CN110727019B - 一种硬x射线复合折射谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬X射线复合折射谱仪，由沿X射线传输方向依次布设的硬X射线屏蔽块、复合折射透镜和硬X射线探测器组成；所述硬X射线屏蔽块的下底面与复合折射透镜的下底面齐平、且硬X射线屏蔽块的厚度为复合折射透镜的厚度的
Figure DDA0002253248190000011
所述硬X射线屏蔽块与复合折射透镜贴合连接；所述硬X射线探测器设置在复合折射透镜的后端、且能采集到经复合折射透镜折射的X射线；所述复合折射透镜内沿X射线传输方向设置有数个气泡。通过上述方案，本发明利用复合折射透镜的折射色散的方法实现对硬X射线能谱的测量，具有体积小、操作简单的优势，本发明填补了基于复合折射的方法实现硬X射线能谱的测量的技术空白。

Description

一种硬X射线复合折射谱仪
技术领域
本发明涉及X射线光学技术领域，尤其是一种硬X射线复合折射谱仪。
背景技术
众所周知，X射线光子能量很高、具有极强的穿透性；通常使用光栅、晶体等元件测量其能谱。其中，光栅主要适用于光子能量在几个keV以下的较软的X射线能谱测量；晶体受限于材料晶格常数的限制，目前，只能实现光子能量在100keV以下的X射线能谱测量，测谱范围窄，且衍射效率很低；
因此，急需提出一种结构简单、覆盖能段较宽的硬X射线复合折射谱仪。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种硬X射线复合折射谱仪，传统的复合折射透镜主要用于单色X射线的聚焦，本发明主要创新点在于利用复合折射透镜的折射色散的方法实现对硬X射线能谱的测量，具有体积小、操作简单的优势，本发明填补了基于复合折射的方法实现硬X射线能谱的测量的技术空白。
本发明采用的技术方案如下：
一种硬X射线复合折射谱仪，由沿X射线传输方向依次布设的硬X射线屏蔽块、复合折射透镜和硬X射线探测器组成；所述硬X射线屏蔽块的下底面与复合折射透镜的下底面齐平、且硬X射线屏蔽块的厚度为复合折射透镜的厚度的
Figure BDA0002253248170000011
所述硬X射线屏蔽块与复合折射透镜贴合连接；所述硬X射线探测器设置在复合折射透镜的后端、且能采集到经复合折射透镜折射的X射线；
所述复合折射透镜内沿X射线传输方向设置有数个气泡；
所述复合折射透镜的焦距f的表达式为：
f＝R/(2Nδ)
其中，δ＝CE-2折射系数，E为X射线光子能量，C是拟合常数。
优选地，所述任一气泡为开口相背的两个半球；所述两个半球的切剖面分别与复合折射透镜的前端面、后端面一一对应重合。
优选地，所述任一半球的曲率半径为100um～6mm；所述复合折射透镜的厚度大于半球的曲率半径，复合折射透镜的厚度小于
Figure BDA0002253248170000021
球的曲率半径。
优选地，所述气泡的数量为100个。
优选地，所述硬X射线屏蔽块采用铅橡胶、铅玻璃、含铅有机玻璃、半流体符合物其中之一。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明巧妙地在复合折射透镜内设置数个气泡，任一气泡由开口相背的两个半球组成，以提高X射线的折射效果。
(2)本发明中的硬X射线屏蔽块与复合折射透镜贴合连接，并且遮挡复合折射透镜的部分区域，以排除复合折射透镜下半部分的入射X射线透射后对探测结果有干扰，保证探测的准确性；本发明巧妙地采用一小部分复合折射透镜，并利用折射效果能够同时实现对不同能量的硬X射线的色散和聚焦，实现硬X射线谱仪的功能；
综上所述，本发明提高了硬X射线的透射率，同时简化产品结构；相比光栅、晶体等谱仪能明显提高硬X射线能谱的测量效率；在X射线光学技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的结构示意图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-硬X射线屏蔽块，2-复合折射透镜，3-硬X射线探测器。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种硬X射线复合折射谱仪。首先，需要说明的是，本实施例中所述“下底面”、“前端面”、“后端面”、“后端”等方位性用语是基于附图来说明的。另外，本实施例并未对各部件的材料本身进行改进，在此就不予赘述。
其中，硬X射线复合折射谱仪由沿X射线传输方向依次布设的硬X射线屏蔽块1、复合折射透镜2和硬X射线探测器3组成；所述硬X射线屏蔽块1的下底面与复合折射透镜2的下底面齐平、且硬X射线屏蔽块1的厚度为复合折射透镜2的厚度的
Figure BDA0002253248170000031
所述硬X射线屏蔽块1与复合折射透镜2贴合连接；所述硬X射线探测器3设置在复合折射透镜2的后端、且能采集到经复合折射透镜2折射的X射线；本实施例的硬X射线屏蔽块1采用铅橡胶、铅玻璃、含铅有机玻璃、半流体符合物其中之一。
本实施例中的复合折射透镜2的焦距f的表达式为：
f＝R/(2Nδ)
其中，δ＝CE-2折射系数，E为X射线光子能量，C是拟合常数。
另外，在复合折射透镜2内沿X射线传输方向设置有100个气泡；任一气泡为开口相背的两个半球；所述两个半球的切剖面分别与复合折射透镜2的前端面、后端面一一对应重合(即两个半球的开口相背布设，且两个半球的曲面相对)。其中，任一半球的曲率半径为250um；所述复合折射透镜2的厚度大于半球的曲率半径，复合折射透镜2的厚度小于
Figure BDA0002253248170000041
球的曲率半径。
在本实施例中，采用光子能量为E1＝10keV、E2＝20keV、E3＝30keV的X射线举例说明，其对应的X射线折射率δ分别为：4.5725e-6、1.1412e-6、5.0699e-7,入射平行光经复合折射透镜2折射后，根据公式f＝R/(2Nδ)，光子能量E1＝10keV、E2＝20keV、E3＝30keV的X射线焦距分别为273.4mm,1095.3mm,2465.5mm,使用探测面与复合折射透镜2光轴重合的硬X射线探测器3可以记录这三个能点的硬X射线能谱，对于探测阵面较小的探测器，可以使用多块拼接的方式同时测量；或采用平移的方式分别进行测量。
综上所述，本发明利用复合折射透镜的聚焦色差进行光谱测量，硬X射线探测器平放在光轴上，记录硬X射线能谱。本发明可在激光等离子体、天文观测等领域或其他硬X射线能谱分析中以较高分辨率方式工作，覆盖能段宽，结构简单，易于推广应用。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种硬X射线复合折射谱仪，其特征在于，由沿X射线传输方向依次布设的硬X射线屏蔽块(1)、复合折射透镜(2)和硬X射线探测器(3)组成；所述硬X射线屏蔽块(1)的下底面与复合折射透镜(2)的下底面齐平、且硬X射线屏蔽块(1)的厚度为复合折射透镜(2)的厚度的
Figure DEST_PATH_FDA0003498290160000011
；所述硬X射线屏蔽块(1)与复合折射透镜(2)贴合连接；所述硬X射线探测器(3)设置在复合折射透镜(2)的后端、且能采集到经复合折射透镜(2)折射的X射线；
所述复合折射透镜(2)内沿X射线传输方向设置有数个气泡；
所述复合折射透镜(2)的焦距的表达式为：
f＝R/(2Nδ)
其中，δ＝CE-2为折射系数，E为X射线光子能量，C是拟合常数；
所述任一气泡为开口相背的两个半球；所述两个半球的切剖面分别与复合折射透镜(2)的前端面、后端面一一对应重合；所述任一半球的曲率半径为100um～6mm；所述复合折射透镜(2)的厚度大于半球的曲率半径，复合折射透镜(2)的厚度小于球的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的一种硬X射线复合折射谱仪，其特征在于，所述气泡的数量为100个。
3.根据权利要求1所述的一种硬X射线复合折射谱仪，其特征在于，所述硬X射线屏蔽块(1)采用铅橡胶、铅玻璃、含铅有机玻璃、半流体符合物其中之一。
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