CN115420764A - 基于长方形x射线光束的二维掠入射x射线散射测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，涉及X射线相关技术领域；包括安全防护壳体，所述安全防护壳体内依次设置有X射线源、长方形光阑、样品台和二维X射线探测器；所述X射线源、样品台和二维X射线探测器分别与控制系统连接；所述样品台上用于放置薄膜样品。本发明能够提供长方形光束的掠入射X射线散射测试，从而可以加大照射面积，提高光通量，进而提升测试效果与测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及X射线相关技术领域，特别是涉及基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置。
背景技术
X射线散射是一种常用的表征手段，被广泛用于科学研究、检验检测以及企业对产品的质量控制等方面。X射线散射可以分为广角X射线衍射和小角X射线散射，前者是利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构、织构及应力，精确的进行物相分析、定性分析、定量分析的测试技术；后者是利用散射原理，分析物质中的纳米粒子或孔洞、聚集体、片晶等的尺寸的测试技术。
掠入射X射线散射因其可以避免或减少基底信号的影响，能够获得薄膜的三维结构信息等优点而被应用于薄膜样品的测试。二维掠入射X射线散射一般使用具有各个方向准直度的点光源进行测试。最早实验室采用的是用多个针孔狭缝进行卡光用于获得具有准直度的点状光束。这种情况下只有符合准直度要求的X射线可以通过，其它的都被遮挡并吸收。而实验室X射线源使用高速电子轰击金属靶产生X射线，发出的都是发散的X射线光束，因此这种方法获得的X射线光束强度非常低。后来出现了多层膜反射镜和多毛细管技术，可以将发散的X射线光束汇聚成点状光束，其强度可以达到108ph/s以上。但是这个强度下对于一些样品，如纳米级有机半导体薄膜等依然偏低，很难甚至不能获得较好的二维掠入射X射线散射图。
实际上掠入射模式下，沿着X射线前进方向的投影很长，因此点状光束在样品上的投影为一个细长的光斑，其照射面积主要受水平方向的光束宽度影响。故此如果将点状光束换成长方形光束，可以加大照射面积，提高光通量，进而提升测试效果与测试效率。但是目前商业化仪器中二维掠入射X射线散射是二维X射线衍射仪或二维小角X射线散射仪的一个附件，因为透射模式二维X射线衍射或二维小角X射线散射需要使用各个方向准直度一致的点光源，因此尚无可以提供长方形光束的掠入射X射线散射测试装置，亟待开发一种新的测试装置。
发明内容
本发明的目的是提供基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够提供长方形光束的掠入射X射线散射测试，从而可以加大照射面积，提高光通量，进而提升测试效果与测试效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，包括安全防护壳体，所述安全防护壳体内依次设置有X射线源、长方形光阑、样品台和二维X射线探测器；所述X射线源、样品台和二维X射线探测器分别与控制系统连接；所述样品台上用于放置薄膜样品。
可选的，所述X射线源为多毛细管微焦点X射线源；所述样品台为多轴样品台。
可选的，所述多毛细管微焦点X射线源包括微焦点光源和多毛细管；所述多毛细管能够将微焦点光源产生的发散X射线光束汇聚成具有准直度的圆形光束。
可选的，所述微焦点光源具有微米级光斑，靶材为Cu、Mo、Ag、Cr、Rh或W。
可选的，所述长方形光阑能够将所述圆形光束变成具有准直度的长方形X射线光束。
可选的，所述多轴样品台为Omega/Z两轴样品台、Omega/Chi/Z三轴样品台、Omega/Chi/Z/Phi或Phi/Omega/Chi/Z四轴样品台。
可选的，所述二维X射线探测器为二维半导体阵列探测器、二维CCD探测器、二维气体位敏探测器或二维IP板探测器。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，能够获得长方形光束用于掠入射X射线衍射测试。与现有实验室常用的圆形光束相比，在掠入射X射线散射测试过程中可以获得更大的照射面积和光通量，进而大大提高测试信噪比及效率；控制系统于控制多毛细管微焦点X射线源、多轴样品台和二维X射线探测器协同工作，进行薄膜样品的位置校准与掠入射X射线衍射测试；安全防护壳体用于容纳多毛细管微焦点X射线源、长方形光阑、多轴样品台和二维X射线探测器，防止测试时X射线外泄。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置结构示意图；
附图标记说明：1-多毛细管微焦点X射线源、2-长方形光阑、3-多轴样品台、4-二维X射线探测器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够提供长方形光束的掠入射X射线散射测试，从而可以加大照射面积，提高光通量，进而提升测试效果与测试效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，如图1所示，包括依次设置于安全防护壳体内的多毛细管微焦点X射线源1、长方形光阑2、多轴样品台3、二维X射线探测器4。多毛细管微焦点X射线源1、多轴样品台3和二维X射线探测器4分别与控制系统连接，控制系统于控制多毛细管微焦点X射线源1、多轴样品台3和二维X射线探测器4协同工作，进行样品的位置校准与掠入射X射线衍射测试。安全防护壳体用于容纳多毛细管微焦点X射线源1、长方形光阑2、多轴样品台3和二维X射线探测器4，防止测试时X射线外泄。
多毛细管微焦点X射线源1包括微焦点光源和多毛细管。微焦点光源具有微米级光斑，靶材可以是Cu、Mo、Ag、Cr、Rh、W。多毛细管可以将微焦点光源产生的发散X射线光束汇聚成具有一定准直度的圆形光束。长方形光阑2可以将多毛细管微焦点X射线源所产生的具有一定准直度的圆形光束变成具有一定准直度的长方形X射线光束。准直度在0.1～10mrad范围，尺寸在宽0.1～5mm、高度0.1～2mm范围。
多轴样品台3可以是Omega/Z两轴样品台、Omega/Chi/Z三轴样品台、Omega/Chi/Z/Phi或Phi/Omega/Chi/Z四轴样品台，从而用于放置薄膜样品。
二维X射线探测器4可以是二维半导体阵列探测器，也可以是二维CCD探测器，也可以是二维气体位敏探测器，也可以是二维IP板探测器。
本发明工作时，将薄膜样品放置于多轴样品台3上，打开多毛细管微焦点X射线源1，将其产生的圆形光束通过长方形光阑2变成具有准直度的长方形X射线光束，将长方形X射线光束掠入射薄膜样品，通过控制系统控制多毛细管微焦点X射线源1、多轴样品台3和二维X射线探测器4协同工作，进行薄膜样品的位置校准与掠入射X射线衍射测试。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，其特征在于：包括安全防护壳体，所述安全防护壳体内依次设置有X射线源、长方形光阑、样品台和二维X射线探测器；所述X射线源、样品台和二维X射线探测器分别与控制系统连接；所述样品台上用于放置薄膜样品。
2.根据权利要求1所述的基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，其特征在于：所述X射线源为多毛细管微焦点X射线源；所述样品台为多轴样品台。
3.根据权利要求2所述的基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，其特征在于：所述多毛细管微焦点X射线源包括微焦点光源和多毛细管；所述多毛细管能够将微焦点光源产生的发散X射线光束汇聚成具有准直度的圆形光束。
4.根据权利要求3所述的基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，其特征在于：所述微焦点光源具有微米级光斑，靶材为Cu、Mo、Ag、Cr、Rh或W。
5.根据权利要求3所述的基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，其特征在于：所述长方形光阑能够将所述圆形光束变成具有准直度的长方形X射线光束。
6.根据权利要求2所述的基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，其特征在于：所述多轴样品台为Omega/Z两轴样品台、Omega/Chi/Z三轴样品台、Omega/Chi/Z/Phi或Phi/Omega/Chi/Z四轴样品台。
7.根据权利要求1所述的基于长方形X射线光束的二维掠入射X射线散射测试装置，其特征在于：所述二维X射线探测器为二维半导体阵列探测器、二维CCD探测器、二维气体位敏探测器或二维IP板探测器。
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