CN101283413A - 屏蔽x-射线的装置和装入所述装置的x-射线设备 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种X－射线屏蔽装置(40)和加入这种装置的X－射线设备。该装置(40)包括：具有孔的静止部件(94)；和一个或多个屏蔽部件(96，98)，其可关于静止部件(94)移动，并由X－射线屏蔽材料制成。该一个或多个屏蔽部件(96，98)在孔内确定了小于该孔的X－射线通路(90)。一个或多个屏蔽部件(96，98)的运动受限，以便：在相对于静止部件(94)的每个位置中的一个或多个屏蔽部件(96，98)至少在X－射线通路(90)外部的区域内覆盖该孔。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于屏蔽X-射线的装置。本发明还涉及包括X-射线屏蔽装置的诸如X-射线光谱仪或X-射线衍射仪的X-射线设备。
背景技术
二十多年前出现的所谓X-射线透镜(也称作“Kumakhov透镜”)已为轻型、便携式X-射线设备准备了广阔的应用范围，如冶金、地质、化学、法学实验室和海关检查。采用与传统的改变可视或近可视光子方向的光学透镜类似的方式，X-射线透镜使X-射线辐射频段的电磁辐射改变方向，并且因此可用于校准或聚焦X-射线的波束。
X-射线透镜传统地由多个毛细管形成。利用全外反射，每根毛细管将在其前端捕获的X-射线引导到相对端。只要前端的入射角不超过临界角，这个规则均适用。如果超过临界角，X-射线不再能够捕获在毛细管内。在这种情况中，毛细管对X-射线变得透明。
最初，X-射线透镜是尺寸高达数米范围的大型设备。这些庞大尺寸主要是将各个毛细管保持就位所需的单独的支撑结构的结果。当认识到如果使用玻璃拔丝技术，X-射线透镜由一条或多条玻璃束生产而支撑结构能够省略时，X-射线透镜的商业应用变得可行。通过将毛细管覆盖物熔合在一起，单独的支撑结构变得没有用了。
当今，X-射线透镜的商业应用包括便携式X-射线光谱仪、轻型X-射线衍射计和许多其它小型设备。这种设备典型地包括X-射线源(诸如X-射线管)、X-射线透镜和探测器。从X射线源发射的X-射线由X-射线透镜聚焦到样本上的小点上。该探测器探测从样本发射回的X-射线，并生成能够例如被频谱分析的输出信号，以确定包含在样本中的化学元素。
如熟知的，人员暴露于X-射线是有害的，诸如X-射线光谱仪、X-射线衍射仪和其它X-射线设备的操作人员。因此，这种设备的结构必须进行X-射线安全考虑。
存在许多种处理由X-射线设备中的X-射线辐射导致的危害的方法。一种方法是加入屏蔽材料。如果X-射线设备包括静止部件，利用静止屏蔽壁能够十分容易地实现屏蔽。然而在具有活动部件的设备中，诸如X-射线的定位机构，通常需要提供包括可调节X-射线通道的更复杂的屏蔽机构。
因此，存在对具有可调节X-射线通道的X-射线屏蔽装置的需要。此外，存在对包括具有可调节X-射线通道的X-射线屏蔽装置的X-射线设备的需要。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了具有可调节X-射线通道的X-射线屏蔽装置。该X-射线屏蔽装置包括：具有孔的静止部件；和一个或多个屏蔽部件，其可关于静止部件移动，并由X-射线屏蔽材料制成。该一个或多个屏蔽部件在孔内确定了小于该孔的X-射线通路；并且一个或多个屏蔽部件的运动受限，以便：在相对于静止部件的每个位置中的一个或多个屏蔽部件至少在X-射线通路外部的区域内覆盖该孔。
该X-射线通路例如可由单个屏蔽部件的开口或由几个屏蔽部件的开口的交叉确定。在一种变型中，一个或多个屏蔽部件在X-射线通路外的区域中完全覆盖孔。根据屏蔽要求，在另一种变型中，不完全覆盖孔是足够的，但覆盖至少X-射线周围的部分。
可以提供一种引导机构，用于引导至少一个屏蔽部件相对于静止部件的运动。该引导机构可包括联接到静止部件和至少一个屏蔽部件中一个的被引导元件。该被引导元件可由联接到至少一个屏蔽部件的突起组成。另外，该引导机构可包括引导结构，被联接到静止部件和至少一个屏蔽部件的另一个，并确定了用于被引导元件的止动件。该引导结构例如由静止部件的或至少一个屏蔽部件的边缘组成。在一个实施例中，该引导结构由静止部件的孔的边缘组成。
该一个或多个屏蔽部件可具有多种形状。优选地，该屏蔽部件具有大致平坦形状(诸如盘或垫圈)。在一个实例中，至少一个屏蔽部件由环形环板构成。
如上提及，该X-射线屏蔽装置可以或者包括单个屏蔽部件或者多个单个屏蔽部件。如果提供两个或多个屏蔽部件，各个屏蔽部件可一个在另一个后面地布置，并且可共同覆盖X-射线通路的区域外的孔。在一种实现中，该X-射线屏蔽装置包括：具有第一开口的第一屏蔽部件；和具有第二开口的第二屏蔽部件。该第二开口可具有比第一开口更小的尺寸，并且因此可实质确定X-射线通路。此外，该第一屏蔽部件可具有第一外径；并且第二屏蔽部件可具有实质小于第一外径的第二外径。
该X-射线屏蔽装置可包括管部件，延伸经过第一和第二(和任何其它)屏蔽部件。在一个实施例中，该管部件具有实质对应于第一和第二(和任何其它)开口的最小的一个的直径的直径。优选地，该管部件由X-射线透镜组成，或被构造以容纳X-射线透镜。该管部件相对于第一和第二屏蔽部件的一个或两个的轴向位置是可调节的(例如用于定位X-射线透镜的入口焦点或出口焦点)。
根据本发明的另一方面，提供了一种X-射线设备。该X-射线设备包括：X-射线源；X-射线透镜，用于改变从X-射线源发射的X-射线的方向；和X-射线屏蔽部件，用于将X-射线有选择地发射向或经过X-射线透镜。该X-射线屏蔽部件包括：具有孔的静止部件；和一个或多个屏蔽部件，其可关于静止部件移动，并由X-射线屏蔽材料制成，其中：该一个或多个屏蔽部件在孔内确定了小于该孔的X-射线通路，并且其中：一个或多个屏蔽部件的运动受限，以便：在相对于静止部件的每个位置中的一个或多个屏蔽部件至少在X-射线通路外部的区域内覆盖该孔。
该X-射线透镜可包括一或多束毛细管。此外，该X-射线设备可包括用于X-射线透镜的定位部件，其设置在屏蔽部件的下游，并且由实质对X-射线透明的材料(诸如铝)制成。
附图说明
通过下述对优选实施例和附图的描述，本发明的其它方面、变型和优点将变化很明显。
图1显示了本发明的X-射线光谱仪实施例的横截面视图；
图2显示了包括在图1的X-射线光谱仪中的定位装置和屏蔽装置的横截面视图；
图3显示了图2的装置的下游端的透视图；
图4显示了图2的装置的上游端的透视图；
图5显示了图2的屏蔽装置的下游端的透视图；和
图6显示了图2的屏蔽装置的上游端的透视图。
具体实施方式
在下文中，本发明将参照优选实施例示例地描述，实施例采用包括具有一个静止部件和两个活动屏蔽部件的X-射线屏蔽装置的X-射线光谱仪的形式。应该指出：本发明也能够在诸如衍射仪的其它X-射线设备中和具有不同结构的屏蔽装置中实践(例如，包括一个以上静止部件和/或包括一个、三个或多个屏蔽部件)。此外，虽然本发明此后参照具有中央圆形开口的屏蔽部件描述，X通道可以可选地由具有不同圆心(或偏心)的开口或具有确定X-射线通道的任何其它类型的装置确定。
图1显示了根据本发明的一个实施例的X-射线光谱仪10的横截面视图。该光谱仪10包括由X-射线管组成的X-射线源12。该光谱仪10还包括：快门14；定位/屏蔽组件16；样本外壳18，样本20被设置在样本定位平台22上；和探测器24。
在X-射线源12内产生并由标号26指示的X-射线光束经快门14沿光轴30行进。X-射线(或Kumakhov)透镜28将X-射线光束聚焦在样本20上的小点上(注意：样本20的尺寸在图1的示意图中被放大)。探测器24收集从样本发射回的X-射线，并输出表示包含在样本20中的化学元素的频谱信号。在图1的视图中，X-射线源12和快门14已围绕光谱仪10的光轴30旋转90°以更好地显示其结构。
在图1中所示的光谱仪10具有紧凑的桌上设计并可运送用于现场分析。该样本可采用多种物理形式提供，包括：固体；粉末；受压小球；液体；颗粒；薄膜；和涂层。在大气压条件下光谱仪10的典型元素探测能力范围从铝(Al)到铀(U)。该光谱仪10允许低到极低的元素浓度和20μm的样本尺寸的定量和定性元素分析。
类似传统的X-射线管，X-射线源12包括：发射电子的阴极32；和收集由阴极32发射的电子的阳极34。因此，作为连接阴极32和阳极34的高压的结果，建立了电流的流动。在X-射线源12内的电子流聚焦在阳极34上的极小的点(“热点”)36。该阳极34以离开垂直于电子电流典型地5到15度地精确地成角度，以在电子与阳极34碰撞的动能湮灭时，允许在“热点”36处生成的一些X-射线泄漏(逃逸)。如此生成的X-射线光束26从“热点”36发射，大致垂直于电子电流的方向并大致以发散角沿光轴30。
从X-射线源12发射的X-射线首先经过附于X-射线源12的外壳38的快门14。该快门14选择性地阻断在X-射线源12内产生的X-射线光束26，并且从而提供控制机构，用于选择性地切换样本20的辐射“开”或“关”。
该定位/屏蔽组件16被设置在快门14的下游(关于X-射线12)并利用接口部件(在图1中未示出)刚性地附于快门14。该定位/屏蔽组件16包括：X-射线屏蔽部件40；用于X-射线透镜28的定位部件42；和透镜安装部件44，用于将X-射线透镜28刚性地联接到定位部件42。在图2到6的多种视图中更详细地说明了仅在图1中示意性地显示的各个部件40，42，44。
如从图3到6变得明显，X-射线屏蔽部件40具有带有两个螺丝孔48的外部凸缘46，用于将整个定位装置16刚性地附于快门14(并且从而到X-射线12)。因此，该外部凸缘46用作定位/屏蔽组件16的关于快门14/X-射线源12的接口部件。该X-射线屏蔽部件40还包括结构元件，用于限制X-射线光束大致到X-射线透镜28的进口。下面将详细描述这些结构元件。
该X-射线透镜(在图2到6中未示出)被固定地安装在管部件50中。该管部件50接着被刚性地联接到透镜安装部件44。该透镜安装部件44包括附于定位部件42的底部部件52。该底部部件52具有中央开口，用于容纳管部件50。具有外部螺纹部56的多个凸槽(或凸榫)(tongue)54从底部部件52的开口并沿管部件50的轴向方向延伸。
该透镜安装部件44还包括轴环(或凸缘、轴套)部件58，具有管部件50延伸穿过的中央开口。该轴环部件58能够被拧到凸榫54上，并与其外部螺纹部件56配合。利用垂直于管部件50延伸并经过轴环部件58的附加螺丝(未示出)，随着螺丝拧入轴环部件58，凸榫54的至少一个的自由端能够向管状部件50运动。因此，建立了一方面的管状部件50与另一方面的透镜安装部件44之间的夹紧连接。
该定位部件42被设置在透镜安装部件44的上游，并包括两个平移平台60，62以及两个测角器平台64，66。如从图2可以看出，透镜安装装置44的底部部件52被附于第一平移平台60的底部。
单个定位平台60，62，64，66一个在另一个后面地布置。从作为最下游定位平台的第一平移平台60开始，接着第二平移平台62、第一测角器平台64和作为最上游定位平台的第二测角器平台66。每个定位平台60，62，64，68分别具有X-射线通路68，70，72，74，管状部件50延伸经过它们。
组合地，第一平移平台60和第二平移平台62形成xy平移平台。因此，第一平移平台60具有第一平移轴，即x轴，其在图2中垂直于管状部件50的轴并平行于绘图平面延伸。该第二平移平台62具有第二平移轴，即y轴，其垂直于x轴并垂直于管状部件50的轴延伸。利用各自的旋钮(或把手)，第一和第二平移平台60，62可以彼此独立地致动。在图中未示出的可选实施例中，可以提供具有垂直于第一和第二平移轴的第三平移轴(z轴)运行的第三平移平台。
该两个测角器平台64，66被布置在两个平移平台60，62的上游。在其组合中，第一测角器平台64和第二测角器平台66形成θ-Φ测角器，提供用于围绕公共旋转中心的两个独立旋转。这种公共旋转中心大致由图1中所示的“热点”36构成，即由X-射线源12的X-射线发射部构成。
第一测角器平台64的致动使管部件50(具有X-射线透镜)围绕经过图1中所示的“热点”36并在垂直于光轴30的图1的制图平面中延伸的第一倾斜轴倾斜。第二测角器平台66的致动使管部件50围绕也经过“热点”36并垂直于图1的制图平面和第一倾斜轴延伸的第二倾斜轴倾斜。
通过延伸经过凸缘部46的开口92的螺钉，该X-射线屏蔽部件40被附于第二平移平台66的上游端(图4)。该屏蔽部件40被配置以阻断由管状部件50的上游(入口)开口90确定的圆形X-射线通路以外的所有X-射线，并且从而有效屏蔽定位部件42防止X-射线。因此，定位部件42(诸如平移平台60，62和测角器平台64，66)的各个部件能够没有任何X-射线安全问题地由对X-射线通常为透明或接近透明的传统材料(诸如铝)制造。
以下将特别地参照图2，5和6描述X-射线屏蔽部件40的结构。在实施例中，X-射线屏蔽部件40包括：三个单独的部件，即静止部件94和两个运动屏蔽部件96，98。该静止部件94和屏蔽部件96，98由诸如钢的X-射线屏蔽材料制成。
该静止部件94整体形成有凸缘46并具有在其底部带有中央圆形孔100的罐型(图2)。该静止部件100形成用于两个屏蔽部件96，98的外壳。两个屏蔽部件96，98的每个为圆盘形状，并具有中央圆形开口102，104。
该屏蔽部件96，98一个在另一个后面地布置在由静止部件94确定的外壳内。该下游屏蔽部件98的外径大于上游屏蔽部件96的外径。此外，下游屏蔽部件98的开口104的直径大于上游屏蔽部件96的开口102的直径。
该管部件50延伸经过屏蔽部件的开口102，104和经过静止部件94的孔100。该上游屏蔽部件96的开口102的直径大致对应于管部件50的外径。利用压配连接，该上游屏蔽部件96被安装在管部件50上。该压配不完全是刚性的，以便：上游屏蔽部件96关于管部件50的轴位置能够得到调节。该下游屏蔽部件98的中央开口104的直径实质大于管部件50的外径。因此，该下游屏蔽部件98仅松联接到管部件50，并相对于管部件50沿径向方向活动。
该屏蔽部件96，98的外径以及各自开口102，104的和静止部件94的孔100的直径被选择，以便：该屏蔽部件96，98可在关于静止部件94的每个位置中完全覆盖由管部件50的入口90确定的X-射线通路外的区域中的孔100。这能够在图4和6中看到。
该屏蔽部件96，98关于静止部件94的运动由引导机构引导，其包括：罐形状的静止部件94的内边缘106；下游屏蔽部件98的外部边缘108；该管部件50的外部表面；和孔100的边缘112。该引导机构确保没有屏蔽部件96，98移动(通过定位部件42的致动)到其中孔100未覆盖在包围管部件50的入口90的区域中的位置。为此，该屏蔽部件98的外部边缘108与静止部件94的内部边缘106配合，并且管部件50的外部表面与孔100的内部边缘112环形配合。
因此，该管部件50能够任意定位(利用定位部件42，其从而“致动”屏蔽部件40)，不会有由X-射线经过入口90外部的孔100导致的X-射线安全问题。此外，该定位部件42的各个部件能够无X-射线安全问题地由对X-射线透明的铝制成。
虽然已参照特定实施例描述了本发明，本领域的技术人员将认识到：本发明并不局限于这里描述和显示的具体实施例。因此，应该理解：本发明仅是说明性的。本发明期望仅由所附权利权求的范围限制。
Claims (16)
1.一种X-射线屏蔽装置(40)，具有可调节X-射线通路(90)，所述X-射线屏蔽装置(40)包括：
具有孔(100)的静止部件(94)；
一个或多个屏蔽部件(96，98)，其可关于静止部件(94)移动，并由X-射线屏蔽材料制成，一个或多个屏蔽部件(56，58)在孔(100)内确定了小于孔(100)的X-射线通路(90)，其中：一个或多个屏蔽部件(96，98)的运动受限，以便：在相对于静止部件(54)的每个位置中的一个或多个屏蔽部件(96，98)至少在X-射线通路(90)外部的区域内覆盖孔(100)。
2.根据权利要求1所述的X-射线屏蔽装置，还包括：
引导机构，用于引导至少一个屏蔽部件(96，98)相对于静止部件(54)的运动，所述引导机构包括：
被引导元件(108，110)，其被联接到静止部件(94)和至少一个屏蔽部件(96，98)的一个；和
引导结构(106，112)，其被联接到静止部件(94)和至少一个屏蔽部件(96，98)的另一个，所述引导结构(106，112)确定了用于被引导元件(108，110)的止动件。
3.根据权利要求2所述的X-射线屏蔽装置，其中：
所述引导结构由静止部件(44)的或至少一个屏蔽部件(96，98)的边缘(106，112)组成。
4.根据权利要求3所述的X-射线屏蔽装置，其中：
所述引导结构由静止部件(94)的孔(100)的边缘(112)组成。
5.根据权利要求2到4之一所述的X-射线屏蔽装置，其中：
所述被引导元件可由联接到至少一个屏蔽部件(96)的突起(110)组成。
6.根据权利要求1到5之一所述的X-射线屏蔽装置，其中：
所述至少一个屏蔽部件(96，98)是盘形状。
7.根据权利要求1到6任何一个所述的X-射线屏蔽装置，其中：
所述至少一个屏蔽部件(96，98)由环形环板构成。
8.根据权利要求1到7之一所述的X-射线屏蔽装置，其中：
所述X-射线屏蔽装置(40)包括：具有第一开口(104)的第一屏蔽部件(98)；和具有第二开口(102)的第二屏蔽部件(96)，第二开口(102)具有比第一开口(104)更小的尺寸并大致确定X-射线通路(90)的区域。
9.根据权利要求8所述的X-射线屏蔽装置，其中：
第一屏蔽部件(98)具有第一外径，并且第二屏蔽部件(96)具有第二外径，第二外径小于第一外径。
10.根据权利要求8或9所述的X-射线屏蔽装置，其中：
第一和第二屏蔽部件(96，98)一个在另一个后面地布置，并且共同覆盖X-射线通路(90)的区域外的孔(100)。
11.根据权利要求8到10之一所述的X-射线屏蔽装置，其中：
所述X-射线屏蔽装置(40)包括：管部件(50)，延伸经过第一和第二屏蔽部件(56，98)，所述管部件(50)具有大致对应于第一和第二开口(102，104)中的较小的一个直径的直径。
12.根据权利要求11所述的X-射线屏蔽装置，其中：
所述管部件由X-射线透镜组成，或管部件(50)被构造以容纳X-射线透镜(28)。
13.根据权利要求11或12所述的X-射线屏蔽装置，其中：
管部件(50)相对于第一和第二屏蔽部件(96，98)之一或两个的轴向位置是可调节的。
14.一种X-射线设备(10)，包括：
X-射线源(12)；
X-射线透镜(28)，用于改变从X-射线源(12)发射的X-射线的方向；
X-射线屏蔽部件(40)，用于将X-射线有选择地发射向或经过X-射线透镜，所述X-射线屏蔽装置(40)包括：具有孔(100)的静止部件(94)；和一个或多个屏蔽部件(96，98)，其可关于静止部件(94)移动，并由X-射线屏蔽材料制成，一个或多个屏蔽部件(96，98)在孔(100)内确定了小于孔(100)的X-射线通路(90)，其中：一个或多个屏蔽部件(96，98)的运动受限，以便：在相对于静止部件(94)的每个位置中的一个或多个屏蔽部件(56，98)至少在X-射线通路(90)外部的区域内覆盖孔(100)。
15.根据权利要求14所述的X-射线设备，其中：
所述X-射线透镜(28)包括一或多束毛细管。
16.根据权利要求14或15所述的X-射线设备，其中：
所述X-射线设备(10)还包括用于X-射线透镜(28)的定位部件(42)，所述定位部件(42)设置在屏蔽部件(40)的下游，并且由实质对X-射线可透过的材料制成。
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