CN102610290B - X射线遮线器装置 - Google Patents

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Abstract

用于X射线壳体的遮线器装置包括例如由实心钽制成的遮线器(10)。在实施方式中，该遮线器具有通孔(22)并且在所述X射线壳体的内表面上在打开位置和关闭位置之间滑动，在所述打开位置，所述通孔(22)与所述壳体中的开口(8)对齐。

Description

X射线遮线器装置
技术领域
本发明涉及一种X射线遮线器和包括该X射线遮线器的设备。
背景技术
使用X射线源(一般是X射线管)的X射线设备常常包括位于不透X射线的壳体内的X射线源。在历史上，已经使用铅用于常常由黄铜或铝构造支撑的壳体，不过只有黄铜变得越来越普遍地作为壳体的材料。壳体具有允许由X射线源产生的X射线束穿过壳体以供使用的开口，并且可以在该开口处布置遮线器以在不需要X射线时关闭该X射线的开口。
发明内容
在本发明的第一方面，提供了一种遮线器装置，其包括：
位于壳体中的出口孔，用于允许X射线通过所述出口孔从X射线壳体的内表面传到外表面，所述X射线壳体基本不透X射线；以及
遮线器，该遮线器可在其阻挡所述出口孔的靠近所述出口孔的阻挡位置和其允许X射线穿过所述出口孔的打开位置之间移动；
其中所述遮线器由钽、铌或锆、或含有至少80％的钽、铌和锆中的一种以及其他金属/元素的合金制成；并且
其中所述遮线器是一挡块，该挡块具有穿过该挡块的孔，当所述遮线器位于打开位置时，所述孔与所述出口孔对齐，以允许X射线穿过所述孔，当所述遮线器位于阻挡位置时，所述遮线器阻挡所述出口孔。
使用这种形式的遮线器允许遮线器在使用时覆盖出口孔的位于遮线器后面的内部边缘。这能够减少腐蚀，如下面将更详细说明的那样。
根据本发明的第二方面，提供了一种遮线器装置，该遮线器装置具有：位于壳体中的出口孔，用于允许X射线通过所述出口孔从X射线壳体的内表面传到外表面，所述X射线壳体基本不透X射线；以及遮线器，该遮线器可在其阻挡所述出口孔的靠近所述出口孔的阻挡位置和其允许X射线穿过所述出口孔的打开位置之间在所述X射线壳体的内表面上移动；其中所述遮线器由钽、铌或锆、或含有至少80％的钽、铌和锆中的一种以及原子序数大于26的其他金属/元素的合金制成。
发明人已经意识到将钽遮线器布置在壳体的内表面上可以大大减少腐蚀。
在本发明的另一方面中，提供了一种具有这种遮线器装置的X射线衍射设备。
附图说明
为了更好地理解本发明，将参照附图完全以示例方式描述实施方式，在附图中：
图1示出了本发明的实施方式的示意图；
图2示出了本发明的可选实施方式的示意图；
图3示出了图1和图2的装置的细节；
图4和5详细示出了位于图3中的两个位置的遮线器；
图6图示了在暴露于X射线之后根据比较例的遮线器；
图7图示了暴露于X射线之后的实心钽遮线器；
图8图示了根据本发明的X射线衍射设备；以及
图9示出了本发明的又一个实施方式的示意图。
附图完全是示意性的，并且不成比例。相同或类似的元件可能包含在一幅以上的图中，不必重复关于它们的描述。
具体实施方式
参照图1，X射线管2具有位于端部的窗户4，窗户4一般由铍制成，以允许X射线20传出X射线管。X射线管2容纳在黄铜壳体6中，壳体6又具有与窗户4对齐以允许X射线传出壳体的开口8。壳体6的前表面具有外部构件11和内部构件13，遮线器10在其中开口8打开的打开位置(图1中所示)和其中遮线器10阻挡开口的关闭位置之间在内部构件11和外部构件13之间移动。
参照图2，在另选方案中，X射线管2具有位于端部的窗户4，窗户4一般由铍制成，以允许X射线20传出X射线管。X射线管2容纳在黄铜壳体6中，壳体6又具有与窗户4对齐以允许X射线传出壳体的开口8。壳体6的前表面具有外表面12和内表面14。遮线器10被布置成在其中开口8打开的打开位置(图2中所示)和其中遮线器10阻挡开口的关闭位置之间在壳体的内表面14上移动。
在这种装置中遮线器10的腐蚀是个严重问题。X射线管可以在各种场所使用，这些场所中的一些可能潮湿，因此增加了腐蚀。
另外，发明人已经意识到，X射线会将空气与空气中的湿气或潮气一起电离而形成硝酸，硝酸会侵袭遮线器10或其他屏蔽物。因而，整个腐蚀过程不仅仅是传统的腐蚀问题，而且还是物理化学过程，尤其是在离子化水平最高时。
解决腐蚀的一个方案是用抵抗腐蚀的诸如镍、金或类似物之类的涂层覆盖遮线器。发明人已经意识到，使用这种涂层带来的问题是，腐蚀不仅是化学腐蚀，而且当使用电化学电位差大于0.1V的两种不同金属时电化学腐蚀也会导致腐蚀，即会发生电池效应。对于这种涂层来说几乎不可能避免微观针孔，然后这种针孔会允许电化学和物理化学腐蚀发生。利用这种遮线器，即涂覆有银和金的钨铜(合金)遮线器获得的结果在下文中作为比较例来提供。
因而，一种另选方案可以是使用诸如玻璃或陶瓷之类的非金属遮线器。遗憾的是，大多数这种材料都不能足够地吸收X射线来起到遮线器的功能。
遮线器材料可以另选地选择为诸如因科镍铬不锈钢合金(IncoloyAlloy)825、添加有钼和铜的镍-铁-铬合金之类的抗腐蚀合金。因科镍铬不锈钢合金825已经被证明满足X射线抗腐蚀要求。
遗憾的是，因科镍铬不锈钢合金中的元素铁给出了不期望的铁X射线荧光性，这会影响应用中的分析性能。通常使用的X射线源使用铜靶，铜靶产生具有足够高能量而使得产生铁荧光性的铜K-阿尔法X射线辐射。
另外，与钽或钨相比，铁具有相当低的屏蔽特性(X射线的吸收性)。
应该注意，在遮线器区域中的荧光污染了来自X射线源的(假)单色X射线束，并且这会导致更高的背景辐射。因而，在X射线衍射设备中，所测量的衍射图具有更高背景。荧光还可能以其他角度产生不期望和不需要的衍射峰，这会严重地妨碍精确测量。
在根据本发明的一个实施方式的装置中，遮线器10的材料由实心钽构成，钽已经被证明给出特别好的结果，并且具有足够高的原子序数使得荧光不再是问题。钽可以是基本上纯净的，即遮线器可以基本由钽构成。在另选实施方式中，可以存在少量杂质，优选小于2％，更优选小于1％。具体地说，杂质量可以充分地小，使得暴露于硝酸不会导致表面变粗糙。
另选地，不太优选的装置使用实心铌或实心锆。另外的可选方案包括具有不超过20％并且优选较少量(不超过10％)的其他元素的钽、铌或锆的合金，所述其他元素应具有大于26的原子序数，以便使得铜K-阿尔法辐射不会激发出荧光。抗硝酸性也是重要的。合适的另选合金包括钽锆、钽铌或钽钨。
这些材料具有良好的屏蔽性，并且没有荧光问题。
遮线器也布置在特别的装置中，如现在将参照图3至5这所描述的。
图3示出了升起的引导构件16、18的图。在图1的装置中，这些构件设置在位于壳体6的前表面处的内部构件13和外部构件11之间。当应用于图2的装置时，引导构件是设置在壳体6的前表面的内表面14上的引导脊。在任一情况下，引导构件都包围开口8，并且包括外部引导构件16和内部引导构件18。
图4和图5示出了位于图4中的打开位置和位于图5中的关闭位置的遮线器10。该遮线器不仅仅具有阻挡部，而且还具有穿过该遮线器的通孔22。遮线器与引导构件接合并由引导构件引导，并且在壳体6的前表面的平面内在两个图示的位置之间滑动。在关闭位置(图5)，遮线器10完全覆盖开口8(以虚线示出)。在打开位置(图4)，通孔22与开口8对齐，以允许X射线穿过所述开口。
注意到，在打开位置，遮线器的围绕开口8的实心部完全覆盖开口8的边缘。
参照图1，本发明人已经意识到，在外部构件11上的面对开口8的窗户4的内部边缘15处的腐蚀是特别的问题，这是因为由于几何形状X射线在该点处会高度密集，该点的任何进一步腐蚀都会阻碍遮线器的运动。同样，在图2的装置中，出于同样原因，在开口8处的内表面14的内部边缘15处的腐蚀是特别的问题。
因此，将意识到，实心钽材料与这样布置的遮线器的组合在X射线管的操作过程中在遮线器位于打开位置以及关闭位置时都保护壳体的黄铜材料的特定部分不受X射线。
本发明人已经意识到，X射线的存在大大增加了空气中的电离量，因此大大增加了腐蚀。因而，通过遮线器在操作过程中保护壳体的黄铜材料具有相当大的优点。具体地说，在实施方式中，在打开位置，在操作过程中，X射线不会命中或较低程度地命中壳体6的围绕开口4的材料，具体地说X射线被遮线器的围绕通孔22的实心材料从围绕开口8的内部边缘15屏蔽。在图1的装置中，X射线确实能够命中内部构件13的内部边缘，但是该位置的腐蚀既是内部腐蚀又不会阻碍遮线器10的运动。因此，该位置的腐蚀对于装置的长期可靠性来说不是什么大问题。
另外，在特别优选的实施方式中，通过在关闭位置将窗户4和遮线器10之间的空气间隙保持得尽可能小来减少电离量。优选地，该空气间隙小于20mm，进一步优选小于10mm，更优选小于5mm。目标是使窗户4和遮线器10的区域中的空气容积尽可能小，因为不存在空气就不会发生电离。当传统的遮线器打开时，其产生相对大的空气容积，既遮线器位于关闭位置时的容积。这是用于物理化学过程的额外空气供给，并因而产生额外的离子。在新设计中当然存在空气，但是现在在图1的装置中，在关闭位置在该容积中没有任何X射线存在。
因而本发明的上述实施方式通过使用靠近窗户4布置的钽遮线器10而极大地减轻了腐蚀问题，所述遮线器具有通孔22，使得围绕该通孔22的遮线器在使用时将壳体6中围绕开口8的内部边缘15屏蔽。
图6和图7示出了与涂覆有银和金的钨铜合金(图6)相比，钽(图7)的改进的抗腐蚀性能。在这种情况下，该遮线器是传统形状的遮线器。两个遮线器都同时暴露于X射线。可以看到与图6相比图7中的实质性改进和腐蚀的减少。
上述遮线器装置特别适用于X射线衍射测量，如图8中所示。X射线衍射设备包括如上所述的管2、壳体6和遮线器10。样本台30用于安放样本32。X射线检测器34检测当从管发射出的X射线穿过开口8命中样本台30上的样本32时从样本32发射出的X射线。通常为计算机的控制器36控制各种元件。
遮线器机构特别适合于这种应用，因为与现有技术的控制腐蚀的方案(诸如因科镍铬不锈钢825)不同，该遮线器装置将抗腐蚀与避免使用影响X射线衍射测量的材料结合在一起。X射线衍射设备能够在增加抗腐蚀重要性的挑战性环境中使用。
在图9中所示的遮线器机构的另选实施方式中，位于壳体6的前部的外部构件11利用X射线透明窗户40密封。在遮线器10位于打开位置时，该窗户40防止新鲜空气供给从环境进入该单元，从而进一步减少腐蚀。
尽管图9基于图1的解决方案，但X射线透明窗户还可以与图2的装置相结合使用。
本领域技术人员将意识到，可以改变上述实施方式。例如，壳体无需仅仅由黄铜制成，而是可以引入诸如铅或钽之类的其他材料。
另外，实心钽无需是100％纯，而是可以存在杂质。
在一些实施方式中，铌或锆可以取代钽。可以使用通常具有至少80％，优选90％的钽、铌或锆的合金。

Claims (16)

1.一种遮线器装置，包括：
位于X射线壳体中的开口，用于允许X射线通过所述开口从X射线壳体的内表面传到外表面，所述X射线壳体基本不透X射线；以及
遮线器，该遮线器能够在其阻挡所述开口的靠近所述开口的阻挡位置和其允许X射线穿过所述开口的打开位置之间移动；
其中所述遮线器由钽、铌或锆、或含有至少80％的钽、铌和锆中的一种以及其他金属/元素的合金制成；并且
其中所述遮线器是一挡块，该挡块具有穿过该挡块的通孔，当所述遮线器位于打开位置时，所述通孔与所述开口对齐，以允许X射线穿过所述通孔，当所述遮线器位于阻挡位置时，所述遮线器阻挡所述开口，其中穿过所述挡块的所述通孔的尺寸定为在所述遮线器位于所述打开位置时完全覆盖所述开口的边缘。
2.根据权利要求1所述的遮线器装置，其中所述遮线器布置成在所述阻挡位置和所述打开位置之间在所述开口的平面上跨过所述开口横向地滑动。
3.根据权利要求1所述的遮线器装置，其中所述X射线壳体包含X射线管，所述X射线管具有用于允许X射线传出所述X射线管的窗户，
其中位于所述阻挡位置的所述遮线器位于距离所述X射线管中的窗户不超过20mm的距离处。
4.根据权利要求3所述的遮线器装置，其中位于所述阻挡位置的遮线器位于距离所述X射线管中的窗户不超过10mm的距离处。
5.根据权利要求1所述的遮线器装置，其中所述X射线壳体是黄铜制成的。
6.根据权利要求1所述的遮线器装置，其中所述遮线器基本由钽构成。
7.根据权利要求1所述的遮线器装置，其中所述遮线器由至少80％的钽、铌或锆与不超过20％的至少一种原子序数大于26的其他金属/元素的合金构成。
8.根据权利要求1所述的遮线器装置，还包括密封所述开口的X射线透明窗户。
9.一种遮线器装置，包括：
位于X射线壳体中的开口，用于允许X射线通过所述开口从X射线壳体的内表面传到外表面，所述X射线壳体基本不透X射线；以及
遮线器，该遮线器能够在其阻挡所述开口的靠近所述开口的阻挡位置和其允许X射线穿过所述开口的打开位置之间在所述X射线壳体的内表面上移动；
其中所述遮线器由钽、铌或锆、或含有至少80％的钽、铌和锆中的一种以及其他金属/元素的合金制成；
其中所述遮线器是一挡块，该挡块具有穿过该挡块的通孔，当所述遮线器位于打开位置时，所述通孔与所述开口对齐，以允许X射线穿过所述通孔，当所述遮线器位于阻挡位置时，所述遮线器阻挡所述开口；
其中穿过所述挡块的所述通孔的尺寸定为在所述遮线器位于所述打开位置时完全覆盖所述开口的边缘。
10.根据权利要求9所述的遮线器装置，其中所述遮线器布置成在所述阻挡位置和所述打开位置之间在所述开口的平面中跨过所述开口横向地滑动。
11.根据权利要求9所述的遮线器装置，其中所述X射线壳体包含X射线管，所述X射线管具有用于允许X射线传出所述X射线管的窗户，
其中位于所述阻挡位置的所述遮线器距离所述X射线管中的窗户不超过20mm的距离。
12.根据权利要求9所述的遮线器装置，其中所述X射线壳体是黄铜制成的。
13.根据权利要求9所述的遮线器装置，其中所述遮线器基本由钽构成。
14.根据权利要求9所述的遮线器装置，其中所述遮线器由含有钽、铌或锆以及原子序数大于26的其它金属/元素的合金构成。
15.根据权利要求9所述的遮线器装置，还包括密封所述开口的X射线透明窗户。
16.一种X射线衍射设备，包括：
具有窗户的X射线管；
围绕所述X射线管的X射线壳体，该X射线壳体具有位于X射线壳体中的开口，用于允许X射线通过所述开口从所述X射线壳体的内表面传到外表面，所述X射线壳体基本不透X射线；以及
遮线器，该遮线器能够在其阻挡所述开口的靠近所述开口的阻挡位置和其允许X射线穿过所述开口的打开位置之间移动；
用于安放样本的样本区域；以及
X射线检测器，用于检测从所述样本区域中的样本发射出的X射线；
其中所述遮线器由钽、铌或锆、或含有至少80％的钽、铌和锆中的一种以及其他金属/元素的合金制成；并且
其中所述遮线器是一挡块，该挡块具有穿过该挡块的通孔，当所述遮线器位于打开位置时，所述通孔与所述开口对齐，以允许X射线穿过所述开口，当所述遮线器位于阻挡位置时，所述遮线器阻挡所述开口，其中穿过所述挡块的所述通孔的尺寸定为在所述遮线器位于所述打开位置时完全覆盖所述开口的边缘。
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