CN105388172B - X射线弧形气体衍射仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，包括由前至后依次紧密接触的：前端固件、漂移电极、中间固件、厚型气体电子倍增膜板、隔板、阳极板和后端固件，中间固件内充有工作气体，前端固件的后端面、中间固件的前后两个端面、以及后端固件的前端面均呈弧形，并且各端面弯曲成同心圆弧面，所述漂移电极、厚型气体电子倍增膜板、隔板和阳极板固定在固件之间，弯曲成同心圆弧。本发明的有益之处在于：具有良好的位置分辨率、较高的计数率上限，信号上升时间快；易于制造维护，清洁要求较GEM低；级联使用方便；相对价廉。

Description

X射线弧形气体衍射仪
技术领域
本发明涉及一种气体衍射仪，具体涉及一种X射线弧形气体衍射仪，属于X射线探测领域。
背景技术
目前，X射线粉末衍射仪的探测器主要有两种：
(一)、平面型丝结构气体探测器；
(二)、逐点扫描型闪烁体探测器。
在X射线探测中，平面型丝结构气体探测器容易造成像差，当X射线斜着入射到气体探测器的探测灵敏区时，气体电离有可能发生在X射线经过路径的任何一点上，因此就会造成位置测量的误差，从而影响大角度散射测量的空间分辨率。
逐点扫描型闪烁体探测器，由于其采用逐点扫描的探测方式来测量衍射锥角，所以测量耗时比较长。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种X射线弧形气体衍射仪，其在X射线探测中不仅不会造成像差，而且信号上升时间快，同时有较高的计数率上限。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，包括：由前至后依次紧密接触的前端固件(1)、漂移电极(2)、中间固件(3)、厚型气体电子倍增膜板(4)、隔板(5)、阳极板(6)和后端固件(7)，
前述前端固件(1)的后端面、中间固件(3)的前后两个端面、以及后端固件(7)的前端面弯曲成同心圆弧面，前端固件(1)、中间固件(3)和后端固件(7)经螺栓拧紧后在中间形成密闭的腔室，所述密闭的腔室内充有工作气体，
前述漂移电极(2)、厚型气体电子倍增膜板(4)、隔板(5)和阳极板(6)固定在相应的固件之间，并且也弯曲成同心圆弧状，
工作时，将负高压由高到低分别接入到漂移电极(2)上、厚型气体电子倍增膜板(4)的上电极上、厚型气体电子倍增膜板(4)的下电极上，阳极板(6)上的电信号从阳极板(6)的顶端引出。
前述的X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，前述密闭的腔室内的工作气体以惰性气体为主，并加以少量淬灭性气体。
前述的X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，前述惰性气体为氩气、氖气和氙气中的任意一种。
前述的X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，前述淬灭性气体为异丁烷、甲烷和二氧化碳中的任意一种。
前述的X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，前述中间固件(3)的厚度在2mm-20mm范围内。
前述的X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，前述隔板(5)的厚度在1mm-3mm范围内。
本发明的有益之处在于：
(1)由于气体衍射仪采用了弧形结构设计，所以使得衍射X射线能够垂直入射到仪器内部，有效减少了由于斜入射引起的像差；
(2)由于采用厚型气体电子倍增膜板作为电子倍增器件，厚型气体电子倍增膜板的空间分辨好于200nm、时间分辨达到几个ns、计数率上限可以达到106mm-2s-1以上，所以使得本发明的气体衍射仪不仅具有良好的空间分辨和时间分辨，还具有较高的计数率上限；
(3)由于厚型气体电子倍增膜板级联使用方便，所以使得本发明的气体衍射仪可以根据X射线束流的强度增加或减少厚型气体电子倍增膜板的级数，从而满足不同场合X射线衍射探测的应用需求；
(6)本发明的气体衍射仪相对价廉，容易实现轻量化，整机重量小于2kg。
附图说明
图1是本发明的X射线弧形气体衍射仪的一个具体实施例的结构示意图；
图2是图1中的X射线弧形气体衍射仪的电子学读原理图。
图中附图标记的含义：1-前端固件、2-漂移电极、3-中间固件、4-厚型气体电子倍增膜板、5-隔板、6-阳极板、7-后端固件。
具体实施方式
本发明的X射线弧形气体衍射仪，其主要是利用了厚型气体电子倍增膜板容易弯曲而且耐用的特性。
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1，本发明的X射线弧形气体衍射仪包括：前端固件1、漂移电极2、中间固件3、厚型气体电子倍增膜板4、隔板5、阳极板6和后端固件7，它们由前至后依次紧密接触。其中，前端固件1、中间固件3和后端固件7所起到的作用是紧固和闭气，三者经螺栓拧紧后在中间形成密闭的腔室，该密闭的腔室内充有工作气体，该工作气体以惰性气体为主，并加以少量淬灭性气体，其中，惰性气体为氩气、氖气和氙气中的任意一种，淬灭性气体为异丁烷、甲烷和二氧化碳中的任意一种，此外，前端固件1的后端面、中间固件3的前后两个端面以及后端固件7的前端面这四个端面弯曲成同心圆弧面，漂移电极2、厚型气体电子倍增膜板4、隔板5和阳极板6固定在相应的固件之间，并且也弯曲成同心圆弧状。
漂移电极2与厚型气体电子倍增膜板4由中间固件3隔开，漂移电极2与厚型气体电子倍增膜板4二者之间形成漂移区，漂移区的高度可以通过调整中间固件3的厚度进行调节，中间固件3的厚度一般在2mm-20mm范围内。
厚型气体电子倍增膜板4与阳极板6由隔板5隔开，隔板5的厚度一般在1mm-3mm范围内。
工作时，将负高压由高到低分别接入到漂移电极2上、厚型气体电子倍增膜板4的上电极上、厚型气体电子倍增膜板4的下电极上，阳极板6上的电信号从阳极板6的顶端引出，直接与读出电子学连接。
由于本发明的气体衍射仪采用了弧形结构设计，所以使得衍射X射线能够垂直入射到仪器内部，有效减少了由于斜入射引起的像差。
此外，由于本发明的气体衍射仪采用了厚型气体电子倍增膜板作为电子倍增器件，厚型气体电子倍增膜板级联使用方便，所以使得本发明的气体衍射仪可以根据X射线束流的强度增加或减少厚型气体电子倍增膜板的级数，从而满足不同场合X射线衍射探测的应用需求。
工作原理：
参照图2，将漂移电极2和厚型气体电子倍增膜板4接入负高压，X射线经样品衍射后入射到本发明的气体衍射仪内，将漂移区的工作气体电离，电离电子在电场的作用下漂移进入厚型气体电子倍增膜板4的小孔内并产生倍增，倍增后的电子通过隔板5向阳极板6漂移，并在阳极板6上感应出电子信号，该阳极电子信号从阳极板6的顶端引出，由弱电流读出模块进行AD转换，最后由FPGA模块采集传输到计算机上。
弱电流读出模块我们选用的是TI(Texas Instruments)公司的DDC232芯片，其与本发明的气体衍射仪直接相连。
DDC232芯片一共有32个开关电容积分放大器，每两个开关电容积分放大器共享一个ADC，最后16路通过一个串行接口向FPGA模块输出数字信号。
由于DC232芯片只能读出正电流信号，而本发明的气体衍射仪的输出信号为负信号，为配合本发明的气体衍射仪实现信号读出，DC232芯片设计为通常工作在接近满量程(约1×106pA)的正的恒定电流下，通过计算当前电流与恒定工作的差值，可以得到负电流信号的大小。
FPGA模块从DDC232芯片的Dout引脚取数，可以根据实际需要并行接入多个DC232芯片来扩展通道数，FPGA模块中的MCU负责与计算机通信。
计算机通过基于Labview的虚拟仪器程序对数据采集处理，实现多路工作状态监测以及控制实验数据采集存储的功能。
由于DC232芯片的工作正电流由外界提供，会因温度、供电电压等因素产生微小波动，所以实验前需对当前工作电流进行刻度。刻度时，X射线管处于非曝光状态下，此时本发明的气体衍射仪无输出信号，手动控制程序取数一段时间，求电流平均值，得到当前各道的工作电流，数据存入scale文件。
测量时，首先载入scale文件，清空缓存数组，然后开启X射线管，本发明的气体衍射仪上产生信号，同时取数，数据存入data文件，取数结束时，程序自动将取数期间采集到的电流值求平均，与工作电流相减，求出每一路的实验测量值。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，包括：由前至后依次紧密接触的前端固件(1)、漂移电极(2)、中间固件(3)、厚型气体电子倍增膜板(4)、隔板(5)、阳极板(6)和后端固件(7)，
所述前端固件(1)的后端面、中间固件(3)的前后两个端面、以及后端固件(7)的前端面弯曲成同心圆弧面，前端固件(1)、中间固件(3)和后端固件(7)经螺栓拧紧后在中间形成密闭的腔室，所述密闭的腔室内充有工作气体，
所述漂移电极(2)、厚型气体电子倍增膜板(4)、隔板(5)和阳极板(6)固定在相应的固件之间，并且也弯曲成同心圆弧状，厚型气体电子倍增膜板(4)的级数根据X射线束流的强度增加或减少，隔板(5)的厚度在1mm-3mm范围内，
工作时，将负高压由高到低分别接入到漂移电极(2)上、厚型气体电子倍增膜板(4)的上电极上、厚型气体电子倍增膜板(4)的下电极上，阳极板(6)上的电信号从阳极板(6)的顶端引出。
2.根据权利要求1所述的X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，所述密闭的腔室内的工作气体以惰性气体为主，并加以少量淬灭性气体。
3.根据权利要求2所述的X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，所述惰性气体为氩气、氖气和氙气中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，所述淬灭性气体为异丁烷、甲烷和二氧化碳中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的X射线弧形气体衍射仪，其特征在于，所述中间固件(3)的厚度在2mm-20mm范围内。
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