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CN111834029A - 一种组合式x射线单色会聚系统 - Google Patents

一种组合式x射线单色会聚系统 Download PDF

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CN111834029A CN202010834321.7A CN202010834321A CN111834029A CN 111834029 A CN111834029 A CN 111834029A CN 202010834321 A CN202010834321 A CN 202010834321A CN 111834029 A CN111834029 A CN 111834029A
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Abstract

本发明公开了一种组合式X射线单色会聚系统，包括X射线发生器和若干聚焦单元，一个所述聚焦单元包括依次连接的多毛细管X光平行束透镜、单色器、多毛细管X光聚焦器；X射线发生器为点状光源，以点为源向外周辐射发出X射线；若干个所述聚焦单元的多毛细管X光平行束透镜设置在X射线发生器向外辐射的光路上，若干个所述聚焦单元的多毛细管X光聚焦器有一个会聚的最终焦点。本发明的组合式X射线单色会聚系统，通过大出射角的X射线光源，能够设置多个聚焦单元。多个聚焦单元的最终有一个会聚微焦点，与其他X射线单色聚焦器件相比，具有X射线利用率高，聚焦焦斑亮度更高的优异性能。

Description

一种组合式X射线单色会聚系统
技术领域
本发明涉涉及光学调控技术领域，特别是涉及一种组合式X射线单色聚焦光学系统。
背景技术
自从X射线由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现以来，一直是人们探索微观世界的强力工具，在医学成像，工业检测，物理，化学以及生物分析领域具有广泛的应用。在实际应用中，最常用的X射线是由X射线管所产生的。X射线管所产生的X射线是多色且发散的X射线。但是在X射线光谱分析领域，特别是微区X射线分析领域，往往需要单色聚焦的X射线束。目前，最常用的X射线聚焦单色器件为X射线多层膜或者弯晶单色器。X射线多层膜和弯晶单色器均需要精密的制造技术，因此造价比较昂贵，很难广泛推广。多毛细管X光透镜也是一种常用的X射线会聚器件，而且造价低廉，有利于广泛推广，但是多毛细管X光会聚透镜不具有单色作用。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种组合式X射线单色会聚系统。该系统能够同时单色和会聚由常规实验X光管所产生的发散的多色X射线。该系统能够提升应用于X射线微区荧光分析装置，提成设备对于样品的分析性能。该系统，造价低廉，便于推广。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种组合式X射线单色会聚系统，包括X射线发生器和若干聚焦单元，一个所述聚焦单元包括依次连接的多毛细管X光平行束透镜、单色器、多毛细管X光聚焦器；所述X射线发生器的焦斑位于多毛细管X光平行束透镜的前焦斑处，该X射线发生器为点状光源，以点为源向外周辐射发出X射线；若干个所述聚焦单元的多毛细管X光平行束透镜设置在X射线发生器向外辐射的光路上，若干个所述聚焦单元的多毛细管X光聚焦器有一个会聚的最终焦点。
作为对上述技术方案的改进，X射线光管的靶材为铜，钼、银或者钨的任一种。
作为对上述技术方案的改进，所述X射线发生器为点状光斑的X射线光管，光源焦斑直径50-500微米，光源功率范围10-3000瓦。
作为对上述技术方案的改进，所述多毛细管X光平行束透镜为一端大一端小的等腰梯形结构，该多毛细管X光平行束透镜的小端朝向X射线发生器以接收X射线发生器发散发出的多色X射线，所述多毛细管X光平行束透镜的大端朝向单色器将，把多毛细管X光平行束透镜转化为准平行多色X射线束；以X射线发生器的发射光源点和最终焦点的连线为中轴线，所述多毛细管X光平行束透镜的中心轴线与中轴线斜交。
作为对上述技术方案的改进，所述准平行多色X射线束是指发散度很小且高强度增益的X射线光束。
作为对上述技术方案的改进，所述多毛细管X光平行束透镜的发散度为2-15mrad；其前焦距fq为15-100mm，入口直径Din为2-8mm，出口直径Dout为4-15mm，其长度L为15-60mm。
作为对上述技术方案的改进，所述单色器的平面与多毛细管X光平行束透镜、多毛细管X光聚焦器的中心轴线斜交，接收多毛细管X光平行束透镜发出的准平行多色X射线束，并将其转变为单色平行X射线束后向多毛细管X光聚焦器发射。
作为对上述技术方案的改进，所述单色器为平面晶体。
作为对上述技术方案的改进，所述多毛细管X光聚焦器位于单色器出射光路上接收单色器发射的单色平行X射线束，把单色平行X射线束会聚成几十微米的微焦斑，若干个多毛细管X光聚焦器的微焦斑会聚成最终焦点；所述多毛细管X光聚焦器为一端大一端小的等腰梯形结构，所述多毛细管X光聚焦器的大端朝向单色器方向，小端朝向最终焦点方向，所述多毛细管X光聚焦器的中心轴线与中轴线斜交。
作为对上述技术方案的改进，所述聚焦器为毛细管X光半透镜或者单毛细管X光聚焦透镜。
本发明的组合式X射线单色会聚系统的工作原理是：
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明的组合式X射线单色会聚系统，通过大出射角的X射线光源，能够设置多个聚焦单元。多个聚焦单元的最终有一个会聚微焦点，与其他X射线单色聚焦器件相比，具有X射线利用率高，聚焦焦斑亮度更高的优异性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明实施例中多毛细管X光平行束透镜几何参数图；
图3为本发明实施例中多毛细管X光聚焦器几何参数图。
其中：1为X射线发生器；2为多毛细管X光平行束透镜；3为单色器；4为多毛细管X光聚焦器；5为最终焦点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
如图1至3所示，本发明的组合式X射线单色会聚系统，包括X射线发生器1和若干聚焦单元，此X射线聚焦单元存在一前焦点和一个后焦点，此聚焦单元主体部分并不在前后焦点所连成的线路上，因此可以设计多个X射线聚焦单元，令多个聚焦单元的前焦点和后焦点都重合在一起，也就形成了组合式的X射线单色会聚器件。令实验室X射线发生器1置于组合单色会聚器件前焦点处，其所发出的发散多色X射线会聚为单色X射线微焦点5。
一个所述聚焦单元包括依次连接的多毛细管X光平行束透镜2、单色器3、多毛细管X光聚焦器4；所述X射线发生器1的焦斑位于多毛细管X光平行束透镜2的前焦斑处，该X射线发生器1为点状光源，以点为源向外周辐射发出X射线；若干个所述聚焦单元的多毛细管X光平行束透镜2设置在X射线发生器向外辐射1的光路上，若干个所述聚焦单元的多毛细管X光聚焦器4有一个会聚的最终焦点5。点光源X射线发生器1：用于产生X射线，此处所产生的X射线束为发散的多色X射线；所述多毛细管X光平行束透镜2：其入口焦点处设置有X射线发生器，用于接收X光源发出发散X射线，把接收到的发散X光束转化成发散度很小且高强度增益的准平行X射线光束；所述单色器3：位于多毛细管X光平行束透镜2之后，与多毛细管X光平行束透镜2出射方向成一定角度，接收来自毛细管X光半透镜2出射的多色的准平行X射线束，转化成单色的准平行X射线束；所述的多毛细管X光聚焦器4：置于单色器3出射光路中，接收单色器3出射的单色准平行X光束，把准平行X射线光束会聚成几十微米的微焦斑；多个多毛细管X光聚焦器4的微焦斑会聚成最终焦点5。
X射线光管的靶材为铜，钼、银或者钨的任一种。所述X射线发生器为点状光斑的X射线光管，光源焦斑直径50-500微米，光源功率范围10-3000瓦。
所述多毛细管X光平行束透镜为一端大一端小的等腰梯形结构，该多毛细管X光平行束透镜的小端朝向X射线发生器以接收X射线发生器发散发出的多色X射线，所述多毛细管X光平行束透镜的大端朝向单色器将，把多毛细管X光平行束透镜转化为准平行多色X射线束；以X射线发生器的发射光源点和最终焦点的连线为中轴线，所述多毛细管X光平行束透镜的中心轴线与中轴线斜交。所述准平行多色X射线束是指发散度很小且高强度增益的X射线光束。所述多毛细管X光平行束透镜的发散度为2-15mrad；其前焦距fq为15-100mm，入口直径Din为2-8mm，出口直径Dout为4-15mm，其长度L为15-60mm。
所述单色器的平面与多毛细管X光平行束透镜、多毛细管X光聚焦器的中心轴线斜交，接收多毛细管X光平行束透镜发出的准平行多色X射线束，并将其转变为单色平行X射线束后向多毛细管X光聚焦器发射。所述单色器为平面晶体。
所述多毛细管X光聚焦器位于单色器出射光路上接收单色器发射的单色平行X射线束，把单色平行X射线束会聚成几十微米的微焦斑，若干个多毛细管X光聚焦器的微焦斑会聚成最终焦点；所述多毛细管X光聚焦器为一端大一端小的等腰梯形结构，所述多毛细管X光聚焦器的大端朝向单色器方向，小端朝向最终焦点方向，所述多毛细管X光聚焦器的中心轴线与中轴线斜交。所述聚焦器为毛细管X光半透镜或者单毛细管X光聚焦透镜。
本发明所提出的组合式X射线单色会聚系统中，聚焦单元可以根据其器件采用多个，不仅仅是限于附图一中的对称的两个。若采用大出射角的X射线光源，则能够设置多个聚焦单元。该组合型X射线单色聚焦系统与其他X射线单色聚焦器件相比，具有X射线利用率高，聚焦焦斑亮度更高的优异性能。

Claims (10)

1.一种组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：包括X射线发生器和若干聚焦单元，一个所述聚焦单元包括依次连接的多毛细管X光平行束透镜、单色器、多毛细管X光聚焦器；所述X射线发生器的焦斑位于多毛细管X光平行束透镜的前焦斑处，该X射线发生器为点状光源，以点为源向外周辐射发出X射线；若干个所述聚焦单元的多毛细管X光平行束透镜设置在X射线发生器向外辐射的光路上，若干个所述聚焦单元的多毛细管X光聚焦器有一个会聚的最终焦点。
2.如权利要求1所述的组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：X射线光管的靶材为铜，钼、银或者钨的任一种。
3.如权利要求1所述的组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：所述X射线发生器为点状光斑的X射线光管，光源焦斑直径50-500微米，光源功率范围10-3000瓦。
4.如权利要求1所述的组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：所述多毛细管X光平行束透镜为一端大一端小的等腰梯形结构，该多毛细管X光平行束透镜的小端朝向X射线发生器以接收X射线发生器发散发出的多色X射线，所述多毛细管X光平行束透镜的大端朝向单色器将，把多毛细管X光平行束透镜转化为准平行多色X射线束；以X射线发生器的发射光源点和最终焦点的连线为中轴线，所述多毛细管X光平行束透镜的中心轴线与中轴线斜交。
5.如权利要求4所述的组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：所述准平行多色X射线束是指发散度很小且高强度增益的X射线光束。
6.如权利要求5所述的组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：所述多毛细管X光平行束透镜的发散度为2-15mrad；其前焦距fq为15-100mm，入口直径Din为2-8mm，出口直径Dout为4-15mm，其长度L为15-60mm。
7.如权利要求1所述的组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：所述单色器的平面与多毛细管X光平行束透镜、多毛细管X光聚焦器的中心轴线斜交，接收多毛细管X光平行束透镜发出的准平行多色X射线束，并将其转变为单色平行X射线束后向多毛细管X光聚焦器发射。
8.如权利要求7所述的组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：所述单色器为平面晶体。
9.如权利要求1所述的组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：所述多毛细管X光聚焦器位于单色器出射光路上接收单色器发射的单色平行X射线束，把单色平行X射线束会聚成几十微米的微焦斑，若干个多毛细管X光聚焦器的微焦斑会聚成最终焦点；所述多毛细管X光聚焦器为一端大一端小的等腰梯形结构，所述多毛细管X光聚焦器的大端朝向单色器方向，小端朝向最终焦点方向，所述多毛细管X光聚焦器的中心轴线与中轴线斜交。
10.如权利要求9所述的组合式X射线单色会聚系统，其特征在于：所述聚焦器为毛细管X光半透镜或者单毛细管X光聚焦透镜。
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