CZ20013642A3

CZ20013642A3 - Systém čoček pro rentgenové záření

Info

Publication number: CZ20013642A3
Application number: CZ20013642A
Authority: CZ
Inventors: Boris Verman; Licai Jiang; Kim Bonglea; Karsten Dan Joensen
Original assignee: Osmic, Inc.
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2002-10-16
Also published as: US20030128811A1; ATE315271T1; DE60025341T2; CA2366801A1; DE60025341D1; AU4076600A; US20020044626A1; EP1169713A2; WO2000062306A2; EP1169713B1; US6389100B1; JP2002541496A; WO2000062306A3

Description

► Vynález se týká systému pro zaostřování rentgenového záření. Zejména se vynález týká stavebnicového systému čoček, uspořádaných pro zaostřování rentgenového záření s vysokou energií.

Dosavadní stav techniky

Existují různé postupy a různá uplatnění, u kterých je možno s výhodou využívat zaostřených rentgenových paprsků. Následující známý stav techniky a příslušný popis se týká takových uplatnění předmětu tohoto vynálezu, které jsou ve skutečnosti pouze příkladná, přičemž nemohou žádným způsobem omezovat rozsah vynálezu nebo jeho využití. Kromě toho následující popis, pokud popisuje systém čoček pro rentgenové záření, určený pro lékařské využití a pro využití při ' krystalové difrakci, tak je příslušně určen k tomu, aby odborník z dané oblasti techniky mohl uskutečňovat a využívat předmět tohoto vynálezu v celé řadě různých uplatnění rentgenového záření, a to včetně strukturální analýzy rentgenových paprsků a spektroskopie rentgenových paprsků.

V současné době je v lékařské praxi například při radioterapii využíváno kolimovaných rentgenových paprsků pro ničení zhoubných tkání. Radioterapie je jedním z hlavních postupů, a někdy pouze jediným způsobem, jak ošetřovat a léčit některé typy rakoviny, jako jsou například mozkové nádory. Lineární akcelerační systémy, generujíc! rentgenové paprsky, byly všeobecně využívány v radioterapii při ničení takových zhoubných nádorů. Lineární akcelerační systémy, využívané v radioterapii, obecně využívají vícelistového kolimátoru pro vytváření tvarovaného svazku rentgenových paprsků. Intenzita tvarovaného svazku rentgenových paprsků má hustotu toku stejnorodou v celém rozsahu.

Energetické rozmezí rentgenových paprsků, generovaných takovým systémem, obvykle zasahuje do rozmezí MeV, aby bylo účinné. Za účelem zničení nádoru musí být lineární akcelerační systém neustále zaměřen na cílovou zhoubnou tkáň a otáčet se kolem ní. Vysoká energie v řádu MeV u lineárních akceleračních systémů a jejich kolimovaných paprsků způsobuje, že velké množství zdravé tkáně, obklopující nádor, je vystaveno působení potenciálně škodlivých koncentrací rentgenových paprsků v rozmezí MeV.

Zaostřený svazek rentgenových paprsků podle tohoto vynálezu poskytuje ohniskovou plochu o vysoké jasnosti a o nižší energii rentgenových paprsků, které jsou používány pro ošetřování cílové tkáně přesně regulovaným a řízeným způsobem, stejně jako pro ošetřování cílové tkáně v ramenném stadiu. Rentgenové paprsky o nižší energii mají rychlejší pokles za cílovou tkání, v důsledku čehož dochází k menšímu poškození tkáně u některých citlivých orgánů, které mohou být vystaveny působení rentgenového záření.

Systém, využívající zaostřovacích vlastností rentgenového záření podle tohoto vynálezu, může dosahovat stejných výsledků s daleko menším poškozením okolních tkání a při využívané energii v rozmezí 40 KeV až 100 KeV.

Využívání předmětného zaostřovacího systému má následující výhody:

snížené vystavení zdravých tělesných tkání působení rentgenového záření, a tím i jejich menší poškození;

rentgenové paprsky v rozmezí KeV mohou být zaostřeny přímo na zhoubný nádor, přičemž intenzita záření v okolí ohniskového bodu neboli ošetřované oblasti se snižuje, v důsledku čehož nedochází k poškození citlivých orgánů v blízkosti cílové tkáně;

energie rentgenového záření může být nastavena nad absorpční hranu určitých materiálů, jako jsou léčiva, která jsou používána na léčení nádoru;

ošetřování velmi malých nádorů může být prováděno velmi přesným způsobem; a předmět tohoto vynálezu vykazuje celkově nižší náklady v porovnání s dosud známými lineárními akceleračními systémy.

Výhodné vlastnosti předmětu tohoto vynálezu při zaostřování rentgenových paprsků mohou být rovněž využívány při studiu krystalových struktur. Obvyklým způsobem studia krystalových struktur je rentgenová difrakce. Tento postup je založen na ozáření vzorku krystalu svazkem rentgenových paprsků. Část svazku rentgenových paprsků není schopna ···· · · · · ··· · ···· · ···· ·· · · ·· procházet přímo vzorkem krystalu, neboť se některé paprsky ohýbají nebo lámou a vycházejí ze vzorku pod různými úhly.

Dopadající rentgenové paprsky procházejí podél prostor mezi atomy krystalu, nebo jsou těmito atomy ohýbány. Je využíváno snímače, který snímá difrakční vzor rentgenových paprsků při jejích výstupu ze vzorku krystalu. Tento difrakční vzor odpovídá strukturálnímu uspořádání atomů v krystalu. Takovýto systém je znám jako difraktometr rentgenových paprsků. Zaostřovací vlastnosti předmětu tohoto vynálezu mohou zlepšit koncentraci toku na vzorku krystalu, což vede ke zlepšení difrakčních vzorů.

Pro zaostřování a/nebo odrážení rentgenových paprsků je možno využívat celou řadu různých zařízení, jako jsou zrcadla pro úplný odraz, ohnuté jediné krystaly, stupňovaná vícevrstvá ústrojí a mozaikové krystaly. Hlavním účelem těchto ústrojí je koncentrovat tok rentgenových paprsků, vytvářených generátorem rentgenového záření, a zaměřovat tento tok do požadované oblasti.

Existují tři hlavní faktory, které určují sílu toku odrazového a zaostřovacího ústrojí, a to:

úhel odrazu, odrazivost, a šířka kyvné křivky.

Úhlem odrazu je úhel, pod kterým se rentgenové paprsky odrážejí od povrchu odrazné plochy.

Odrazivost je množství energie, navracející se od plochy po dopadu rentgenových paprsků na tuto plochu.

Šířka kyvné křivky je schopnost shromažďovat a odrážet energii v určitém dopadovém rozmezí.

Zrcadlo pro úplný odraz má nejmenší úhel odrazu ze všech shora uvedených ústrojí, čehož důsledkem je nejmenší úhel zachycení a dále i malý výkon, přestože se odrazivost blíží 100 %. Zrcadlo pro úplný odraz bude rovněž odrážet požadované a nežádoucí vlnové délky rentgenových paprsků. Při lékařském uplatnění mohou tyto nežádoucí vlnové délky rentgenového záření potenciálně způsobovat poškození kůže u pacienta, který podstupuje ošetření.

Ohnuté jediné krystaly mají velký úhel odrazu a vysokou odrazivost, přičemž však mají velmi úzké propustné pásmo, v důsledku čehož je omezen koncentrovaný tok na malou velikost.

Vícevrstvé reflektory rentgenových paprsků mají velkou šířku kyvné křivky a vysokou odrazivost. Úhel odrazu je rovněž větší, než u zrcadla pro celkový odraz. Pokud je použito menší vzdálenosti vrstvy d pro dosažení větších úhlů odrazu, dochází k poklesu odrazivosti a šířky kyvné křivky. Pro rentgenové záření s vysokou energií, jako je například rozmezí násobků 10 KeV, pak účinnost při zaostřování rentgenových paprsků u vícevrstvého reflektoru není uspokoj ivá.

Mozaikové krystaly sestávají z většího počtu drobných nezávislých krystalových úseků, které jsou vzájemně téměř rovnoběžné, avšak ne zcela rovnoběžné. Mozaikové krystaly, jako například grafitový krystal, mají vysokou odrazivost, velký úhel odrazu, a v důsledku toho i velký úhel zachycení. Mozaikové krystaly rovněž mají velkou šířku kyvné křivky v důsledku jejich mozaikové struktury. Všechny tyto faktory činí z mozaikového krystalu velmi přitažlivou volbu pro odrážení a zaměřování rentgenových paprsků s vysokou energií. Zaostřovací čočky podle tohoto vynálezu sestávají z mozaikových krystalů, jako je například grafitový krystal.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je stavebnicová soustava čoček, používaná pro zaostřování rentgenových paprsků. Čočky jsou provozovány s využitím principů Braggova odrazu nebo Laueovy difrakce. Ideální krystalové plochy a krystalové roviny u těchto čoček vyhovují Johanssonovu schématu. V praxi může být využíváno válcovitých, kuželovitých nebo dokonce mnohoúhelníkovitých ploch pro přiblížení se zaostřovacímu schématu.

Čočky, využívající Braggovy difrakce, poskytují svazek paprsků s úzkým frekvenčním pásmem, tj. v podstatě monochromatické rentgenové paprsky, zatímco čočky, využívající Laueovy difrakce poskytují rentgenové paprsky s řízenou šířkou frekvenčního pásma.

Celá řada čoček může být provedena tak, aby měly stejnou vzdálenost od zdroje k ohniskovému bodu. Každá z čoček má odlišné vzdálenosti zdroje od čočky a čočky od ohniska, a to ·

· · · · · f *· « « ♦ « *

k · *> * ♦ · v závislosti na požadavcích na velikost ohniskové plochy, na pracovní vzdálenost, tj . vzdálenost od předního konce čočky k ohniskovému bodu, a na tok, přičemž je možno využívat různých čoček nebo kombinací několika čoček. Tím je vytvářeno jednoduché a velmi flexibilní schéma pro měnění intenzity, velikosti ohniskové plochy a pracovní vzdálenosti.

Čočky, využívající Braggova odrazu, využívají mozaikový grafitový krystal na vnitřních plochách, provedený ve válcovitém uspořádání. Tyto čočky jsou vytvořeny ohýbáním grafitových vrstev nebo alternativně přímým nanášením grafitu na pouzdro čočky. Grafit byl zvolen jako výhodný mozaikový krystal u Braggových čoček v důsledku svých vynikajících odrazových vlastností.

Laueovy čočky, využívající Laueovo přenosové schéma, obdobně sestávajíc z mozaikového grafitového krystalu, avšak rentgenové paprsky procházejí krystalem a lámou se v tomto krystalu spíše, než aby docházelo k jejich odrazu pouze od dopadové plochy mozaikového grafitového krystalu.

U celé řady uplatnění je nutno používat různé velikosti ohniskových ploch a různé intenzity pro měnění požadavků na hustotu toku. Tyto požadavky mohou být splněny prostřednictvím využívání doplňkových Braggových reflexních čoček pro rentgenové paprsky s vnitřním kulovým, válcovým, kuželovým, parabolickým, elipsoidním nebo jiným kónickým typem uspořádání, přičemž však nejsou omezeny pouze na tato uspořádání.

Tyto doplňkové čočky pro rentgenové záření mohou být využívány pro shromažďování rentgenových paprsků a pro jejich r ·4^β • Λ »« »»< 4 zaostřování při různých ohniskových délkách, přičemž mohou vytvářet měnící se ohniskové plochy a různé intenzity. Tím je vytvářeno jednoduché, avšak stále ještě flexibilní schéma pro měnění intenzity, ohniskové délky a ohniskové plochy u rentgenových paprsků.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl tedy vyvinut rentgenový systém pro zaměřování rentgenových paprsků, který obsahuje čočkový systém pro zaměřování uvedených rentgenových paprsků, přičemž uvedený čočkový systém obsahuje alespoň jeden čočkový prvek, mající pouzdro s obecně uzavřeným vnitřkem, přičemž uvedený vnitřek uvedeného pouzdra je potažen Braggovou rentgenovou difrakční a reflexní vrstvou, obsahující mozaikové krystaly.

Uvedenými mozaikovými krystaly jsou grafitové krystaly.

Uvedená Braggova rentgenová difrakční a reflexní vrstva má zakřivený podélný průřez, přičemž uvedené mozaikové krystaly mají zakřivenou krystalovou rovinu s odlišným poloměrem, než je poloměr uvedeného zakřiveného průřezu.

Uvedený vnitřek uvedeného čočkového prvku má zakřivený podélný průřez.

Uvedená Braggova rentgenová difrakční a reflexní vrstva láme a propouští uvedené rentgenové paprsky.

Uvedený vnitřek uvedeného čočkového prvku má s výhodou kruhový příčný průřez.

• · · · · · • · · · ·· ·· ··

Uvedený vnitřek uvedeného čočkového prvku má s výhodou kuželovitý podélný průřez.

Uvedený vnitřek uvedeného čočkového prvku má s výhodou pravoúhlý podélný průřez.

Uvedený čočkový systém obsahuje množinu čočkových prvků, spojených podél jejich osy souměrnosti.

Uvedená množina čočkových prvků obecně vytváří reflexní povrchovou plochu Johanssonova krystalu.

Uvedený čočkový systém obsahuje množinu čočkových prvků, spojených souose.

Rentgenový systém podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje prstencovité zařízení s filtračním médiem, připojeným ke středu uvedeného prstencovitého zařízení, přičemž uvedené prstencovité zařízení pohlcuje část uvedených rentgenových paprsků, které nedopadají na uvedený čočkový systém, a které nespadají do ohniskové oblasti uvedeného čočkového systému, přičemž uvedené filtrační médium filtruje část uvedených rentgenových paprsků, které jsou zaměřeny do uvedené ohniskové oblasti.

Uvedený čočkový systém zaostřuje uvedené rentgenové paprsky do ohniskového bodu.

Rentgenový systém podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje zahrazovač rentgenových paprsků, který blokuje uvedené rentgenové paprsky, které nejsou zaměřeny do ohniskové oblasti.

Uvedený zahrazovač rentgenových paprsků blokuje neodražené rentgenové paprsky, které nejsou propouštěny uvedeným čočkovým systémem.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut rentgenový systém pro zaostřování rentgenových paprsků, který obsahuje stavebnicový čočkový systém, mající množinu čoček, které shromažďují uvedené rentgenové paprsky a zaostřují uvedené rentgenové paprsky do ohniskového bodu, přičemž každá z uvedené množiny čoček obsahuje pouzdro, opatřené Braggovou rentgenovou difrakční a reflexní vrstvou, přičemž vlastnosti uvedeného stavebnicového čočkového systému při zaostřování rentgenových paprsků se mohou měnit prostřednictvím vyjímání a přidávání uvedených čoček nebo měnění vlastností uvedených čoček.

Uvedené vlastnosti při zaostřování rentgenových paprsků mohou být zvoleny ze skupiny , obsahující:

propustné pásmo spektra rentgenových paprsků, pracovní vzdálenost, síla toku, velikost ohniskové oblasti, a • · _w 11 — ohnisková délka.

Uvedená Braggova rentgenová difrakční a reflexní vrstva je s výhodou tvořena mozaikovým krystalem.

Uvedená Braggova rentgenová difrakční a reflexní vrstva je s výhodou tvořena grafitem.

Každá z uvedené množiny čoček má vnitřní povrchovou plochu, která má s výhodou zakřivený podélný průřez.

Každá z uvedené množiny čoček má vnitřní povrchovou plochu, která má s výhodou kruhový příčný průřez.

Každá z uvedené množiny čoček má vnitřní povrchovou plochu, která má s výhodou kuželovitý podélný průřez.

Každá z uvedené množiny čoček má vnitřní povrchovou plochu, která má s výhodou pravoúhlý podélný průřez.

Uvedená množina čočkových prvků je spojena souose.

Uvedená množina čočkových prvků je spojena podél osy, spojující zdroj rentgenových paprsků s ohniskem.

Uvedená množina čočkových prvků má vnitřní povrchové plochy, které obecně vytvářejí odrazovou povrchovou plochu Johanssonova krystalu.

Uvedený čočkový prvek má prstencovité uspořádání.

• · · · • · • · · ·

Uvedený čočkový prvek je zkonstruován z množiny soustředných prstenců mozaikového krystalu, vytvářejících množinu difrakčních vrstev.

Rentgenový systém podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje filtr rentgenových paprsků.

V souladu s ještě dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut způsob vytváření rentgenové čočky z krystalu, kterýžto způsob obsahuje následující kroky:

namontování krystalové desky na kuželovitý prstenec, vyvíjení lineární síly, která pohání kuželovitou tyč, a přitlačování uvedené kuželovité tyče na povrchovou plochu uvedené krystalové desky pro tvarování uvedené krystalové desky do kuželovitého tvaru.

Uvedený čočkový systém obsahuje s výhodou množinu čoček.

Každá z uvedené množiny čoček má pouzdro, jehož vnitřní povrchová plocha je potažena grafitem.

Rentgenový systém podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje filtr rentgenových paprsků v blízkosti uvedené množiny čoček.

Uvedená vnitřní povrchová plocha uvedené množiny čoček je v kombinaci vytvořena pro poskytnutí vnitřní obecně kulové povrchové plochy pro uvedený rentgenový čočkový systém.

Rentgenový systém podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje maskovací prostředky pro pohlcování rentgenových paprsků mimo osu uvedeného čočkového systému, a filtrační prostředky pro filtrování rentgenových paprsků v podstatě souosých s uvedeným čočkovým systémem.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický pohled na rentgenový systém, využívající čočkovou soustavu podle tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje schematický pohled na jednoduchý

Braggův reflektor;

obr. 3 znázorňuje schematický pohled na oblasti krystalu u mozaikového uhlíku, odrážející rentgenové paprsky;

obr. 4 znázorňuje schematický pohled na Laueovu difrakci rentgenových paprsků u čočky pro rentgenové paprsky;

obr. 5 znázorňuje schematický pohled na princip činnosti ohnutého Johanssonova krystalu;

obr. 6 znázorňuje pohled v podélném řezu na hlavní čočku podle tohoto vynálezu, zaostřující rentgenové paprsky a mající zakřivenou odraznou plochu vzhledem k dopadajícím rentgenovým paprskům;

obr. 7 znázorňuje pohled v podélném řezu na hlavní čočku podle tohoto vynálezu, zaostřující rentgenové paprsky a mající rovinnou odraznou plochu vzhledem k dopadajícím rentgenovým paprskům;

obr. 8 znázorňuje pohled v podélném řezu na vícenásobnou soustavu čoček pro rentgenové paprsky podle tohoto vynálezu, mající zakřivené plochy vzhledem k dopadajícím rentgenovým paprskům;

obr. 9 znázorňuje pohled v podélném řezu na vícenásobnou soustavu čoček pro rentgenové paprsky podle tohoto vynálezu, mající rovinné a skloněné plochy vzhledem k dopadajícím rentgenovým paprskům;

obr. 10 znázorňuje schematický rentgenové paprsky podle tohoto principu Laueovy difrakce rentgenových pohled na vynálezu, paprsků;

čočku pro využíváj icí obr. 11 znázorňuje perspektivní pohled na čočku pro rentgenové paprsky podle tohoto vynálezu, sestávající z vícenásobných soustředných vrstev mozaikového grafitového krystalu;

obr. 12 znázorňuje pohled v řezu, přičemž řez je veden podél čáry 12-12 z obr. 11;

obr. 13 znázorňuje pohled v řezu na čočku pro rentgenové paprsky podle tohoto vynálezu, využívající principu Laueovy difrakce rentgenových paprsků a opatřené zahrazovači a filtry svazku paprsků;

obr. 14 znázorňuje pohled v řezu na kombinaci čočky pro rentgenové paprsky, využívající principu Laueovy difrakce rentgenových paprsků a Braggova odrazu rentgenových paprsků;

obr. 15 až obr. 17 znázorňují způsoby ohýbání grafitu, používané pro výrobu čoček pro rentgenové paprsky podle tohoto vynálezu;

obr. 18 znázorňuje kalibraci čočky pro rentgenové paprsky a čočkového držáku; a obr. 19 znázorňuje způsob vytváření kuželovité plochy pro čočky podle tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na vyobrazení podle obr. 1 je znázorněn schematický pohled na systém čoček pro rentgenové záření, využívající čočky podle tohoto vynálezu. Systém čoček pro rentgenové záření, který je u tohoto provedení obecně označen vztahovou značkou 20, obsahuje filtr 22 rentgenového záření, čočku 24, hlavní čočku 26 a zvětšovací čočku 38. Předmět tohoto vynálezu může být využíván pouze s jednou z těchto čoček nebo s jakoukoliv kombinací těchto čoček nebo jiných čoček, definovaných v tomto popise.

Generátor 30 rentgenového záření vytváří rentgenové paprsky 32, které obsahují přímé nebo souosé rentgenové paprsky, které jsou filtrovány filtrem 22 rentgenového záření. Tímto filtrem 22 rentgenového záření může být pásmová propust, horní propust nebo dolní propust, přičemž filtr 22 rentgenového záření sestává z prstence 21, který blokuje nebo • · ·· ·· • 16 * pohlcuje rentgenové paprsky mimo osu, které nejsou odráženy vnitřkem čoček a/nebo se nesbíhají do ohniskového bodu 34 systému 20 čoček pro rentgenové záření.

Filtrační médium 23 je umístěno v prstenci 21 filtru 22 rentgenového záření pro filtrování rentgenových paprsků, vstupujících do systému 20 čoček pro rentgenové záření, obcházejících odrazové povrchové plochy systému 20 čoček pro rentgenové záření a probíhajících přímo do ohniskového bodu 34.

Alternativně může být filtr 22 rentgenového záření umístěn ve výstupním otvoru systému 20 čoček pro rentgenové záření, nebo může být využito dvou filtrů 22 současně jak ve vstupním otvorům, tak i ve výstupním otvoru systému 20 čoček pro rentgenové záření.

Rentgenové paprsky 32 jsou shromažďovány systémem 20 čoček pro rentgenové záření a jsou tímto systémem 20 pro rentgenové záření zaostřovány jako rentgenové paprsky 36, které se sbíhají do ohniskového bodu 34 . Při radioterapii může systém, využívající vlastností zaostřování rentgenových paprsků podle tohoto vynálezu zničit zhoubný nádor při mnohem menším poškození okolní tkáně a při mnohem menší spotřebě energie v řádu KeV spíše než MeV. Použití rentgenových paprsků s nižší energií umožňuje rychlejší pokles nebo úbytek energie za cílovou tkání, v důsledku čehož dochází k menšímu poškození tkáně, umístěné za cílovou tkání.

Zhoubný nádor nebo cílový prostor 38 je vystaven působení největší intenzity zaostřených rentgenových paprsků 36, pokud je ohniskový bod 34 systému 20 čoček pro rentgenové záření umístěn přímo na zhoubném nádoru nebo cílovém prostoru 38. Toto zaostření rovněž minimalizuje možnost, aby zdravá tkáň, obklopující zhoubný nádor nebo cílový prostor 38, byla vystavena působení záření, v důsledku čehož dochází k menšímu poškození okolní zdravé tkáně.

Stavebnicová povaha systému 20 čoček pro rentgenové záření zaručuje velmi snadné nastavení ohniskové vzdálenosti a ohniskového bodu. Oblast ohniskové vzdálenosti X a ohniskového bodu 34 systému 20 čoček pro rentgenové záření je možno snadno změnit prostřednictvím výměny různých jednotlivých čoček a jejich náhrady čočkami v požadované kombinaci. Zaostřovací vlastnosti předmětu tohoto vynálezu rovněž zajišťují výhody, spočívající ve zdokonaleném toku a rozložení při ohybu nebo lomu rentgenových paprsků nebo jiných uplatnění rentgenových paprsků.

Čočky pro rentgenové záření podle tohoto vynálezu využívají principů odrazu paprsků pod Braggovým úhlem a lomu nebo ohybu paprsků pod úhlem Laueovým úhlem.

Na vyobrazení podle obr. 2 je znázorněno grafické znázornění jednoduchého Braggova reflektoru.

Rentgenové záření 40 o vlnové délce λ dopadá na krystal nebo vícenásobnou vrstvu 42, který má vzdálenost d krystalové mřížky nebo vícenásobné vrstvy. Úzkopásmové nebo obecně monochromatické záření 44 je tedy odráženo v souladu s Braggovým zákonem. Mozaikový grafit je výhodnou krystalovou strukturou, kterou je možno použít jako Braggova reflektoru pro dosažení úzkopásmového nebo obecně monochromatického rentgenového paprsku.

U jiných provedení mohou být jiné krystaly nebo Braggovy struktury, jako například vícenásobné vrstvy, nahrazeny v systému 20 čoček pro rentgenové záření pro odraz záření s využitím Braggova zákona.

Mozaikový grafit a jiné Braggovy struktury odrážejí záření pouze tehdy, je-li splněna následující Braggova rovnice:

ηλ = 2d sin (Θ) kde n - představuje počet odrazů, λ - představuje vlnovou délku dopadajícího záření, d - představuje vzdálenost soustavy vrstev Braggovy struktury nebo rozteč mřížky krystalu, a Θ - představuje úhel dopadu.

Mozaikový grafit byl zvolen jako výhodný materiál pro odraz nebo lom rentgenových paprsků u předmětu tohoto vynálezu, a to v důsledku jeho vynikajících provozních vlastností, jako je například velký úhel odrazu, velká šířka křivky jemného ladění v důsledku mozaikové struktury, a vysoká odrazivost. Jak při ohybu nebo lomu podle Bragga nebo podle Lauea pak Braggův zákon určuje odraz a/nebo ohyb dopadajících rentgenových paprsků. U ohybu podle Bragga je pouze jediný rozdíl, že dopadající a ohnutý paprsek sdílí stejnou povrchovou plochu krystalu, zatímco v případě Lauea pak dopadající a ohnutý paprsek využívá dvě odlišné povrchové plochy. V případě Bragga jde obvykle o „odrazové schéma,

	-19-	·· ·· • » · · • · · • · · · « · · • · · « · ·	·· ·· • · · · · ♦ • · · * · · · • · · · · · · • · · · · · • · «« · · ·
přičemž v případě podle	Lauea jde	obvykle o	„přenosové
schéma.
Struktura mozaikového grafitu	sestává	z pravidelné
trojrozměrné soustavy atomů, které	vytvářejí	přirozenou
difrakční mřížku pro	rentgenové	paprsky	Velikost
vzdálenosti d v Braggově	rovnici	představuje kolmou

vzdálenost mezi rovinami atomů v mozaikovém grafitu, které vytvářejí difrakční mřížku. Mozaikový krystal sestává z většího počtu oblastí malinkých nezávislých krystalů, které jsou téměř rovnoběžné, avšak nikoli zcela vzájemně rovnoběžné.

Pokud rentgenové paprsky ze zdroje rentgenového záření narážejí na odraznou povrchovou plochu, tak se úhel dopadu mění, jelikož body odrazu různých rentgenových paprsků leží v odlišných vzdálenostech od zdroje rentgenových paprsků. Jelikož se úhel dopadu rentgenových paprsků, dopadajících na mozaikový grafit, takto mění, budou se rovněž měnit oblasti, odrážející rentgenové paprsky. To je způsobeno různými orientacemi jednotlivých oblastí krystalů v mozaikovém grafitu. Není zde pouze úhel dopadu vzhledem k obecné povrchové ploše mozaikového grafitu, nýbrž jde o jednotlivé místní úhly dopadu vzhledem k nezávislým oblastem krystalu.

Rentgenový paprsek, dopadající na mozaikový grafit, se bude odrážet pod širším úhlem dopadu, než u perfektního krystalu, neboť rentgenové paprsky, vstupující do grafitu pod širšími úhly dopadu, budou dosahovat mozaikové prvky, orientované správně pro odraz pod tímto úhlem. Mozaikový grafit odráží paprsky v takovém úhlovém rozmezí, které závisí na rozptylu mozaikových orientací, přičemž však je toto

Λ · • · • ·

rozmezí větší, než je rozmezí u perfektního krystalu nebo u Braggova reflektoru s vícevrstvým tenkým filmem.

Uspořádání mřížkové struktury a krystalových oblastí se může měnit od mírně uspořádaných až k vysoce uspořádaným, a to v závislosti na příslušném uplatnění. Pro rentgenové paprsky o různé energii je Braggův úhel rozdílný, přičemž mozaikovitost poskytuje schopnost přijímat více energie v širším úhlovém rozmezí.

U výhodného provedení jsou hlavní parametry grafitu, použitého u Braggových odrazných čoček podle tohoto vynálezu, následuj ící:

vzdálenost d:	3,33 Á
FWHM w:	0,5°
odrazivost R:	50 %
hustota p:	2,25 g/cm³
útlum μ:	0,175 g'¹ · cm²
Na vyobrazení	podle obr. 3 je znázorněn

pohled na krystalové oblasti 46 u mozaikového uhlíku, odrážejícího rentgenové paprsky. Odrazová plocha 48 Braggovy čočky je zakřivena kruhovitým způsobem. Toto zakřivení přispívá ke zlepšení zaostřovacích vlastností čočky v důsledku udržování konstantního úhlu dopadu pro rentgenové paprsky, které dopadají na celý rozsah odrazové plochy 48. Takováto ideální odrazová plocha 48 umožňuje, aby rentgenové paprsky 50, vytvářené v bodě A a dopadající na jednotlivé krystalové oblasti 46, byly zaostřeny do ohniskového bodu B. Jednotlivé krystalové oblasti 46 jsou znázorněny jako mírně • · • · * ···· ·* nerovnoběžné vzájemně vůči sobě, čehož důsledkem je ohniskový bod B.

Braggovy podmínky jsou zaručeny prostřednictvím následujících dvou podmínek, to znamená, že úhel mezi dopadajícím rentgenovým paprskem a odraženým rentgenovým paprskem je konstantní podél kružnice, přičemž malinké krystalové oblasti zaručí správné Braggovy výstupní úhly. Pro krystal s rozdílnými vzdálenostmi d a s rozdílným zdrojem a ohniskovým bodem bude nutno zvolit odlišnou velikost kružnice pro splnění požadavků na Braggův úhel.

Při skutečném uplatnění se mohou rentgenové paprsky setkávat s vhodnými krystalovými oblastmi nikoli přesně na kružnici, a to v důsledku využívání plochých krystalů. To povede k rozšířené skvrně paprsků v ohniskovém bodě B. Rovnoběžnost a výkonnost mozaikového krystalového reflektoru je charakterizována a zcela popsána prostřednictvím šířky křivky jemného ladění, jeho vlastní odrazivosti a koeficientu útlumu.

U dalších provedení předmětu tohoto vynálezu je využíváno principu Laueova ohybu nebo přenosu pro nasměrovávání a zaostřování rentgenových paprsků.

Jak je vidět na vyobrazení podle obr. 4, tak dopadající rentgenový paprsek 52 proniká krystalem 54, přičemž se část dopadajícího rentgenového paprsku 52 láme a prochází krystalem 54 v difrakčním směru, načež vystupuje z krystalu 54 jako zaostřené rentgenové paprsky 56. U Laueovy čočky, uspořádané jako prstenec, dochází k lomu nebo ohybu rentgenových paprsků na různých zaostřovacích kružnicích • · v krystalu. Braggovy úhly jsou rozdílné v různých bodech v objemu krystalu, což vede k celkově širšímu spektru, než u Braggových reflektorů.

Ideální vnitřní krystalové plochy a krystalové roviny mozaikového grafitu u čoček podle tohoto vynálezu jsou v souladu s Johanssonovým schématem.

Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 5, je pro odrážení a zaostřování rentgenových paprsků použito ohnutého Johanssonova krystalu 58. Tento ohnutý Johanssonův krystal 58 bude odrážet rentgenové paprsky v souladu s Braggovým zákonem. Johanssonův krystal 58 je vytvořen ohnutím krystalu na válcovou povrchovou plochu s normálním poloměrem 2R, a poté vyleštěním odrazové plochy 60 na válcovou povrchovou plochu s poloměrem R. Úhel, který svírá každá dvojice dopadajících rentgenových paprsků 62, generovaných zdrojem 64 rentgenových paprsků, s odraženými rentgenovými paprsky 66, je stejný.

Přímky 68, které spojují odrazové body 70 s bodem 72 na druhé straně kružnice 74, který je sousměrným bodem vzhledem ke zdroji a k ohniskovému bodu, jsou vždy stejné, přičemž rozdělují úhel na dvě části. Proto křivka, která je kolmá k těmto přímkám 68, bude vytvářet Braggovu rovinu, což jsou ohnuté krystalové roviny 2R na obr. 5.

Na vyobrazení podle obr. 6 je znázorněna hlavní čočka 26 pro rentgenové záření, použitá u předmětu tohoto vynálezu. Hlavní čočka 2 6 pro rentgenové záření má válcovitý tvar s dutým vnitřním prostorem, potaženým grafitovou vrstvou 76. Předem vytvarované nebo „ohnuté grafitové bloky mohou být ·*·· spojeny dohromady pro vytvoření grafitové vrstvy 7 6 na vnitřku čočkového pouzdra 78.

U jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu jsou čtyři grafitové bloky, z nichž každý pokrývá čtvrtinu vnitřku hlavní čočky 26 pro rentgenové záření, uspořádány uvnitř hlavní čočky 26 pro rentgenové záření pro vytvoření zakřivené vnitřní povrchové plochy.

U alternativního provedení může být grafitová vrstva vytvořena na nanášením grafitu uvnitř čočkového pouzdra 7 8 pro vytvoření odrazové vrstvy.

U výhodného provedení předmětu tohoto vynálezu, které je znázorněno na vyobrazení podle obr. 6, se bude mozaiková grafitová vrstva 7 6 přibližovat odrazové povrchové ploše Johanssonova krystalu podle obr. 5. Povrchová plocha vnitřku hlavní čočky 26 pro rentgenové záření bude zakřivená kruhovým způsobem vzhledem k plášti a k dopadajícím rentgenovým paprskům 75.

Výrazu „kruhový je použito tehdy, pokud jde o průřez nebo dvourozměrný obraz čočkového systému, avšak pro odborníka z dané oblasti techniky je zřejmé, že u trojrozměrného systému budou čočky rovněž zakřiveny vzhledem k plášti. Toto zakřivení má za důsledek menší oblast ohniskového bodu, neboť mozaikový grafitový krystal bude vyrovnán v ideální formě Johanssonova krystalu pro zlepšení zaostřovacích vlastností hlavní čočky 2 6 pro rentgenové paprsky.

•9 ··♦· »··9 ·<

Na vyobrazení podle obr. 7 je znázorněn pohled v podélném řezu na alternativní provedení hlavní Braggovy odrazové čočky 26' pro zaostřování rentgenových paprsků podle tohoto vynálezu. Hlavní Braggova odrazová čočka 26' je, jak je na vyobrazení znázorněno, opatřena grafitovou vrstvou 7 6', která není skloněna nebo uspořádána pod úhlem, neboť je spíše v podstatě soustředně plochá vzhledem k válcovému pouzdru 78' hlavní čočky vzhledem k dopadajícím rentgenovým paprskům 75' . Soudek nebo vnitřní povrchová plocha hlavní čočky 26' tak má obecně konstantní vnitřní průměr podél své celé délky.

Plochá odrazová povrchová plocha grafitové vrstvy 7 6' může být snadněji vyráběna, než zakřivená grafitová povrchová plocha 7 6, znázorněná na vyobrazení podle obr. 6, přičemž se bude zhruba přibližovat povrchové ploše Johanssonova krystalu podle obr. 5. Zaostřovací vlastnosti ploché odrazové povrchové plochy grafitové vrstvy 7 6' budou mít větší odchylku, než u zakřivené grafitové povrchové plochy 76, znázorněné na obr. 6, což povede k většímu ohniskovému bodu 7 9'.

Na vyobrazení podle obr. 8 je znázorněn pohled v řezu na stavebnicový systém 20 čoček pro rentgenové záření podle tohoto vynálezu.

Systém 20 čoček pro rentgenové záření podle tohoto vynálezu může být zkonstruován z většího počtu čočkových částí. U předmětného uspořádání je čočka 24 připojena k hlavní čočce 26, která je dále připojena ke zvětšovací čočce 28 pro zaostřování rentgenových paprsků. Čočky mohou být souose fyzicky spojeny prostřednictvím závitových členů, přírub nebo jiných spojovacích zařízení, známých • · * 25 z dosavadního stavu techniky. Čočky mají s výhodou válcovité uspořádání.

Vnitřní krystalové povrchové plochy 80, 7 6 a 82 mozaikového grafitu u těchto čoček odpovídají Johanssonovu schématu, znázorněnému na obr. 5, přičemž k sobě vzájemně přiléhají. Povrchové plochy mozaikového grafitu byly uspořádány tak, aby se přibližovaly ideálnímu odrazovému tvaru Johanssonova krystalu.

Jak již bylo shora uvedeno, tak výrazu „kruhový je používáno pro průřez nebo dvojrozměrné zobrazení čočkového systému, přičemž však pro odborníka z dané oblasti techniky je zřejmé, že rovněž u trojrozměrného systému mohou být čočky zakřiveny. Stavebnicové uspořádání systému je rovněž velice výhodné. Ohniskový bod a intenzita rentgenových paprsků podle tohoto vynálezu se mohou měnit jednoduchým uspořádáním, odebráním nebo přidáním čoček s různými odrazovými charakteristikami. Vícenásobné kombinace jednotlivých čoček mohou být prováděny tak, aby odpovídaly téměř jakémukoliv uplatnění.

Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 9, je vrstva 80' mozaikového grafitu čočky 24 ' skloněna lineárním způsobem (kuželovité ve třech rozměrech) , přičemž vrstva 76' mozaikového grafitu hlavní čočky 2 6' je plochá (válcová ve třech rozměrech) , zatímco vrstva 82' mozaikového grafitu zvětšovací čočky 28' je rovněž skloněna lineárním způsobem (kuželovité ve třech rozměrech) proti vrstvě 80' mozaikového grafitu.

Tyto čočky samy o sobě nemají zakřivený tvar, avšak při společném umístění se blíží zakřivenému kruhovému tvaru ideální odrazové povrchové plochy Johanssonova krystalu s úhlovými a plochými povrchovými plochami. Tento kuželovitý systém je rovněž stavebnicový, přičemž čočky mohou být přidávány nebo odebírány pro zlepšení výkonových charakteristik.

Hlavní funkcí čočky pro rentgenové záření je schopnost shromažďovat a propouštět rentgenové paprsky. To lze popsat prostřednictvím výkonu, který je definován jako pevný úhel od zdroje, který obsahuje stejné množství fotonů, které čočka přenáší do ohniskového bodu. Pokud definujeme pevný úhel, který má velikost 1° v obou směrech, jako jednotku pro výkon, bude tato jednotka rovna:

Í0.5° , (0.01745 ,sin#0 I <7^ = 3.05x10 strad

Všechny Braggovy odrazné čočky v této úseči budou předběžně vypočteny v této jednotce.

Parametry hlavní Braggovy odrazové čočky 26' jsou následuj ící:

Vnitřní průměr	25 mm
Délka	115 mm
Vzdálenost středů zdroje a čočky	400 mm
Vzdálenost středu čočky od ohniska	400 mm
Úhel zachycení	1,70 x 10~³ strad
Velikost plochy ohniska	2 až 4 mm
Výkon	2,78

• · — 27

Vlnová délka rentgenového paprsku při 60 KeV se vypočítá z následující rovnice:

12.4 _ 12.4 E(keV)~ 60

2.207 Angstrómu

Braggův úhel je:

Θ = sin

A

2d

0.207

2x3.33

1.779°

Úhel zachycení bude stanoven následovně:

Í.029 Απ , sin0í/0l· d<b = 1.70x10’³ strad

529° i

V případě hlavní Braggovy odrazové čočky 2 6' je výkon roven násobku úhlu zachycení a průměrné odrazivosti. Takže výkon je roven 8,5 x 10~⁴ strad. U shora uvedené jednotky bude výkon čočky 26' roven 2,78.

»28

Parametry čočky 24 ' jsou následující:

Vnitřní průměr výstupu	25 mm
Vnitřní průměr vstupu	23,5 mm
Délka	86,5 mm
Vzdálenost středů zdroje a čočky	299 mm
Vzdálenost od středu čočky k ohnisku	501 mm
Úhel zachycení	2,18 x 10^-3 strad
Velikost plochy ohniska	4 až 10 mm v závislosti na velikosti zdroje
Výkon	3,57

Úhel zachycení bude stanoven následovně:

/€.529° Απ

ΔΩ = Γ smOd θ Γ άφ = 2.18rl0^-3 strad

1.029“ Λ

Jak již bylo shora uvedeno, je výkon roven násobku úhlu zachycení a průměrné odrazivosti. Takže výkon je 1,09 x 10³ strad, přičemž u shora definované jednotky bude výkon čočky 2_4' roven 3,57. Čočka 24 ^x bude poskytovat velký výkon, avšak bude vytvářet větší plochu ohniska.

Parametry zvětšovací čočky 28 ^z jsou následující:

Vnitřní průměr výstupu	23,5 mm
Vnitřní průměr vstupu	25 mm
Délka	86,5 mm
Vzdálenost středů zdroje a čočky	501 mm

• · · * *29

Vzdálenost od středu čočky k ohnisku	299 mm
Úhel zachycení	1,22 x 10'³ strad
Velikost plochy ohniska	v závislosti na velikosti zdroje
Výkon	1,97

Úhel zachycení bude stanoven následovně:

Λ.526° Απ ,

ΔΩ= sin Θd Θ i = 1.22x10 ³ strad

4.026° i

Výkon je 0,61 x 10~⁴ strad, přičemž u shora uvedené jednotky bude výkon čočky 28' roven 1,97. Zvětšovací čočka 28/ má jemnější zaostření a větší úhel sbíhavosti.

Rozdělení intenzity a výkon u určité kombinace čoček mohou být vypočteny na základě informací o zdroji, velikosti průmětu zdroje, rozdělení intenzity a podobně.

U dalších provedení předmětu tohoto vynálezu bylo využito Laueových difrakčních propouštěcích čoček pro nasměrování a zaostřování rentgenových paprsků.

Na vyobrazení podle obr. 10 je znázorněna Laueova čočka 86 podle tohoto vynálezu.

Dopadající rentgenové paprsky 84 pronikají Laueovou čočkou nebo krystalem 86 (v prstencovitém uspořádání), přičemž se část dopadaj ících rentgenových paprsků 84 láme a prochází Laueovou čočkou 86 podél difrakčního směru, načež vystupuje z Laueovy čočky 86 jako zaostřené rentgenové paprsky 88. U Laueovy difrakce se rentgenové paprsky lámou pod různými zaostřovacími kružnicemi v krystalu. Braggovy úhly jsou rozdílné v různých bodech v prostoru krystalu, v důsledku čehož je dosahováno celkového širšího spektra, než u Braggových reflektorů.

Rentgenové paprsky 84 se odrážejí od každé mřížkové vrstvy a jsou zaměřeny směrem do ohniskového bodu 90. Vzdálenost mezi zdrojem 92 rentgenového záření a Laueovou čočkou 86 je f_x, přičemž vzdálenost mezi Laueovou čočkou 86 a ohniskovým bodem 90 je f₂. Délka Laueovy čočky 86 je L. Vnitřní průměr Laueovy čočky 86 je R_x, přičemž vnější průměr je R₂.

V případě, kdy f_x není rovno f₂, bude nutno změnit směr atomových rovin Laueovy čočky podél směru průměru. Jinak nebudou rentgenové paprsky odráženy do požadovaného ohniskového bodu.

V případě, kdy f_x je rovno f₂, bude čočka plochým prstencem namísto skloněného prstence s proměnlivými atomovými rovinami. Z toho vyplývají dvě konstrukce. Jedna má souměrnou konstrukci, zatímco druhá má nesouměrnou konstrukci. Mají stejnou pracovní vzdálenost a rozdílnou velikost plochy ohniska. Hlavním důvodem pro nesouměrnou konstrukci je úspora materiálů a snížení celkových rozměrů systému.

U souměrné konstrukce jsou funkční parametry grafitu pro Laueův odraz stejné, jako pro Braggův odraz, s výjimkou odrazivosti. Jak bylo naměřeno, jde zhruba o 18 % při 60 KeV.

Vzdálenost d	3,33 0
FVHM w	0,4 0 24 obloukových minut
Laueova odrazivost R	< 18 %
Hustota p	2,25 g/cm³
Útlum μ	0,17 5 g¹ cm²

Následuje konkrétní konstrukce Laueovy čočky 8 6 pro funkční hodnocení. Hlavní parametry této Laueovy čočky 86 jsou následující:

Vnitřní průměr	16,3 mm
Vnější průměr	32,6 mm
Délka	proměnlivá
Vzdálenost středů zdroje a čočky	350 mm
Vzdálenost od středu čočky k ohnisku	350 mm

Vnitřní okraj Laueovy čočky 86 je vyladěn pro práci při 80 KeV, přičemž vnější okraj je vyladěn pro práci při 40 KeV. Pásmový průchod v každém bodě je dán vztahem:

Ecos#-Á#

ΔΕ =sin#

V poloze, kde je úhel θ dopadu, tak energie rentgenových paprsků, která splňuje Braggův zákon, je:

« · »

• ·

— 32

12.4 2d sin θ

Takže propustné pásmo jako funkce q může být zapsáno jako:

12.4 cos Θ-ΔΘ ΔΕ =--Id sin² Θ kde

ΔΘ - představuje šířku kyvné křivky.

Úhel zachycení bude stanoven následovně:

ln = Jsin# -d θ ^άφ o

kde θ₂ - představuje úhel dopadu na vnější hraně, a θι - představuje úhel dopadu na vnitřní hraně.

Θ, = sm-¹ l 80 2x3.33

1.33°

Θ, =sin ¹

12.4

2x3.33

2.67° * · »33 «· * · • · * • · · • · · • · ·

I · · · · ·

Θ2 2π

ΔΩ = Jsin#-d θ ^άφ = 5.13xlO~³ strad Θ1 ο

Účinnost čočky 86 může být zapsána následovně:

účinnost

2= Já · ΔΕ · sin Θ · d θ \άφ = o

12.4 cos#-A# r 2d sin Θ

2π άθ ^άφ o

kde

R = 0,18, a

ΔΘ =0,4°= 0,00698 Rad.

účinnost

2.67 = 0.00234 J

1.33°

COS# sin#

2π dd \άφ= o

0.21 výkon účinnost

05x10^-4-40

U „jednotky s účinným pevným úhlem bude následuj ící:

výkon

ΔΩ'« 8.2x10”⁵ za předpokladu, že napětí je nastaveno na 120 kV.

Funkční charakteristiky jsou:

Úhel zachycení	5,13 x 10~³ strad
Velikost plochy ohniska	asi 3 mm (v závislosti na přesnosti výroby)
Výkon	0,82
Účinný pevný úhel	8,2 x 10'⁵

Nesouměrná konstrukce čočky, znázorněná na vyobrazení podle obr. 12, může přispívat k úspoře materiálu a ke zkrácení doby montáže. Avšak jak již bylo shora uvedeno, tak teoreticky je úhel sklonu každé vrstvy 94 odlišný. V praxi může být přiblížen prostřednictvím omezeného počtu krystalových vrstev. Každá vrstva 94 je provedena z celého kusu krystalu. Proto je úhel sklonu roviny krystalu stejný v každé vrstvě 94.

Daná konkrétní konstrukce čočky 100 obsahuje tři soustředné vrstvy 94 (prstence), mající u výhodného provedení tloušťku 2 mm. Vnitřní poloměr čočky je 5, 4 mm, zatímco vnější poloměr čočky je 11,4 mm. Každá vrstva 94 čočky 100 má kuželovité uspořádání. Hlavní parametry této konstrukce jsou uvedeny v následující tabulce:

I * ·· • · · · » · · ’ ·· ··

Hlavní parametry nesousměrné konstrukce

Cílová vzdálenost (zdroj-čočka, mm)	180
Zobrazovací vzdálenost (čočka-ohnisková rovina	mm)	350
Prstence	Vnitřní průměr (mm)	Vnější průměr (mm)	Energie (KeV)	Kuželovitý úhel (°)	Grafit (mm³)
vnitřní	10,8	14,8	60-80	0, 50	46,5x10x2*
střední	14,8	18,8	47-60	0, 65	59x10x2*
vnější	18,8	22,8	40-47	0, 80	71,6x10x2*

Na vyobrazení podle obr. 13 je znázorněno další provedení předmětu tohoto vynálezu, využívající Laueova odrazu pro zaostřování rentgenových paprsků.

Zdroj 92' rentgenového záření nasměrovává rentgenové paprsky 84' na čočku nebo krystal 86', kde se některé rentgenové paprsky 88' lámou a jsou zaostřovány, zatímco propuštěné rentgenové paprsky 96 vycházejí z krystalu, aniž by došlo k jejich difrakci. Zahrazovač 98 rentgenových paprsků blokuje tyto propuštěné rentgenové paprsky 96. Souosé rentgenové paprsky 102 jsou filtrovány prostřednictvím filtru 22' rentgenového záření, který je obdobný, jako již shora popsaný filtr 22 rentgenového záření.

Pohled v řezu na kombinaci Laueova čočkového systému a Braggova čočkového systému je znázorněn na vyobrazení podle obr. 14.

··

Zdroj 92' ' rentgenového záření zaměřuje část rentgenových paprsků 84' ' na Braggovu odrazovou plochu 104, která je s výhodou tvořena mozaikovým grafitovým krystalem, který odráží obecně monochromatické rentgenové paprsky do ohniskového bodu 90'' . Část rentgenových paprsků 84' ' je rovněž zaměřena na grafitový krystal 86' ', kde se některé z rentgenových paprsků 88' ' lámou a jsou zaostřovány do ohniskového bodu 90'' . Propuštěné rentgenové paprsky 96', které procházejí grafitovým krystalem 86', dopadají na druhou Braggovu odrazovou plochu nebo čočku 106, uspořádanou pro zaostřování propuštěných rentgenových paprsků 96' do ohniskového bodu 90/ ' .

Uspořádání vícenásobných Braggových a Laueových čoček zvyšuje schopnost koncentrace toku u kombinace čočkových systémů. Rentgenové paprsky, které byly dříve pohlcovány nebo blokovány, jsou nyní zpracovávány a zaměřovány směrem do ohniskového bodu 90' ' .

Grafitové odrazné a difrakční vrstvy čoček pro rentgenové záření podle tohoto vynálezu mohou být vytvářeny s pomocí celé řady způsobů, a to včetně přímého nanášení na čočkové pouzdro a ohýbání obecně plochého grafitového listu. Proces ohýbání umožní vytváření kuželovité grafitové čočky při pokojové teplotě.

Jak je znázorněno na vyobrazeních podle obr. 15 až obr. 17, tak u jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu je vytvářena obecně kuželovitá čočka prostřednictvím ohýbání čtyř shodných grafitových desek 110, přičemž každá ohnutá grafitová deska 110 představuje čtvrtinu čočky, to znamená • · ·9 • · · « · · · · devadesát stupňů. Ohnuté grafitové desky 10 jsou uspořádány v pouzdru pro vytvoření úplné kuželovité čočky.

Kvalita ohýbání bude přímo ovlivňovat funkci grafitové čočky, neboť kladné napětí (tlačná síla) podél směru vrstvy během ohýbání může poškodit mozaikovitost grafitu.

Například na vyobrazení podle obr. 15 jsou znázorněny tři různé vrstvy 112 napětí, pokud je grafitová čočka ohýbána bez opěrné konstrukce. Středová vrstva 114 není podrobena během ohýbání žádnému napětí. Pod a nad touto středovou vrstvou 114 budou grafitové vrstvy 116 vystaveny zápornému a kladnému napětí. Velikost napětí je přímo úměrná vzdálenosti od středové vrstvy 114 a délce grafitové desky 110. Poškození mozaikovitosti grafitu se přímo týká kladného napětí.

Za účelem minimalizace poškození grafitové desky 110 během ohýbání je možno použít tři způsoby ohýbání.

V souladu s prvním způsobem, jelikož kratší grafitová deska bude vystavena menšímu napětí během ohýbání, je možno použít několik ohnutých grafitových desek 110 pro vytvoření úplné kružnice, jak je vidět u předcházejících provedení předmětu tohoto vynálezu. Počet grafitových desek 110, které mají být segmentovitě sestaveny, závisí na poloměru grafitové desky 110, na tloušťce grafitové desky 110 a na mechanických vlastnostech grafitové desky 110.

V souladu s druhým způsobem, který je znázorněn na vyobrazení podle obr. 16, je použito výztužné desky 118 pro posunutí vrstvy s nulovým napětím k přední povrchové ploše grafitové desky 110. U výhodného provedení je výztužná w38 • · · · ·· deska 118 tvořena kouskem průhledného mylarového listu, přilepeného nebo připevněného na přední povrchovou plochu grafitové desky 110 před ohýbáním. Výztužná deska 118 je po ohnutí odstraněna za účelem vystavení přední povrchové plochy grafitové desky 110 okolnímu prostředí.

V souladu se třetím způsobem, který je znázorněn na vyobrazení podle obr. 17, je použito vodicích desek 120 a 122 pro vedení grafitové desky 110 za účelem dosažení stejnoměrného ohýbání.

U třetího způsobu podle obr. 17 je kuželovitá tyč 109 umístěna na vnitřní vodicí desku 120, přičemž je grafitová deska 110 sendvičovitě uspořádána mezi vnitřní vodicí deskou 120 a vnější vodicí deskou 122. Ohybové síly působí na grafitovou desku 110 prostřednictvím vodicích desek 120 a 122, takže se grafitová deska 110 bude tvarovat podél kuželovité tyče 109 a bude zaujímat tvar této kuželovité tyče 109.

Existují dva způsoby sestavování nebo montáže čoček, které je možno použít u předmětu tohoto vynálezu.

Na vyobrazení podle obr. 18 je znázorněn první způsob montáže čoček, kde jsou jednotlivé ohnuté grafitové segmenty čočky sestavovány do celé čočky. Osa 128 držáku 126 čoček vymezuje osu čočkového systému. Kamera 130 pro rentgenové záření je umístěna v ohniskovém bodu 132. Poloha a úhly jednotlivé ohnuté grafitové desky 134 jsou nastaveny tak, že odražený paprsek je zaostřen do ohniskového bodu 132. Ohnutá grafitová deska 134 je po vyrovnání připevněna k držáku 126 čoček. Všechny zbývající segmenty grafitové desky jsou namontovány na držák 126 tímto způsobem.

Na vyobrazení podle obr. 19 je znázorněn další způsob montáže čoček s využitím kuželovitého prstence 152 a kuželovité tyče 150, které jsou vytvořeny s požadovanými kuželovitými úhly, jak je na vyobrazení znázorněno.

Všechny ohnuté grafitové desky 154 jsou sestavovány současně u tohoto způsobu jediné prstencovité čočky. Je nutno použít jedné nebo více rozpěrných vložek pro vyplnění mezery, způsobené odlišnými kuželovitými úhly mezi vrstvami u vícevrstvého čočkového systému.

Vnitřní kuželovitá tyč 150 a rozpěrné vložky jsou provedeny z materiálu, který má menší schopnost pohlcovat rentgenové paprsky, než ohnuté grafitové desky 154, a který má dostatečnou mechanickou pevnost a chemickou stabilitu, aby odolal působení ohybových sil, vytvářených kuželovitou tyčí 150.

Je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu není omezen pouze na přesná konstrukční provedení, která byla shora popsána a na výkresech znázorněna, neboť je možno provádět různé změny a modifikace, aniž by došlo k úniku z myšlenky a rozsahu předmětu tohoto vynálezu, definovaného v následujících patentových nárocích.

PV 2001-3^2

Claims

1. Rentgenový systém pro zaměřování rentgenových paprsků, vyznačující se tím, že obsahuje čočkový systém (20) pro zaměřování uvedených rentgenových paprsků, přičemž uvedený čočkový systém (20) obsahuje alespoň jeden čočkový prvek (24), mající pouzdro (78) s obecně uzavřeným vnitřkem, přičemž uvedený vnitřek uvedeného pouzdra (78) je potažen Braggovou rentgenovou difrakční a reflexní vrstvou (48), obsahující mozaikové krystaly (46).

2. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedenými mozaikovými krystaly (46) jsou grafitové krystaly (76).

3. Rentgenový systém podle vyznačující se tím, že rentgenová difrakční a reflexní vrstva podélný průřez, přičemž uvedené mozaikové zakřivenou krystalovou rovinu s odlišným poloměr uvedeného zakřiveného průřezu.

nároku 2, uvedená Braggova (48) má zakřivený krystaly (46) mají poloměrem, než je

4. Rentgenový systém vyznačující se ti uvedeného čočkového prvku (24) má podle m , že zakřivený nároku 1, uvedený vnitřek podélný průřez.

5. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedená Braggova rentgenová difrakční a reflexní vrstva (48) láme a propouští uvedené rentgenové paprsky.

» • Η*

9*

9 « • « ·« ** • « » φ · ··· • 9 * * • · ·

99 ··

9« 99··

6. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený vnitřek uvedeného čočkového prvku (24) má kruhový příčný průřez.

7. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený vnitřek uvedeného čočkového prvku (24) má kuželovitý podélný průřez.

8. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený vnitřek uvedeného čočkového prvku (24) má pravoúhlý podélný průřez.

9. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený čočkový systém obsahuje množinu čočkových prvků (24, 26, 28), spojených podél jejich osy souměrnosti.

10. Rentgenový vyznačuj ící čočkových prvků (24, povrchovou plochu (58) systém se tím

26, 28) Johanssonova podle nároku 9, , že uvedená množina obecně vytváří reflexní krystalu.

11. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený čočkový systém (20) obsahuje množinu čočkových prvků (24, 26, 28), spojených souose.

12. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje prstencovité zařízení (21) s filtračním médiem (23), připojeným ke středu uvedeného prstencovitého zařízení (21) , * 42 přičemž uvedené prstencovité zařízení (21) pohlcuje část uvedených rentgenových paprsků, které nedopadají na uvedený čočkový systém (20), a které nespadají do ohniskové oblasti uvedeného čočkového systému (20), přičemž uvedené filtrační médium (23) filtruje část uvedených rentgenových paprsků, které jsou zaměřeny do uvedené ohniskové oblasti.

13. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený čočkový systém (20) zaostřuje uvedené rentgenové paprsky do ohniskového bodu (34).

14. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje zahrazovač (98) rentgenových paprsků, který blokuje uvedené rentgenové paprsky, které nejsou zaměřeny do ohniskové oblasti.

15. Rentgenový systém podle nároku 14, vyznačující se tím, že uvedený zahrazovač (98) rentgenových paprsků blokuje neodražené rentgenové paprsky, které nejsou propouštěny uvedeným čočkovým systémem (20).

16. Rentgenový systém pro zaostřování rentgenových paprsků, vyznačující se tím, že obsahuje stavebnicový čočkový systém (20), mající množinu čoček (24, 26, 28), které shromažďují uvedené rentgenové paprsky a zaostřují uvedené rentgenové paprsky do ohniskového bodu (34), přičemž každá z uvedené množiny čoček (24, 26, 28) obsahuje pouzdro (78), opatřené Braggovou rentgenovou • · • · • · • · • · · · • · « • · ’ » · ♦ • « ·· · · * 43 difrakční a reflexní vrstvou (48), přičemž vlastnosti uvedeného stavebnicového čočkového systému (20) při zaostřování rentgenových paprsků se mohou měnit prostřednictvím vyjímání a přidávání uvedených čoček (24, 26, 28) nebo měnění vlastností uvedených čoček (24, 26, 28).

17. Rentgenový systém podle nároku 16, vyznačující se tím, že uvedené vlastnosti při zaostřování rentgenových paprsků mohou být zvoleny ze skupiny , obsahující:

propustné pásmo spektra rentgenových paprsků, pracovní vzdálenost, síla toku, velikost ohniskové oblasti, a ohnisková délka.

18. Rentgenový vyznačuj ící rentgenová difrakční mozaikovým krystalem systém se tím a reflexní (46) .

podle , že vrstva nároku 16, uvedená Braggova (48) je tvořena

20. Rentgenový vyznačuj ící rentgenová difrakční grafitem (76).

systém podle nároku 16, se tím, že uvedená Braggova a reflexní vrstva (48) je tvořena • · 9·· ·

21. Rentgenový systém podle nároku 16, vyznačuj íc 1 se t 1 m f ζθ každá z uvedené množiny čoček (24, 26, 28) má vnitřní povrchovou plochu, která má zakřivený podélný průřez • 22. Rentgenový systém podle nároku 16, vyznačuj íc 1 se t 1 m , že každá z uvedené množiny čoček (24, 26, 28) má vnitřní povrchovou plochu,

která má kruhový příčný průřez.

23. Rentgenový systém podle nároku 16, vyznačuj íc 1 se t í m , že každá z uvedené množiny čoček (24, 26, 28) má vnitřní povrchovou plochu, která má kuželovitý podélný průřez. 24. Rentgenový systém podle nároku 16, vyznačuj íc 1 se t 1 m , že každá z uvedené množiny čoček (24, 2 6, 28) má vnitřní povrchovou plochu, která má pravoúhlý podélný průřez 25. Rentgenový systém podle nároku 16, vyznačuj íc 1 se t 1 m , že uvedená množina čočkových prvků (24 , 26, 28) je spojena souose. 26. Rentgenový systém podle nároku 16, vyznačuj íc 1 se t 1 m , že uvedená množina

čočkových prvků (24, 26, 28) je spojena podél osy, spojující zdroj rentgenových paprsků s ohniskem.

27. Rentgenový systém podle vyznačující se tím, že čočkových prvků (24, 2 6, 28) má vnitřní nároku 16, uvedená množina povrchové plochy, • · • · · · · · které obecně vytvářejí odrazovou povrchovou plochu Johanssonova krystalu.

(58)

28. Rentgenový systém podle vyznačující se tím, že prvek (24) má prstencovité uspořádání.

nároku 1, uvedený čočkový nároku 1, uvedený čočkový

29. Rentgenový systém podle vyznačující se tím, že prvek (24) je zkonstruován z množiny soustředných prstenců mozaikového krystalu (46), vytvářejících množinu difrakčních vrstev.

30. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje filtr (22) rentgenových paprsků.

31. Způsob vytváření rentgenové čočky z krystalu, vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

namontování krystalové desky na kuželovitý prstenec, vyvíjení lineární síly, která pohání kuželovitou tyč, a přitlačování uvedené kluželovité tyče na povrchovou plochu uvedené krystalové desky pro tvarování uvedené krystalové desky do kuželovitého tvaru.

32. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený čočkový systém (20) obsahuje množinu čoček (24, 26, 28).

• · · « «

33. Rentgenový systém podle nároku 32, vyznačuj íc í se tím, že každá z uvedené množiny čoček (24, povrchová plocha je 26, 28) má pouzdro (78) potažena grafitem (76). , jehož vnitřní 34. Rentgenový systém podle nároku 32, vyznačuj íc í se tím, že dále obsahuje filtr (22) rentgenových paprsků v blízkosti čoček (24, 26, 28) . uvedené množiny

35. Rentgenový systém podle nároku 32, vyznačující se tím, že uvedená vnitřní povrchová plocha uvedené množiny čoček (24, 26, 28) je v kombinaci vytvořena pro poskytnutí vnitřní obecně kulové povrchové plochy pro uvedený rentgenový čočkový systém (20).

36. Rentgenový systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje maskovací prostředky pro pohlcování rentgenových paprsků mimo osu uvedeného čočkového systému, a filtrační prostředky pro filtrování rentgenových paprsků v podstatě souosých s uvedeným čočkovým systémem.