CN107228872B - 一种二次全反射单毛细管x射线聚焦透镜、分析装置及其制备方法 - Google Patents

一种二次全反射单毛细管x射线聚焦透镜、分析装置及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学仪器技术领域，具体涉及一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜、分析装置及其制备方法，包括本体，所述本体包括从左向右同轴设置的截顶椭球部和截顶圆锥部，所述截顶椭球部远离截顶圆锥部的端面为入口端面，截顶椭球部的另一个端面为截顶圆锥部起始端面，所述截顶圆锥部的另一个端面为出口端面，所述入口端面、起始端面和出口端面的直径比为80～120:50～70:1。本发明的二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜能够会聚常规实验室X光管，并获得小于10微米小焦斑，可以与微型X光源结合，制造成便携式X射线微区分析仪器，在未知矿物鉴定，生物样品现场检测等需要野外现场作业的领域具有潜在的应用。

Description

一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜、分析装置及其制备 方法
技术领域
本发明涉及光学仪器技术领域，具体涉及一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜、分析装置及其制备方法。
背景技术
X射线微区分析技术在矿石鉴定，生物蛋白分析，生物组织微区分析，半导体缺陷检测等领域具有广泛的应用。随着科技的进一步发展，相关研究人员希望能够获得更加小，光强更强的X射线小焦斑，用于微区X射线分析获取样品更为详尽的信息。
目前，常用于会聚X射线的毛细管透镜主要分为两类：单毛细管透镜和多毛细管透镜，它们有各自的优缺点。总得来说多毛细管透镜，与单毛细管相比较，缺点是所获得的焦斑较大一般为几十微米，优点接收角较大所获焦斑光强较强，而且拉制技术比较成熟，应用范围较广，能匹配同步辐射光源和各种实验室X光管。与多毛细管透镜相比，单毛细管透镜更加适合用于微区X射线分析，因为单毛细管透镜能够获得更小的焦斑(50nm～10μm)，并获得10～103的光强增益。但是，单毛细管一般只能够用于同步辐射光源或者微焦斑X光源。同步辐射光源造价昂贵，装置庞大。微焦斑X光源与常规实验室X光管相比，价格较为昂贵，并且功率较低。此外，单毛细管透镜用于聚焦实验室光源时，对于透镜加工精度要求较高，拉制较为困难，成品率低。以上原因限制了单毛细管透镜在常规实验室微区X射线分析领域的应用。
为解决上述问题，本发明提出一种能够用于会聚常规实验室X光源获得小尺寸焦斑的单毛细管X光透镜。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够会聚常规实验室X光管，并获得小于10微米小焦斑的基于二次全反射的一种新型单毛细管X光透镜。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜，包括本体，所述本体包括从左向右同轴设置的截顶椭球部和截顶圆锥部，所述截顶椭球部远离截顶圆锥部的端面为入口端面，截顶椭球部的另一个端面为截顶圆锥部起始端面，所述截顶圆锥部的另一个端面为出口端面，所述入口端面、起始端面和出口端面的直径比为80～120:50～70:1，所述截顶椭球部的椭球度为0～1％，所述截顶圆锥部的锥度为80°～85°。
进一步地，所述截顶圆锥部的锥度为82.7°。
进一步地，所述入口端面、起始端面和出口端面的直径比为100:60:1。
进一步地，所述入口端面的直径为10～2000μm。
进一步地，所述出口端面的直径为4～50μm。
进一步地，所述透镜的入口焦距为250mm。
进一步地，所述透镜的轴向长度为249.5mm。
进一步地，所述截顶椭球部的轴向长度为100mm。
一种微区X射线分析装置，包括上述的二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜。
上述二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜的制备方法，由单根普通硅酸盐玻璃拉制而成。
进一步地，由单根普通硅酸盐玻璃一次拉制而成，先按照椭球形单毛细管X光透镜的方法拉制截顶椭球部，再按照锥管的方法拉制截顶圆锥部。
二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜的椭球形部分作为X射线的接收端，椭球形部分的出口端作为锥形部分的起始端，锥形部分的出口作为透镜的出口；椭球形部分与锥形部分共轴，锥形部分出口端位于椭球形部分后焦点之前，并选择合适的出口大小，否则锥形部分无法实现对X射线的二次全反射；二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜入口内径范围为100～2000微米，出口内径范围为4～50微米。X射线从二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜入口端进入到该聚束器件，通过椭球形部分和锥形部分毛细管壁的两次全发射作用，从透镜的锥形部分出口端出来，在上述的传输过程中，玻璃管壁改变了X射线的传播方向，从而实现了对X射线的会聚；不同型号的毛细管伽玛聚束系统的功率密度增益范围为10-103，长度范围为5～20厘米。
本发明的有益效果是：
1.射线经过本发明的聚焦透镜两次压缩，因此焦斑尺寸更小，光强增益更大；
2.焦斑大小受透镜缺陷影响较小，降低了对拉制工艺的要求，更容易拉制；
3.焦斑尺寸不受光源尺寸影响，能够适用于各种尺寸光源，例如:与大功率实验室旋转阳极靶结合，可以得到光强密度更大的X射线微焦斑。
基于本发明以上特点，二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜可以与微型X光源结合，制造成便携式X射线微区分析仪器，在未知矿物鉴定，生物样品现场检测等需要野外现场作业的领域具有潜在的应用。
附图说明
图1为本发明聚焦透镜的结构示意图；
图2为本发明微区X射线分析装置的示意图；
图中，1-本体，2-截顶椭球部，3-截顶圆锥部，4-入口端面，5-起始端面，6-出口端面，7-X光源，8-焦斑。
具体实施方式
下面结合实施例和附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜，包括本体1，所述本体1包括从左向右同轴设置的截顶椭球部2和截顶圆锥部3，所述截顶椭球部2远离截顶圆锥部3的端面为入口端面4，截顶椭球部2的另一个端面为截顶圆锥部3的起始端面5，所述截顶圆锥部3的另一个端面为出口端面6，所述入口端面4、起始端面5和出口端面6的直径比为80～120:50～70:1，所述截顶椭球部的椭球度为0～1％，所述截顶圆锥部的锥度为80°～85°。
优选地，所述截顶圆锥部的锥度为82.7°。
具体地，所述入口端面4、起始端面5和出口端面6的直径比为100:60:1。
具体地，所述入口端面4的直径为10～2000μm。
具体地，所述出口端面6的直径为4～50μm。
具体地，所述透镜的入口焦距为250mm。
具体地，所述透镜的轴向长度为249.5mm。
具体地，所述截顶椭球部的轴向长度为100mm。
如图2所示，一种微区X射线分析装置，包括上述的二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜。
具体地，出口端面应位于截顶椭球部2后焦点之前，并且出口端直径应具有合适的尺寸；X光源7置于截顶椭球部2的前焦点处，由X光源7发出的散射X射线先经由本体1的截顶椭球部2进行第一次全反射；受X光源尺寸或透镜缺陷影响，第一次全反射X射线无法按照完美路径会聚至焦点，发散的一次反射射线可由截顶圆锥部3进行第二次全反射，进一步会聚得到具有高功率密度的焦斑8。
上述二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜的制备方法，由单根普通硅酸盐玻璃拉制而成，先按照椭球形单毛细管X光透镜的方法拉制截顶椭球部，再按照锥管的方法拉制截顶圆锥部。
在一个优选实施例中，二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜的截顶椭球部2作为X射线的接收端，截顶椭球部2的出口端作为截顶圆锥部3的起始端，截顶圆锥部3的出口作为透镜的出口；截顶椭球部2与截顶圆锥部3共轴，截顶圆锥部3出口端位于椭球形部分后焦点之前，并选择合适的出口大小，否则截顶圆锥部3无法实现对X射线的二次全反射；二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜入口内径范围为100～2000微米，出口内径范围为4～50微米；X射线从二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜入口端面4进入到该聚束器件，通过截顶椭球部2与截顶圆锥部3的两次全发射作用，从透镜的截顶圆锥部3的出口端面出来，在上述的传输过程中，玻璃管壁改变了X射线的传播方向，从而实现了对X射线的会聚；不同型号的毛细管伽玛聚束系统的功率密度增益范围为10-103，长度范围为5～20厘米。
在一个优选实施例中，二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜入口端面、起始端面和出口端面的直径分别为1000、600和10微米，长度为249.5毫米，入口焦距为250毫米，当X光源焦斑大小为200微米时，透镜的焦斑大小约为6微米，功率密度增益约为1400。
在一个优选实施例中，二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜入口端面、起始端面和出口端面的直径分别为500、300和8微米，长度为199.5毫米，入口焦距为200毫米，当X光源焦斑大小为100微米时，透镜的焦斑大小约为4微米，功率密度增益约为1500。
在一个优选实施例中，二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜入口端面、起始端面和出口端面的直径分别为800、480和8微米，长度为199.5毫米，入口焦距为200毫米，当X光源焦斑大小为100微米时，透镜的焦斑大小约为5微米，功率密度增益约为1450。
在上述实施例中，所述“约”表示误差在±5％以内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜，其特征在于，包括本体，所述本体包括从左向右同轴设置的截顶椭球部和截顶圆锥部，所述截顶椭球部远离截顶圆锥部的端面为入口端面，截顶椭球部的另一个端面为截顶圆锥部起始端面，所述截顶圆锥部的另一个端面为出口端面，截顶椭球部与截顶圆锥部共轴，截顶圆锥部出口端位于椭球形部分后焦点之前,所述入口端面、起始端面和出口端面的直径比为80～120:50～70:1，所述截顶椭球部的椭球度为0～1％，所述截顶圆锥部的锥度为80°～85°。
2.根据权利要求1所述的一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜，其特征在于，所述入口端面、起始端面和出口端面的直径比为100:60:1。
3.根据权利要求1所述的一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜，其特征在于，所述透镜的入口焦距为250mm。
4.根据权利要求1所述的一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜，其特征在于，所述透镜的轴向长度为249.5mm。
5.根据权利要求4所述的一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜，其特征在于，所述截顶椭球部的轴向长度为100mm。
6.一种微区X射线分析装置，其特征在于，包括权利要求1～5任意一项所述的二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜。
7.一种如权利要求1～5任意一项所述二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜的制备方法，其特征在于，由单根普通硅酸盐玻璃拉制而成。
8.根据权利要求7所述一种二次全反射单毛细管X射线聚焦透镜的制备方法，其特征在于，由单根普通硅酸盐玻璃一次拉制而成，先按照椭球形单毛细管X光透镜的方法拉制截顶椭球部，再按照锥管的方法拉制截顶圆锥部。
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