CZ2011297A3 - Rentgenový optický systém - Google Patents

Rentgenový optický systém Download PDF

Info

Publication number
CZ2011297A3
CZ2011297A3 CZ20110297A CZ2011297A CZ2011297A3 CZ 2011297 A3 CZ2011297 A3 CZ 2011297A3 CZ 20110297 A CZ20110297 A CZ 20110297A CZ 2011297 A CZ2011297 A CZ 2011297A CZ 2011297 A3 CZ2011297 A3 CZ 2011297A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
optical system
segment
ray
ray optical
modules
Prior art date
Application number
CZ20110297A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ306934B6 (cs
Inventor
Inneman@Adolf
Maršíková@Veronika
Pína@Ladislav
Hudec@René
Original Assignee
Rigaku Innovative Technologies Europe S.R.O.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rigaku Innovative Technologies Europe S.R.O. filed Critical Rigaku Innovative Technologies Europe S.R.O.
Priority to CZ2011-297A priority Critical patent/CZ306934B6/cs
Publication of CZ2011297A3 publication Critical patent/CZ2011297A3/cs
Priority to PCT/IB2012/052425 priority patent/WO2012156908A1/en
Priority to EP12728320.8A priority patent/EP2710610B1/en
Publication of CZ306934B6 publication Critical patent/CZ306934B6/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
    • G21K1/067Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators using surface reflection, e.g. grazing incidence mirrors, gratings
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K2201/00Arrangements for handling radiation or particles
    • G21K2201/06Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
    • G21K2201/067Construction details

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

Rentgenový optický systém složený z modulu s tenkými reflexními fóliemi nebo pravoúhlými kanálky je optický systém (3) složený z minimálne 5 segmentu (2), pricemž segment (2) je tvoren z minimálne jednoho modulu (1) a úhloprícky všech modulu (1) v segmentu (2) jsou vždy rovnobežné s osou (5) soumernosti segmentu (2), pricemž segment (2) je výsec se stredovým úhlem od 18.degree. do 72.degree. v jehož nejužší cásti je nefunkcní zóna (6). Rentgenový optický systém má nefunkcní zónu (6), která muže být vyplnena tenkými rotacne symetrickými fóliemi (7), usporádaných do jiného geometrického usporádání, aby vzniklo spolecné ohnisko celého optického systému (3). Rentgenový optický systém (3) má jednotlivé segmenty (2) usporádány tak, aby se apertura rentgenového optického systému (3) blížila kruhové aperture, pricemž osa (5) soumernosti segmentu (2) vždy protíná optickou osu (4) optického systému (3).

Description

Rentgenový optický systém
Oblast techniky
Technické řešení se týká rentgenového optického systému, s návrhem na uspořádání tenkých reflexních fólií nebo kanálků v rentgenovém optickém systému, které vede k větší světelnosti rentgenového optického systému (pro oblast 50 eV 50 keV, tzn. pro oblast EUV, měkkého i tvrdého rtg. záření).
Dosavadní stav techniky
Teleskopy, které byly dodnes vypuštěny do vesmíru pro zobrazování RTG kosmických zdrojů záření měly optické uspořádání typu Wolter I. Jedná se o kombinaci několika rotačně symetrických parabolických a hyperbolických dutých zrcadel, která jsou uspořádána souose. Pro výrobu těchto zrcadel se využívají dvě drahé a relativně komplikované optické technologie (leštící a replikační).
Leštící technologie využívá standardních optických leštících metod. Leštění probíhá na drahém jednoúčelovém zařízení, kde se opracovává vnitřní povrch rotačně symetrickém substrátu po dobu několik měsíců. Tato technologie je použitelná pro zrcadla o průměru 0.5 1.0 m a byla použita například u družice CHANDRA (1999).
Kosmické mise, které vyžadují menší průměry zrcadel, se dají zhotovit pouze replikační technologií. Pro replikační technologii je nutné vyrobit velice přesné mandrely (minimální makro i mikro deformace), jejichž výroba je složitá a finančně nákladná. Na tyto mandrely je elektrochemicky nanesena vrstva niklu (několik milimetrů), která je následně sejmuta z mandrelu. Sejmutý elektrochemický povlak je požadovanou optikou, která by měla co nejlépe okopírovat tvar mandrelu. Zrcadla připravena replikační technologií byla použita v misi XMM (1999).
V současné době se hledají technologie pro přípravu kosmických rentgenových teleskopů typu Wolter 1 o velkých průměrech (4-10 m). Na tuto optiku jsou kladeny mimořádné požadavky z hlediska přesnosti, neboť rozlišovací schopnost optického systému má být řádově několik úhlových vteřin. Takto velkou optiku již nelze vyrobit v jednom kuse, ale musí být sestavena z menších segmentů, což sebou přináší řadu technologických problémů. Jednotlivé segmenty jsou založeny na tenkých tvarově velice přesných substrátech. Na sestavení celého optického systému bude zapotřebí desetitisíce až statisíce těchto substrátů
v závislosti na jejich velikosti. Jako vhodné materiály se jeví skleněné a křemíkové substráty. Skleněné substráty se tepelně formují na drahých přesných mandrelech. Další nevýhodou této technologie je nutnost tepelně formovat každou fólii zvlášť, přičemž jeden proces tepelného formování trvá zhruba jeden den. Doposud nebyl sestaven modul z několika naformovaných skleněných fólií, tak aby byly extrémní požadavky na rozlišení splněny.
Rentgenové teleskopy typu Wolter I mají malý zorný úhel (do 1°), a proto s nimi lze jen velice obtížně detekovat krátkodobé záblesky popřípadě mapovat oblohu v reálném čase. Vzhledem k těmto skutečnostem přichází na řadu tzv. širokoúhlá rentgenová optika. Jedná se o optický systém cylindricky uspořádaných tenkých rovinných reflexních fólií, a to buď v jednodimenzionálním (ID) nebo dvojdimenzionálním (2D) uspořádání. První teoretický návrh takovéhoto širokoúhlého optického systému publikoval W.K.H. Schmidt v roce 1975. V roce 1979 J.R.P. Angel uveřejnil další návrh tentokrát třídimenzionálního (3D) širokoúhlého optického systému založeného na pravoúhlých kanálcích. Ideu velkého kosmického dalekohledu založenou na čtvercových modulech poprvé představil P. Gorenstein v roce 1998. Tento návrh vychází z geometrického uspořádání navrženého P. Kirkpatrickem a A.V.J. Baezem roku 1948 (pravoúhlé zkřížení dvou asférických ploch), neřeší však efektivní uspořádání čtvercových modulů do kruhové apertury.
Nejbližší podobné teoretické řešení ke zde navrhovanému geometrickému uspořádání bylo uvedeno v odborném časopisu Optics for EUV, X-ray and Gamma-ray Astronomy IV (Proc, of SPIE Vol.7437) Richardem Willingalem a Frankem H.P. Spaanem v roce 2009. V tomto článku jsou popsány dvě geometrické uspořádání („slunečnice“ a „pravoúhlé“). Moduly v tzv. slunečnicovém uspořádání jsou orientovány v optickém systému (teleskopu) tak, že úhlopříčka všech modulů protíná optickou osu teleskopu. Moduly v tzv. pravoúhlém uspořádání jsou orientovány v teleskopu tak, že úhlopříčky jsou vzájemně rovnoběžné a moduly jsou uspořádány do čtvercové sítě (uprostřed kruhové apertury). Pravoúhlé uspořádání efektivněji využívá aperturu než slunečnicové uspořádání. U tohoto uspořádání vznikne nefunkční zóna, kde je Část modulů neaktivní. Ve slunečnicovém uspořádání již nevznikne nefunkční zóna, ale uspořádání modulů není těsné a efektivní.
< · · v « · ·« • · · · · · · · « i .j. j.
Podstata vynálezu
Rentgenový optický systém složený z modulů s tenkými reflexními fóliemi nebo pravoúhlými kanálky je optický systém složený z minimálně 5 segmentů, přičemž segment je tvořen z minimálně jednoho modulu a úhlopříčky všech modulů v segmentu jsou vždy rovnoběžné s osou souměrnosti segmentu, přičemž segment je výseč se středovým úhlem od 18° do 72° v jehož nejužší části je nefunkční zóna. Navržený rentgenový optický systém má pouze malou středovou nefunkční zónu, která může být vyplněna tenkými rotačně symetrickými fóliemi do jiného geometrického uspořádání tak, aby vzniklo společné ohnisko celého optického systému. Rentgenový optický systém má jednotlivé segmenty uspořádány tak, aby se apertura rentgenového optického systému blížila kruhové apertuře, přičemž osa souměrnosti segmentu vždy protíná osu optického systému.
Navržený rentgenový optický systém má výhodu v tom, že uspořádání jednotlivých modulů i segmentů efektivně využívá aperturu a vykrývá nefunkční zónu. Rotací celého rentgenového optického systému okolo optické osy systému lze zvýšit homogenitu svazku. Kromě toho výroba navrženého optického systému nevyžaduje drahé mandrely a lze použít komerčně dostupné substráty. Nefunkční zóna může být vyplněna tenkými rotačně symetrickými fóliemi uspořádaných do jiného geometrického uspořádání, např. parabolické respektive eliptické uspořádání, čímž se zvětší efektivní plocha celého optického systému pro vyšší energie. Rentgenový optický systém složený z modulů s tenkými reflexními fóliemi nebo pravoúhlými kanálky, podle tohoto vynálezu, má další výhodu v tom, že navržené geometrické uspořádání vede k větší efektivitě světelnosti rentgenového optického systému. Navržené uspořádání rentgenového optického systému lze použít jak pro fokusaci rentgenového záření z nekonečna do bodu (astrofyzikální aplikace), tak i pro fokusaci a zobrazení rtg. záření z bodu do bodu (laboratorní aplikace).
Ob jasnění výkresů
Vynález bude blíže vysvětlen pomocí obrázků, kde obr.1 představuje schéma modulů se čtvercovou aperturou dle Schmidt a Angel uspořádání, obr.2 je schéma průchodu rentgenových paprsků optickým systémem, obr.3 představuje schéma segmentu, obr.4 je schéma rentgenového optického systému složeného ze segmentů a obr. 5 představuje schéma * · · · ··· » * 4 : : : : : · ϊ :
··♦ · *· ··♦ ·· *«· rentgenového optického systému složeného ze segmentů, kde je nefunkční zóna vyplněna tenkými rotačně symetrickými reflexními fóliemi, které mají společnou optickou osu se systémem.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1:
Rentgenový optický systém 3 je založen na totálním odrazu. Základní stavební jednotkou rentgenového optického systému 3 je modul 1 se čtvercovou aperturou. Jednotlivé moduly 1 navrženého optického systému 3 jsou typu Schmidt (2D). U Schmidtova uspořádání je modul 1 složen ze dvou sub-modulů, z nichž v jednom jsou fólie uspořádány vertikálně a v druhém horizontálně, přičemž v obou sub-modulech dojde k jednomu odrazu rentgenového paprsku jak je zobrazeno na Obr. 2, tzn. v každém optické systému se paprsek odrazí 2x. Tenké reflexní fólie s největší možnou efektivitou vykrývají prostorové pole, tzn. kde nad optickou osou 4 optického systému 3 končí jedna fólie, tam začíná další fólie jak zobrazuje Obr. 2. Reflexní fólie je substrát s nízkou drsností povrchu umožňující odraz rentgenového záření. Pro zobrazující optický systém 3 s dlouhou ohniskovou vzdáleností se použijí rovinné reflexní fólie. Pro zobrazující optický systém 3 se střední ohniskovou vzdáleností se použijí planámě sférické reflexní fólie. Pro zobrazující optický systém 3 s krátkou ohniskovou vzdáleností se použijí planámě asféricky zakřivené fólie. Pro širokoúhlý zobrazující optický systém 3 se použijí reflexní rovinné fólie oboustranně odrážející rentgenové záření se stejným rozestoupením reflexních fólií v celém optickém systému 3. Navržené geometrické uspořádání rentgenového optického systému 3 se použije pro fokusaci rentgenového záření z nekonečna do bodu pro astrofyzikální aplikaci a pro fokusaci nebo zobrazení rtg. záření z bodu do bodu pro laboratorní aplikace.
Příklad 2:
Rentgenový optický systém 3 je založen na totálním odrazu. Základní stavební jednotkou rentgenového optického systému 3 je modul 1. se čtvercovou aperturou. Jednotlivé moduly 1 navrženého optického systému 3 mohou být typu Angel (3D). U Angelova uspořádání je modul 1 složen z pravoúhlých kanálků. Pravoúhlé kanálky mají nízkou drsnost vnitřního povrchu umožňující odraz rentgenového záření. Pro širokoúhlý zobrazující optický systém 3 se použijí pravoúhlé kanálky o přesně definovaném čtvercovém průřezu a sbíhavosti.
Příklad 3:
Moduly 1 jsou uspořádány do segmentu 2 podle Obr. 3, přičemž úhlopříčky všech modulů 1 v segmentu 2 jsou vždy rovnoběžné s osou 5 souměrnosti segmentu 2. Moduly 1 jsou uspořádány do čtvercové sítě pravoúhle, aby bylo prostorové vykrytí pole nej efektivnější. Rentgenový optický systém 3 je složen z 8 segmentů 2 dle Obr. 4. Segmenty 2 jsou uspořádány tak, že efektivně vykrývají kruhovou aperturu rentgenového optického systému 3. Všechny osy 5 souměrnosti segmentů 2 vždy protínají optickou osu 4 optického systému 3.
Příklad 4:
Střed navrženého rentgenového optického systému 3 může být modifikován dle Obr. 5. Nefunkční zóna je vyplněna tenkými rotačně symetrickými fóliemi 7 parabolického tvaru, kde dochází pouze k jednomu odrazu, čímž se zvětší efektivní plocha celého optického systému 3 pro vyšší energie. Tato modifikaci je vhodná pro zobrazení z nekonečna do bodu.
Příklad 5:
Střed navrženého rentgenového optického systému 3 může být modifikován dle Obr. 5. Nefunkční zóna je vyplněna tenkými rotačně symetrickými fóliemi 7 eliptického tvaru, kde dochází pouze k jednomu odrazu, čímž se zvětší efektivní plocha celého optického systému 3 pro vyšší energie. Tato modifikaci je vhodná pro zobrazení z bodu do bodu.
Průmyslová využitelnost:
Navržený rentgenový optický systém 3 lze využít jako kondenzor EUV/rtg záření pro litografii. EUV/rtg litografie se používá pro průmyslovou výrobu chipů. Celý rentgenový optický systém 3 může rotovat okolo optické osy 4 optického systému 3, čímž se zlepší homogenita svazku.
Navržený rentgenový optický systém 3 lze využít pro fokusaci částic, např. neutronů a elektronů.
Navržený rentgenový optický systém 3 lze využít pro zvýšení účinnosti fluorescenční rentgenové analýzy.

Claims (3)

PATENTOVÉ NÁROKY
1 Rentgenový optický systém složený z modulů s tenkými reflexními fóliemi nebo pravoúhlými kanálky, vyznačující se tím, že optický systém (3) je složen z minimálně 5 segmentů (2), přičemž segment (2) je tvořen z minimálně jednoho modulu (1) a úhlopříčky všech modulů (1) v segmentu (2) jsou vždy rovnoběžné s osou (5) souměrnosti segmentu (2), přičemž segment (2) je výseč se středovým úhlem od 18° do 72° v jehož nejužší části je nefunkční zóna (6).
2 Rentgenový optický systém, podle nároku 1, vyznačující se tím, že nefunkční zóna (6) je vyplněna tenkými rotačně symetrickými fóliemi uspořádaných do jiného geometrického uspořádání tak, aby vzniklo společné ohnisko celého optického systému (3).
3 Rentgenový optický systém, podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotlivé segmenty (2) jsou uspořádány tak, aby se apertura rentgenového optického systému (3) blížila kruhové apertuře, přičemž osa (5) souměrnosti segmentu (2) vždy protíná optickou osu (4) rentgenového optického systému (3),
CZ2011-297A 2011-05-17 2011-05-17 Rentgenový optický systém CZ306934B6 (cs)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2011-297A CZ306934B6 (cs) 2011-05-17 2011-05-17 Rentgenový optický systém
PCT/IB2012/052425 WO2012156908A1 (en) 2011-05-17 2012-05-15 X-ray optical system
EP12728320.8A EP2710610B1 (en) 2011-05-17 2012-05-15 X-ray optical system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2011-297A CZ306934B6 (cs) 2011-05-17 2011-05-17 Rentgenový optický systém

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2011297A3 true CZ2011297A3 (cs) 2011-07-27
CZ306934B6 CZ306934B6 (cs) 2017-09-27

Family

ID=44307748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2011-297A CZ306934B6 (cs) 2011-05-17 2011-05-17 Rentgenový optický systém

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2710610B1 (cs)
CZ (1) CZ306934B6 (cs)
WO (1) WO2012156908A1 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202023107238U1 (de) 2022-12-06 2024-04-09 Vladimír Tichý Anordnung eines optischen Moduls für ein optisches System, insbesondere vom Typ Hummerauge

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU175420U1 (ru) * 2017-08-03 2017-12-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Устройство для управления сходимостью рентгеновского пучка
CN111427077B (zh) * 2020-04-24 2021-11-02 中国建筑材料科学研究总院有限公司 一种x射线探测镜头及其制备方法
CN113916910B (zh) * 2021-10-19 2023-07-28 中国建筑材料科学研究总院有限公司 一种x射线探测镜片及其制备方法和应用
CZ310015B6 (cs) * 2022-12-06 2024-05-08 Tichý Vladimír Mgr., Ph.D. Sestava optického modulu pro optický systém, zejména typu račího oka a způsob přípravy této sestavy

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992009088A1 (en) * 1990-11-20 1992-05-29 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Improved multiple channel configurations for conditioning x-ray or neutron beams
JP2002286547A (ja) * 2000-12-28 2002-10-03 Inst Of Physical & Chemical Res 広帯域直入射望遠鏡
FR2866438B1 (fr) * 2004-02-16 2006-08-11 Agence Spatiale Europeenne Element optique reflecteur, son procede de fabrication, et instrument optique mettant en oeuvre de tels elements
WO2006050891A2 (en) * 2004-11-09 2006-05-18 Carl Zeiss Smt Ag A high-precision optical surface prepared by sagging from a masterpiece
JP2007163191A (ja) * 2005-12-09 2007-06-28 Canon Inc 多層膜反射鏡、多層膜反射鏡を備えた光学系
JP5076349B2 (ja) * 2006-04-18 2012-11-21 ウシオ電機株式会社 極端紫外光集光鏡および極端紫外光光源装置
FR2901628B1 (fr) * 2006-05-24 2008-08-22 Xenocs Soc Par Actions Simplif Ensemble optique de coques reflectives et procede associe

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202023107238U1 (de) 2022-12-06 2024-04-09 Vladimír Tichý Anordnung eines optischen Moduls für ein optisches System, insbesondere vom Typ Hummerauge

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012156908A1 (en) 2012-11-22
EP2710610A1 (en) 2014-03-26
CZ306934B6 (cs) 2017-09-27
EP2710610B1 (en) 2019-09-11
WO2012156908A4 (en) 2013-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Willingale et al. The hot and energetic universe: The optical design of the athena+ mirror
CZ2011297A3 (cs) Rentgenový optický systém
Van Inneman et al. Progress in lobster-eye x-ray optics development
Hudec et al. Lobster eye x-ray optics
Van Inneman et al. Lobster eye x-ray optics
Beijersbergen et al. Development of x-ray pore optics: novel high-resolution silicon millipore optics for XEUS and ultralow mass glass micropore optics for imaging and timing
Hudec Kirkpatrick‐Baez (KB) and Lobster Eye (LE) Optics for Astronomical and Laboratory Applications
Gorenstein et al. Lobster-eye X-ray telescope prototype
Pelliciari et al. BEaTriX, expanded x-ray beam facility for testing modular elements of telescope optics: an update
Lider Grazing-incidence focusing optics for x-ray telescopes
Simon et al. X-ray prism lenses with large apertures
Hudec et al. Astronomical lobster eye telescopes
Hudec et al. Replicated x-ray optics for space applications
Hudec et al. New trends in space x-ray optics
Hudec Kirkpatrick-Baez x-ray optics: a review
Jin et al. New micro pore optics for X-ray pulsar navigation
Peele Instrumentation for a next-generation x-ray all-sky monitor
Kitamoto et al. Development of an ultra high-precision x-ray telescope with an adaptive optics system
Beijersbergen et al. High-resolution micropore x-ray optics produced with microchannel plate technology
Hudec et al. Wide-field x-ray optics
Liao et al. Calibration of X-ray telescope prototypes at PANTER
Proserpio Development of the glass slumping technology for the production of teh X-raymirrors aboard the international X-ray observatory optical module.
Matsuyama et al. Development of achromatic full-field x-ray microscopy with compact imaging mirror system
Feldman Smart X-ray optics for large and small scale applications
Bavdaz et al. ESA's response to the challenges of developing X-ray optics

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20230517