для радиуса изгиба кристалла через постоянную прибора:

L-d

R

Указанный выше механизм одновременного изгибания диспергирующих элементов и их радигшьного перемещения рассчитан таким образом, чтобы удовлетворялись одновременно аналитические выражения (1) и (2).. В рассматриваемом монохроматоре таким механизмом является червячнопланетарно-винтовая передача.

Монохроматор работает следующим образом.

С целью монохроматизации первичного пучка и прецизионной настройки монохроматора на избранную длину волны рентгеновского излучения рукоятку 20 привода редуктора устанавливают в положение, соответствующее фокусировке необходимой длины волны излучения по условиям (1) и (2). При повороте рукоятки 20, сидящей на одной оси 14 с шестеренкой планетарной передачи 3, через планетарную шестерню 2 приводятся в двжение остальные шестеренки 3, червячные парЫ|образованные червяками 4 и колесами 5, винтовые пары, образованные червячными колесами 5 и винтами 6, обеспечивающие радиальное перемещение держателей 7 и череа гибкие валы 13 вращение распорных микровинтов 19, поворачивающих сегменты 17 вокруг общей оси, изгибая тем самым пакет из монокристаллических пластин 8 и обжимных пластин 21.

Испытания устройства, произведенные на щелочно-галоидных кристаллах при различных длинах волн рентгеновского излучения и постоянной прибора L IOOMM, показали высокую степень монохроматизации и пригодность

монохроматора для рентгеноспектрального анализа рентгеновского излучения. Работа монохроматора обеспечивает выявление наперед заданных элементов .

Формула изобретения

1.Фокусирующий рентгеновский монохроматор, содержащий основание, монокристаллическую пластину, держатель пластины с упором для фиксации положения ее центральной образующей, механизм изгиба пластины в держателе, отличающийся тем, что, с целью расширения аналитических возможностей монохроматора за счет стабилизации положения фокуса, в него введен механизм линейного перемещения держателя с монокристаллической пластиной вдоль радиус изгиба последней, проходящего через центральную образующую пластины.

2.Монохроматор по п. 1, отличающийся тем, что держатель пластины выполнен в виде двух поворотных сегментов, соединенных распорным микровинтом, а механизм изгиба пластины и механизм линейного перемещения выполнены в виде червячно-планетарно-винтовой передачи, состоящей из планетарной шестерни, ведомой шестерни, червячной и. винтовой пары, причем распорный микровинт соединен через гибкий вал с червяком червячной пары.

3.Монохроматор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что

он содержит набор монокристаллических пластин в держателях, основание выполнено кольцевым, и на нем установлены держатели и спаренные механизмы изгиба пластин в держателях и линейного перемещения последних в радиальных направлениях относительно кольцевого основания, выполненные в виде спаренных червячно-планетарно-винтовых передач с общей планетарной шестерней для каждой пары.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 2543630, кл. 250-77, опублик. 1951.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2067230/25,

кл. G 01 N 23/22, 1974.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке 2636390/25,

G 01 N 23/22, 1978.

кл

4. Патент США № 3200248, кд. 250-51.5, опублик. 1965 (прототип) .

20

i « /

Риг.1 Ь .

Фиг, I 5

T-fщг-;i ; ,. . 771734

a