CH441813A

CH441813A - Auftreffplatte für Röntgenstrahlenbeugung

Info

Publication number: CH441813A
Application number: CH1243065A
Authority: CH
Inventors: Karel De Jongh Wilhelmus
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1964-09-10
Filing date: 1965-09-07
Publication date: 1967-08-15
Also published as: DE1598850A1; DE1598850B2; AT257212B; GB1089714A; US3439163A; DE1598850C3; BE669377A; NL6410514A

Description

Auftreffplatte für Röntgenstrahlenbeugung
Die spektrochemische Analyse mit Röntgenstrahlen beruht auf der Beugung von Röntgenstrahlen durch Kristalle, wobei die Beugung durch ein Kristall der bekannten Braggschen Beziehung : nl 2-d-sinA gehorcht.

Eine Schar von Gitterebenen des Kristallgitters mit einem Abstand d voneinander kann das Röntgenstrah lenbündel mit Wellenlänge X nur bei Einfallswinkeln 0, die diese Beziehung erfüllen, in welcher n eine ganze Zahl bedeutet, reflektieren.

Die Auftreffplatte hat meistens die Gestalt eines langgestreckten Streifens, der aus einer mit parallelen Flä- chen versehenen Einkristallplatte besteht. Erstreckt sich die Auftreffplatte für Röntgenstrahlen einer bestimmten Wellenlänge unter dem richtigen Winkel 0, so werden von einer Quelle mit geringem Durchmesser herrührende Strahlen an einer bestimmten Zone der Auftreffplatte reflektiert. Bei Verwendung einer planparallelen Auftreffplatte wird nur ein geringer Teil der auffallenden Strahlung reflektiert. Um nun ein weiteres Bündel der ausgesandten Strahlung benutzen zu können, findet eine fokussierende Anordnung Verwendung, bei der die reflektierende Oberfläche der Auftreffplatte gekrümmt ist.

Die günstige Anordnung ergibt sich dadurch, dass die Auftreffplatte in die Form gekrümmt wird, die der Krüm- mung der logarithmischen Spirale entspricht. Diese Gestalt der Auftreffplatte ermöglicht es, dass die wirksame für die Röntgenstrahlenbeugung benutzte Oberfläche maximal ist und dass von einer Quelle mit endlicher aber nicht zu grosser Abmessung ausgehende Strahlen einer vorbestimmten Wellenlänge nach der Reflexion in einem scharf begrenzten Brennpunkt konzentriert werden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Intensität der reflektierten Strahlung.

Die Auftreffplatte ist tatsächlich ein Röntgenstrahlen- monochromator, der nicht unbedingt aus einem Einkristall bestehen muss, sondern auch ein Träger sein kann, der mit dem die Strahlen reflektierenden Material überzogen ist. In diesem Falle hat der Träger die in die gewünschte Form gekrümmte Oberfläche.

Bei Verwendung dünner rechteckiger Kristallplatten kann die erforderliche Gestalt dadurch erzielt werden, dass die Platte zwischen zwei Formstücken eingeklemmt wird, die in richtiger Weise gekrümmt sind. Bei einer anderen Lösung, die den Vorteil aufweist, dass die Krüm- mung einstellbar ist, werden die Enden einer rechteckigen Kristallplatte in einem Halter festgeklemmt, der so gebaut ist, dass auf die beiden Enden ungleiche Biegemomente ausgeübt werden können. Die dabei auftretende Biegung der Kristallplatte ist eine gute Annäherung der logarithmischen Spirale, und die Form lässt sich verschiedenen Abständen zwischen der Strahlenquelle und der Auftreffplatte leicht anpassen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auftreffplatte für Röntgenstrahlenbeugung, die die Gestalt eines langgestreckten Streifens hat, dessen Durchbiegung die Form eines Teiles einer logarithmischen Spirale annimmt. Gemäss der Erfindung ist die Oberfläche der Auftreffplatte durch vier aneinander anschliessende Seiten begrenzt, wobei zwei einander gegenüberliegende Schnittpunkte auf einer Symmetrielinie der Oberfläche liegen und die beiden anderen Schnittpunkte die grösste Breite des Streifens bestimmen, während die Seiten, die sich im einen Schnittpunkt mit der Symmetrielinie treffen, in bezug auf diese Linie hohl gekrümmt sind und die Seiten, die sich im gegenüberliegenden Schnittpunkt treffen, in bezug auf diese Linie erhaben gekrümmt sind.

Eine derartige Auftreffplatte kann aus biegsamen durch parallele Flächen begrenzten Einkristallplatten hergestellt sein, sie kann jedoch auch aus einem biegsamen Trägermaterial, z. B. einer dünnen Stahlplatte, bestehen, das mit schichtweise angebrachten, Röntgenstrahlen reflektierenden Stoffen überzogen ist.

Die Gestaltung der erfindungsgemässen Auftreffplatte wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen :
Fig. 1 die Anordnung für ein Röntgenstrahlenspektrometer mit logarithmisch gekrümmter Auftreffplatte,
Fig. 2 die Durchbiegung der Auftreffplatte, und
Fig. 3 und 4 Beispiele erfindungsgemässer Auftreffplatten.

Die logarithmische Spirale hat des Merkmal, das jeder Fahrstrahl aus dem Pol 0 mit der Kurve A-B gleiche Winkel einschliesst, wodurch der Pol 0 auch der Brennpunkt reflektierter Strahlen gleicher Wellenlängen ist.

Der Krümmungsradius in irgendeinem Punkte der Kurve A-B unterscheidet sich von den Krümmungsradien in nächstliegenden Punkten, aber diese Radien haben die gemeinsame Eigenschafti dass sie Durchmesser von durch den Pol 0 gehenden Kreisen sind. Die Krümmungsradien sind somit bestimmt durch :

OP
R = sin A
Vom Fahrstrahl ru durch den Punkt Po ausgehend beträgt der Fahrstrahl durch einen benachbarten Punkt r = r0 + ro d ? ctg ? und gemÏss rond ? = x sin 8, wobei x der Abstand zwischen zwei Auftreffpunkten ist, ergibt sich x cos 0 r = ro (1 + -----). ro
Der zugehörige Krümmungsradius wird r rO x cos 8
R ( (+ sin 0. sin 9 ru ro und, wenn als Ro bezeichnet wird, so ergibt sich sin A x cos 0
R = Ro (1 + -----). ro
Die allgemeine Gleichung für den Krümmungsradius von Biegungslinien geringer Krümmung besagt.

p l y" wobei y"die zweite Abgeleitete der Kurve y = f (x) ist. Eine Biegelinie dieser Art findet sich bei einem Träger, der zwischen zwei an den Enden liegenden Stütz- punkten belastet wird. Bei einer geringfügig gebogenen streifenförmigen Platte konstanter Dicke tritt der Fall ein, bei dem gilt yss=
EJx wobei Mx das Biegemoment in irgendeinem Querschnitt, Jx das Trägheitsmoment an dieser Stelle und E der Ela stizitätsmodul ist.

Für einen rechteckigen Querschnitt ist mx y"= ------- l/12Eaxh8 wobei ax die Breite und h die Dicke des Materials darstellt.

Die Anordnung nach Figur 2 zeigt eine derartige Platte, und in der Figur sind einige Masse durch Buchstaben angegeben, die in der nachfolgenden Betrachtung Anwendung finden.

Das Biegemoment Mx zwischen dem Druckpunkt pi und dem Stützpunkt po ist
Mx1 = P1 (?B - x) f r x < o und zwischen dem Druckpunkt pa und dem Stützpunkt pO Mx2 = p2 (B-x) für x > o.

Damit die Biegungskurve die gleiche Form wie die logarithmische Spirale hat, dass heisst x cos 6 EJx
R. (1 + ----) = ru Mx ergibt sich für : x x cos 8 ax = A (1 ) (1 +) für x > o
B r. und x x cos 6 ax = A (1 + --) (1 + ----) f r x @ o, ¯B r0
PB ro wobei A die grösste Breite des Streifens angibt.

Aus diesen Gleichungen erfolgt die Form einer streifenförmigen Platte nach Fig. 3.

Bei Verwendung einer solchen Platte ist eine derartige Durchbiegung möglích, dass die Beugung von Röntgenstrahlen, deren Wellenlänge der Braggschen Beziehung für einen bestimmten Winkel 6 entspricht, ohne Aberration stattfindet. Diese Einstellung lässt sich verhältnismassig einfach finden.

Wenn angenommen wird, dass die Enden der Treffplatte in senkrecht zur Oberfläche verschiebbaren Teilen eines Halters eingespannt sind, der feste Anschläge hat, an denen die Treffplatte beiderseits der Symmetrielinie an der Stelle der grössten Breite anliegt, wird mit einem Leuchtschirm, der im Brennpunkt angeordnet ist, an der Treffplatte reflektierte Strahlung aufgefangen, die diejenige Wellenlänge hat, der der Winkel 6 entspricht, der bei der Gestaltung der Treffplatte in Betracht gezogen ist. Durch Verschiebung der Schiebeteile ändert sich die Krümmung, so dass die Einstellung ermittelt werden kann, bei der die Schärfe der Fokussierung am grössten ist.

Es wäre umständlich, wenn für jede Wellenlänge eine eigene Treffplatte benutzt werden müsste, wie aus der Tatsache erfolgt, dass ax, dass heisst die örtliche Breite des Kristalles, vom Reflektionswinkel A abhängt. Ausser beim Winkel ûv, für den die Gestaltung völlig der logarithmischen Form entspricht, entsteht bei anderen Winkeln 6 eine geringe Aberration. Für eine zulässige Aberration kann ein Winkelbereich beiderseits ûv innerhalb nicht zu weiter Grenzen als Nutzarbeitsbereich betrachtet werden.

Es hat sich herausgestellt, dass die Aberration, wenn der zugehörige Reflexionswinkel für Strahlen anderer Wellenlänge grösser als der Winkel 0, ist, rascher zunimmt als wenn dieser kleiner ist. Für eine aus Glimmer bestehende Auftreffplatte erweist sich die Gestaltung, die einem Einfallswinkel f r die Strahlung entspricht, bei dem cos ?y = 0,9 ist, als die g nstigste zur Verwendung als Monochromator f r Strahlen, deren Reflexionswinkel zwischen 0 und 30 schwankt. Die grössten-einander gleichen-Aberrationen treten bei 14 45'und bei 30 auf.

Ausser Glimmer kommen alle anderen bekannten f r Reflektionskristalle brauchbaren Materialien, die sich biegen lassen, f r die Herstellung einer Auftreffplatte nach der Erfindung in Betracht.

Wenn die Auftreffplatte als Träger der Reflexionsschicht benutzt wird, können Stoffe Verwendung finden, die als dünne ¯berz ge auf die Oberfläche aufgebracht sind und f r Strahlenreflexion brauchbare Eigenschaften haben.

Das Einspannen der in Spitzen auslaufenden Enden eines Materialstreifens kann Schwierigkeiten bereiten, wenn die Platte eine geringe mechanische Festigkeit hat.

Weil die Enden der Auftreffplatte keinen oder nahezu keinen Beitrag zur Strahlenreflexion liefern, kann ge mäss der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform die Auftreffplatte an den Enden durch seitlich vorstehende Flügel verbreitert werden, die den eingespannten Teilen die erforderliche Festigkeit erteilen.

Claims

PATENTANSPRUCH Auftreffplatte für Röntgenstrahlenbeugung mit Strahlungbrechungsflächen, die die Gestalt eines langgestreckten Streifens hat und so durchgegeben ist, dass dessen Form ein Teil einer logarithmischen Spirale ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Auftreffplatte durch vier aneinander anschliessende Seiten begrenzt ist, wobei zwei gegenüberliegende Schnittpunkte auf einer Symmetrielinie der Oberfläche liegen und die beiden üb- rigen Schnittpunkte die grösste Breite des Streifens bestimmen und die Seiten, die sich in einem Schnittpunkt mit der Symmetrielinie treffen, in bezug auf diese Linie hohl gebogen sind, während die Seiten, die sich im gegen überliegenden Schnittpunkt treffen, in bezug auf die Symmetrielinie erhaben gebogen sind.

UNTERANSPRÜCHE 1. Auftreffplatte nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten in einer Richtung von der grössten Breite an nach der Gleichung x x cos 6 A (I-) (I B r. und in der anderen Richtung nach der Gleichung x x cos 8 A (1 +) (I +-) pB ra gekrümmt sind, wobei A die grösste Breite darstellt, B und pB die Längen des Streifens auf einer bzw. auf der anderen Seite der grössten Breite bedeuten, ro die mittlere Brennweite und 9 der Brechungswinkel ist und x von der Stelle der grössten Breite her in beiden Richtungen gemessen wird.

2. Auftreffplatte nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Glimmer besteht.

3. Auftreffplatte nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Metallträger besteht, der mit einem in dünnen Schichten aufgebrachten, die Röntgenstrahlen reflektierenden Stoff überzogen ist.