DE112013004494T5

DE112013004494T5 - Polykapillarlinse

Info

Publication number: DE112013004494T5
Application number: DE112013004494.3T
Authority: DE
Inventors: c/o Hamamatsu Photonics K.K. Sakai Takuya; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Suzuki Yutaro
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-05-28
Also published as: JP2014059173A; US20150213912A1; WO2014042126A1; JP5964705B2

Abstract

Eine Polykapillarlinse 10A weist eine Vielzahl von Kapillaren 18a, 18b auf, die sich von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche erstreckt und ausgebildet ist, Strahlung oder einen Teilchenstrahl, die/der in der einen Stirnfläche eingegeben wird, zu der anderen Stirnfläche zu leiten, und weist eine Vielzahl konzentrischer Bereiche A1, A2 in einer Ebene, die sich mit einer Führungsrichtung der Strahlung oder des Teilchenstrahls schneidet, auf. Darüber hinaus unterscheidet sich ein Innendurchmesser La der Kapillaren 18a im Bereich A1 von einem Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b im Bereich A2. Dadurch wird die Polykapillarlinse gebildet, die in der Lage ist, für Anwendungen geeignete Eigenschaften zu realisieren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polykapillarlinse.
Stand der Technik
Das Patentdokument 1 beschreibt eine Polykapillarlinse, die aus einer Vielzahl von gebündelten Hohlröhren besteht. Diese Polykapillarlinse ist derart ausgebildet, dass Röntgenstrahlen, die von einem Punkt außerhalb einer Eingangsstirnfläche oder eines Röntgenstrahleneingangs in Form eines parallelen Strahls emittiert werden, durch das Innere einer jeden Kapillare zu einer Ausgangsstirnfläche geleitet und die Röntgenstrahlen auf einen Punkt außerhalb der Ausgangsstirnfläche fokussiert werden. Die Polykapillarlinse kann auch die Röntgenstrahlen, die von einem Punkt außerhalb der Eingangsstirnfläche emittiert werden, durch das Innere einer jeden Kapillare zu der Ausgangsstirnfläche leiten und die Röntgenstrahlen in Form eines parallelen Strahls ausgeben.
Das Patentdokument 2 beschreibt ein optisches Kapillarsystem zum Erzeugen eines Hochintensitätsröntgenstrahls mit kleinem Durchmesser. Dieses System ist mit einer optischen Vorrichtung ausgestattet, die aus einer Vielzahl von Kapillarröhren besteht, die integral (bzw. einstückig) durch Schmelzen gebildet werden.
Zitationsliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2005-321246
Patentdokument 2: Japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung Nr. H10-508947

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Polykapillarlinsen werden in verschiedenen Anwendungen, wie zum Beispiel bei der Röntgenbeugung (XRD: Röntgenbeugung) verwendet, und es kann erforderlich sein, dass die Polykapillarlinsen je nach Anwendung unterschiedliche Eigenschaften aufweisen müssen. Zum Beispiel weist in einer Anwendung, bei der versucht wird, Röntgenstrahlen mit einer Energieverteilung, bei der die Energie im mittleren Bereich größer als im Randbereich ist, einzugeben und Röntgenstrahlen mit einer gleichmäßigen Energieverteilung auszugeben, die Polykapillarlinse wünschenswerterweise eine solche Charakteristik auf, dass die Röntgenstrahlentransmission im Randbereich höher als im mittleren Bereich ist. In anderen Anwendungen, bei denen versucht wird, einfach eine hohe Gesamtenergieleistung der Ausgangsröntgenstrahlen zu erzeugen, wird wünschenswerterweise jede Kapillare so ausgebildet, dass eine hohe Röntgenstrahlentransmission in jeder einzelnen, die Polykapillarlinse bildenden Kapillare erzeugt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme konzipiert und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Polykapillarlinse bereitzustellen, die in der Lage ist, eine für eine Anwendung geeignete Charakteristik zu realisieren.
Lösung des Problems
Zur Lösung des oben beschriebenen Problems, umfasst eine erste Polykapillarlinse gemäß der vorliegenden Erfindung eine Polykapillarlinse mit einer Vielzahl von Kapillaren, die sich von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche erstreckt und so ausgebildet ist, um Strahlung oder einen Teilchenstrahl, die/der in der einen Stirnseite eingegeben wird, zu der anderen Stirnfläche zu leiten, wobei sich in einer Ebene, die sich mit einer Führungsrichtung der Strahlung oder des Teilchenstrahls schneidet, eine Vielzahl konzentrischer Bereiche befindet, die sich im Innendurchmesser der Kapillaren voneinander unterscheidet.
Ferner umfasst eine zweite Polykapillarlinse gemäß der vorliegenden Erfindung ein Polykapillarlinse mit einer Vielzahl von Kapillaren, die sich von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche erstreckt und so ausgebildet ist, um Strahlung oder einen Teilchenstrahl, die/der in der einen Stirnseite eingegeben wird, zu der anderen Stirnfläche zu leiten, wobei sich in einer Ebene, die sich mit einer Führungsrichtung der Strahlung oder des Teilchenstrahls schneidet, ein Innendurchmesser der Kapillaren in einem ersten Bereich von einem Innendurchmesser der Kapillaren in einem zweiten Bereich, der den ersten Bereich umgibt, unterscheidet.
Es gibt Polykapillarlinsen mit unterschiedlichsten Formen. Beispiele hierfür umfassen eine Linse, die ausgebildet ist, Strahlung oder einen Teilchenstrahl, die/der von einer Punktstrahlungsquelle an der einen Stirnfläche eingegeben wird, zu einem parallelen Strahl zu formen und den parallelen Strahl aus der anderen Stirnfläche auszugeben, eine Linse, die ausgebildet ist, parallele Strahlung oder einen parallelen Teilchenstrahl, die/der an der einen Stirnfläche eingegeben wird, zu einem fokussierten Strahl zu formen und den fokussierten Strahl aus der anderen Stirnfläche auszugeben, eine Linse, die ausgebildet ist, Strahlung oder einen Teilchenstrahl, die/der von einer Punktstrahlungsquelle an der einen Stirnfläche eingegeben wird, zu einem fokussierten Strahl zu formen und den fokussierten Strahl aus der anderen Stirnfläche auszugeben, und so weiter. Zur Realisierung dieser Vorgänge wird die Vielzahl von Kapillaren, die die Polykapillarlinse bildet, derart gebildet, dass sich einige Kapillare linear zwischen der Eingangsstirnfläche und der Ausgangsstirnfläche erstrecken, und dass andere Kapillare zwischen der Eingangsstirnfläche und der Ausgangsstirnfläche gebogen ausgebildet sind.
Im Hinblick auf solche Polykapillarlinsen, haben die Erfinder die folgende Tatsache herausgefunden. In einer sich linear erstreckenden Kapillare nimmt nämlich die Anzahl der Reflexionen der Strahlung (oder des Teilchenstrahls) an der Innenwand mit Abnahme des Innendurchmessers der Kapillare zu, sodass sich der Verlust erhöht, und sich dadurch die Transmission verringert. 20 zeigt ein Darstellung, die schematisch die zuvor beschriebene Situation darstellt, wobei (a) in 20 einen Querschnitt entlang der Führungsrichtung einer Kapillare 110 mit einem großen Innendurchmesser zeigt, und (b) in 20 einen Querschnitt entlang der Führungsrichtung einer Kapillare 120 mit einem kleinen Innendurchmesser zeigt. Wie in diesen Figuren gezeigt, werden, wenn die Strahlung (oder der Teilchenstrahl) XR in einem bestimmten festgelegten Winkel θa auf die Stirnfläche einfällt, die Reflexionsabstände G der Strahlung (oder des Teilchenstrahls) XR kürzer, und somit wird die Anzahl der Reflexionen in der Kapillare 120 mit kleinem Innendurchmesser größer als in der Kapillare 110 mit großem Innendurchmesser. Daher nimmt in der sich linear erstreckenden Kapillare der Verlust der Strahlung (oder des Teilchenstrahls) mit abnehmenden Innendurchmesser zu.
Andererseits wird in einer gebogenen Kapillare der Einfallswinkel der Strahlung (oder des Teilchenstrahls) auf der Innenwand mit Zunahme des Innendurchmessers größer, so dass der Verlust zunimmt. 21 zeigt eine Darstellung, die schematisch die zuvor beschriebene Situation darstellt, wobei a) in 21 einen Querschnitt entlang der Führungsrichtung einer Kapillare 130 mit einem großen Innendurchmesser zeigt, und (b) in 21 einen Querschnitt entlang der Führungsrichtung einer Kapillare 140 mit einem kleinen Innendurchmesser 20 zeigt. Wie in diesen Figuren gezeigt, liegt bei Einfall der Strahlung (oder des Teilchenstrahls) XR auf die Stirnfläche in einem bestimmten festgelegten Winkel θb, die erste Reflexionsposition F weiter weg von der Eingangsstirnfläche, und somit wird der Einfallswinkel θc der Strahlung (oder des Teilchenstrahls) XR auf der Innenwand in der Kapillare 130 mit großem Innendurchmesser kleiner als in der Kapillare 140 mit kleinem Innendurchmesser, so dass der Reflexionsgrad abnimmt. Daher nimmt in der gebogenen Kapillare der Verlust der Strahlung (oder des Teilchenstrahls) mit zunehmenden Innendurchmesser zu, sodass sich der Durchlässigkeitsgrad verringert.
Die oben genannte erste Polykapillarlinse umfasst in einer sich mit einer Führungsrichtung der Strahlung oder des Teilchenstrahls schneidenden Ebene die Vielzahl von konzentrischen Bereichen, die sich im Kapillarinnendurchmesser voneinander unterscheidet. In der zuvor erwähnten zweiten Polykapillarlinse unterscheidet sich in einer sich mit einer Führungsrichtung der Strahlung oder des Teilchenstrahls schneidenden Ebene der Innendurchmesser der Kapillaren in dem ersten Bereich von dem Innendurchmesser der Kapillaren in dem zweiten Bereich, der den ersten Bereich umgibt.
Auf diese Weise werden die Innendurchmesser der Kapillaren in den Bereichen unterschiedlich eingestellt, wodurch die Höhe des Verlusts für die einzelnen Bereiche einstellbar ist. Zum Beispiel kann in einem Bereich mit linearen Kapillaren in dem Fall, in dem ein geringer Verlust gewünscht wird, ein großer Innendurchmesser für die Kapillaren festgelegt werden, oder in dem Fall, in dem ein großer Verlust gewünscht wird, ein kleiner Innendurchmesser für die Kapillaren festgelegt werden. In einem Bereich mit gebogenen Kapillaren kann in dem Fall, in dem ein geringer Verlust gewünscht wird, ein kleiner Innendurchmesser für die Kapillaren festgelegt werden, oder in dem Fall, in dem ein großer Verlust gewünscht wird, ein großer Innendurchmesser für die Kapillaren festgelegt werden.
Wie zuvor erwähnt, können die oben beschriebene erste und zweite Polykapillarlinse die für Anwendungen geeigneten Eigenschaften realisieren, wenn die Innendurchmesser der Kapillaren in der Vielzahl von Bereichen unterschiedlich eingestellt werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Polykapillarlinsen gemäß der vorliegenden Erfindung können die für Anwendungen geeigneten Eigenschaften realisieren.
1 ist eine Seitenansicht, die die Polykapillarlinse gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 umfasst (a) eine Darstellung, die einen Querschnitt der Polykapillarlinse entlang der in 1 gezeigten Linie II-II darstellt, (b) eine Querschnittansicht, die eine Vergrößerung des Bereichs A1 darstellt, und (c) eine Querschnittansicht, die eine Vergrößerung des Bereichs A2 darstellt.
3 ist eine Darstellung, die eine Querschnittstruktur einer Vorform darstellt, die zur Herstellung der Polykapillarlinse verwendet wird.
4 ist eine Darstellung, die eine Vergrößerung eines Teils der Querschnittstruktur der in 3 gezeigten Vorform darstellt.
5 umfasst (a) eine Seitenansicht der Polykapillarlinse, (b) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der an der einer Stirnfläche eingegebenen Röntgenstrahlen zeigt und (c) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der aus der anderen Stirnfläche ausgegebenen Röntgenstrahlen zeigt.
6 ist ein Diagramm, das das Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Intensitätsverteilung der Ausgangsröntgenstrahlen der Polykapillarlinse einer Ausführungsform und der Polykapillarlinse eines Vergleichsbeispiels mit einem gleichmäßigen Kapillarinnendurchmesser darstellt.
7 umfasst (a) eine Darstellung, die einen Querschnitt zeigt, der sich mit einer Röntgenstrahlenführungsrichtung der Polykapillarlinse gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel schneidet, (b) eine Querschnittansicht, die eine Vergrößerung des Bereichs A1 darstellt und (c) eine Querschnittansicht, die eine Vergrößerung des Bereichs A2 darstellt.
8 umfasst (a) eine Seitenansicht der Polykapillarlinse gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel, (b) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der an der einer Stirnfläche eingegebenen Röntgenstrahlen zeigt und (c) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der aus der anderen Stirnfläche ausgegebenen Röntgenstrahlen zeigt.
9 ist eine Seitenansicht, die die Polykapillarlinse gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel darstellt.
10 umfasst (a) eine Seitenansicht der Polykapillarlinse gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel, (b) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der an der einer Stirnfläche eingegebenen Röntgenstrahlen zeigt und (c) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der aus der anderen Stirnfläche ausgegebenen Röntgenstrahlen zeigt.
11 umfasst (a) eine Seitenansicht der Polykapillarlinse gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel, (b) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der an der einer Stirnfläche eingegebenen Röntgenstrahlen zeigt und (c) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der aus der anderen Stirnfläche ausgegebenen Röntgenstrahlen zeigt.
12 ist eine Seitenansicht, die die Polykapillarlinse gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel darstellt.
13 umfasst (a) eine Seitenansicht der Polykapillarlinse gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel, (b) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der an der einer Stirnfläche eingegebenen Röntgenstrahlen zeigt und (c) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der aus der anderen Stirnfläche ausgegebenen Röntgenstrahlen zeigt.
14 umfasst (a) eine Seitenansicht der Polykapillarlinse gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel, (b) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der an der einer Stirnfläche eingegebenen Röntgenstrahlen zeigt und (c) eine Darstellung, die ein Beispiel einer Intensitätsverteilung der aus der anderen Stirnfläche ausgegebenen Röntgenstrahlen zeigt.
15 ist eine Darstellung, die eine Querschnittstruktur einer Vorform, die für die Herstellung der Polykapillarlinse verwendet wird, als ein viertes Modifikationsbeispiel darstellt.
16 ist eine Darstellung, die eine Vergrößerung eines Teils der Querschnittstruktur der in 15 gezeigten Vorform darstellt.
17 ist eine Darstellung, die eine weitere Form des vierten Modifikationsbeispiels darstellt, das eine Vergrößerung eines Teils einer Querschnittstruktur einer Vorform zeigt, die für die Herstellung der Polykapillarlinse verwendet wird.
18 ist eine Darstellung, die eine Querschnittstruktur einer Vorform, die für die Herstellung der Polykapillarlinse verwendet wird, als ein fünftes Modifikationsbeispiel darstellt.
19 ist eine Darstellung, die eine Querschnittstruktur einer Vorform, die für die Herstellung der Polykapillarlinse verwendet wird, als ein fünftes Modifikationsbeispiel darstellt.
20 umfasst (a) eine Darstellung, die einen Querschnitt entlang der Führungsrichtung einer Kapillare mit einem großem Innendurchmesser zeigt, und (b) eine Darstellung, die einen Querschnitt entlang der Führungsrichtung einer Kapillare mit einem kleinen Innendurchmesser zeigt.
21 umfasst (a) eine Darstellung, die einen Querschnitt entlang der Führungsrichtung einer Kapillare mit einem großem Innendurchmesser zeigt, und (b) eine Darstellung, die einen Querschnitt entlang der Führungsrichtung einer Kapillare mit einem kleinen Innendurchmesser zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Polykapillarlinse gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Darüber hinaus werden in der Beschreibung der Zeichnungen gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen, ohne redundante Beschreibung, bezeichnet.
1 ist eine Seitenansicht, die die Polykapillarlinse (Multikapillarlinse) 10A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 1 zeigt sowohl Röntgenstrahlen XR1, die in diese Polykapillarlinse 10A eingegeben werden, als auch Röntgenstrahlen XR2, die aus der Polykapillarlinse 10A ausgegeben werden. Die Polykapillarlinse 10A weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, und ein Querschnitt senkrecht zur Mittelachse ist ein Kreis, der auf der Mittelachse zentriert angeordnet ist. Diese Polykapillarlinse 10A wandelt die von einer Punktröntgenstrahlungsquelle 12 in der einen Stirnfläche 14 eingegebenen Röntgenstrahlen XR1 in parallele Röntgenstrahlen (Röntgenstrahlen XR2) um und gibt die parallelen Röntgenstrahlen XR2 aus der anderen Stirnfläche 16 aus. Zu diesem Zweck nimmt der Durchmesser der Polykapillarlinse 10A in Richtung der Eingangsstirnfläche 14 nach und nach ab.
(a) in 2 zeigt einen Querschnitt der Polykapillarlinse 10A entlang der in 1 gezeigten Linie II-II, das heißt, einen Querschnitt, die sich mit einer Röntgenstrahlenführungsrichtung der Polykapillarlinse 10A schneidet. Genauer gesagt, liegt dieser Querschnitt senkrecht zur Mittelachse B der Polykapillarlinse 10A.
Wie in (a) in 2 gezeigt, weist diese Polykapillarlinse 10A eine Vielzahl von (zwei in der vorliegenden Ausführungsform) konzentrischen Bereichen A1, A2 in einer Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, auf. Mit anderen Worten, weist die Polykapillarlinse 10A den ersten Bereich (effektiver Mittelabschnitt) A1 und den zweiten Bereich (Randbereich) A2, der den ersten Bereich A1 umgibt, in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, auf. Der gemeinsame Mittelpunkt dieser Bereiche A1, A2 liegt beispielsweise auf der Mittelachse B der Polykapillarlinse 10A und fällt mit der Mittelachse des Leitröntgenstrahls zusammen. Der Durchmesser des Bereichs A1 beträgt beispielsweise die Hälfte des Durchmessers des Bereichs A2.
(b) in 2 ist eine Querschnittansicht, die eine Vergrößerung des Bereichs A1 darstellt. (c) in 2 ist eine Querschnittansicht, die eine Vergrößerung des Bereichs A2 darstellt. Wie in (b) in 2 und (c) in 2 gezeigt, weist die Polykapillarlinse 10A eine Vielzahl von Kapillaren 18a in dem Bereich A1 und ein Vielzahl von Kapillaren 18b in dem Bereich A2 auf. Die Vielzahl von Kapillaren 18a ist in dem Bereich A1 in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, zweidimensional angeordnet. In ähnlicher Weise sind die Kapillaren 18b in dem Bereich A2 in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, zweidimensional angeordnet.
Die Kapillaren 18a und 18b sind Löcher, die sich von der Eingangsstirnfläche (der einen Endseite) 14 zur Ausgangsstirnfläche (der andere Endseite) 16 der Polykapillarlinse 10A erstrecken und durch diese Flächen hindurch ausgebildet sind. Die Kapillaren 18a und 18b leiten die Röntgenstrahlen (Eingangsröntgenstrahlen XR1), die in die Öffnungen an der Eingangsstirnflächenseite 14 eingegeben werden, durch das Innere derselben und geben die parallelen Röntgenstrahlen XR2 aus den Öffnungen auf der Ausgangsstirnflächenseite 16 aus. Die Darstellungen zeigen die Kapillaren 18a und 18b des kreisförmigen Querschnitts, jedoch kann die Querschnittform der Kapillaren 18a und 18b zum Beispiel eine regelmäßige Polygonform (zum Beispiel eine regelmäßige Hexagonform bzw. Seckseckform) oder eine regelmäßige Polygonform mit abgerundeten Ecken aufweisen.
Wie zuvor beschrieben, nimmt der Querschnittdurchmesser in der Polykapillarlinse 10A der vorliegenden Ausführungsform nach und nach in Richtung der Eingangsstirnfläche 14 ab, um die parallelen Röntgenstrahlen XR2 von den Röntgenstrahlen XR1, die von der Punktröntgenstrahlungsquelle 12 eingegebenen werden, auszugeben. Insbesondere werden die Kapillaren 18a und 18b in der Nähe der Eingangsstirnfläche 14 in Richtung der Mitte der Linse 10A derart geneigt, dass Verlängerungslinien der Mittelachsen der Kapillaren 18a und 18b in der Eingangsstirnfläche 14 die Punktröntgenstrahlungsquelle 12 durchlaufen, so dass die Röntgenstrahlen XR1, die aus der Punktröntgenstrahlungsquelle 12 abstrahlen und nach und nach divergieren, effizient in die Linse eingegeben werden. Andererseits werden zur Ausgabe der parallelen Röntgenstrahlen XR2 die Mittelachsen der Kapillaren 18a und 18b in der Ausgangsstirnfläche 16 parallel zu der Mittelachse der Linse 10A ausgerichtet.
Zum geeigneten Leiten der Röntgenstrahlen im Inneren der Kapillaren 18a und 18b, die die zuvor beschriebene Form aufweisen, erstrecken sich die Kapillaren 18a und 18b linear auf und in der Nähe der Mittelachse der Linse 10A und werden mit einer Krümmung, die mit dem Abstand von der Mittelachse zunimmt, gebogen. Das heißt, die Kapillaren 18a, die in dem näher an der Mittelachse angeordneten Bereich A1 enthalten sind, sind linear ausgebildet oder leicht gebogen, und die Kapillaren 18b, die in dem weiter von der Mittelachse entfernt angeordneten Bereich A2 enthalten sind, sind stark gebogen.
Ferner unterscheidet sich in der vorliegenden Ausführungsform der Innendurchmesser La der Kapillaren 18a in dem Bereich A1 von dem Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b in dem Bereich A2. Zum Beispiel ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, der Innendurchmesser La der Kapillaren 18a in dem näher an der Mittelachse B angeordneten Bereich A1 größer als der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b in dem weiter von der Mittelachse B entfernt angeordneten Bereich A2. Der Innendurchmesser La weist beispielsweise die doppelte Größe des Innendurchmessers Lb auf, und der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser La und dem Innendurchmesser Lb ist hinreichend größer als die Differenz der Innendurchmesser aufgrund sogenannter Maßfehler, Ungleichmäßigkeiten in der Temperaturverteilung in einem Herstellungsverfahren, und so weiter.
Die zuvor beschriebene Polykapillarlinse 10A wird hergestellt, indem eine Vorform aus einem Bündel von Kapillaranordnungen (Multihohlfasern), die jeweils aus einer Vielzahl von gebündelten Hohlröhren zur Bildung der Kapillaren 18a, 18b gebildet sind, hergestellt wird und indem die Vorform unter Wärmeeinwirkung zu einer sich verjüngenden Form ausgedehnt (bzw. verlängert) wird. 3 ist eine Darstellung, die eine Querschnittstruktur der Vorform 20, die für die Herstellung der Polykapillarlinse 10A verwendet wird, darstellt und einen sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidenden Querschnitt zeigt. 4 ist eine Darstellung, die eine Vergrößerung eines Teils der Querschnittstruktur der in 3 gezeigten Vorform 20 darstellt. In 3 ist der schraffierte Bereich in der Nähe der Mittelachse B ein Bereich, der zum Bereich A1 wird, wie in (a) in 2 gezeigt. Der nicht schraffierte Bereich ist ein Bereich, der zum Bereich A2 wird, wie in (a) in 2 gezeigt.
Wie in 3 gezeigt, weist die Vorform 20 eine Vielzahl von Kapillaranordnungen 21A, 21B auf. Im Bereich A1 ist die Vielzahl von Kapillaranordnungen 21A in einer Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, zweidimensional angeordnet. Im Bereich A2 ist die Vielzahl von Kapillaranordnungen 21B in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, zweidimensional angeordnet. Wie in 4 gezeigt, ist jede Kapillaranordnung 21A aus einem Bündel einer Vielzahl von Hohlröhren 22a gebildet, um die Kapillaren 18a zu bilden, und jede Kapillaranordnung 21B ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Hohlröhren 22b gebildet, um die Kapillaren 18b zu bilden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Querschnittformen der Kapillaranordnungen 21A, 21B in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, regelmäßige Sechsecke und in Form eines Bienenwabenmusters angeordnet, so dass benachbarte Kapillaranordnungen 21A (oder 21B) auf einer Seite des regelmäßigen Sechsecks in Kontakt miteinander sind. Diese Form der Vorform 20 wird auch von der Polykapillarlinse 10A übernommen und die Polykapillarlinse 10A weist ebenfalls eine Vielzahl von Kapillaranordnungen mit regelmäßigem Sechseckquerschnitt auf.
Wie in 4 gezeigt, sind der Innendurchmesser und Außendurchmesser der Hohlröhren 22a, die die Kapillaranordnungen 21A bilden, die im Bereich A1 enthalten sind, größer als der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Hohlröhren 22b, die die Kapillaranordnungen 21B bilden, die im Bereich A2 enthalten sind. Aus diesem Grund wird in der Polykapillarlinse 10A, die nach dem Erhitzen und Ausdehnen dieser Vorform 20 erhalten wird, auch der Innendurchmesser der Kapillaren 18a im Bereich A1 größer als der Innendurchmesser der Kapillaren 18b im Bereich A2.
Die Querschnittform und die Abmessung der Kapillaranordnungen 21A in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, sind jedoch gleich der Querschnittform und der Abmessung der Kapillaranordnungen 21B in der Ebene, wie in 4 gezeigt. Insbesondere bilden die Querschnittformen beider Kapillaranordnungen 21A, 21B regelmäßige Sechsecke und deren Außendurchmesser L1 und L2 sind gleich groß.
Im Nachfolgenden wird die Wirkung der oben beschriebenen Polykapillarlinse 10A der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 5 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Eigenschaft der Polykapillarlinse 10A. (a) in 5 ist eine Seitenansicht der Polykapillarlinse 10A, (b) in 5 zeigt ein Beispiel der Intensitätsverteilung der an der Stirnfläche 14 eingegebenen Röntgenstrahlen XR1 und (c) in 5 zeigt ein Beispiel der Intensitätsverteilung der aus der Stirnfläche 16 ausgegebenen Röntgenstrahlen XR2. Im Vergleich dazu, zeigt (c) in 5 eine durch eine gestrichelte Linie darstellte Intensitätsverteilung der Kapillaren mit gleichmäßigem Innendurchmesser.
In dieser Polykapillarlinse 10A erstrecken sich die im Bereich A1 enthaltenen Kapillaren 18a in etwa linear, und die im Bereich A2 enthaltenen Kapillaren 18b sind stark gebogen. In diesem Fall würden, wären die Innendurchmesser der Kapillaren in den Bereichen A1, A2 so eingestellt, dass sie gleich sind, der Röntgenstrahlenverlust im Bereich A1 aufgrund des verringerten Innendurchmessers der Kapillaren ansteigen und der Röntgenstrahlenverlust im Bereich A2 aufgrund des erhöhten Innendurchmessers der Kapillaren ansteigen, wie oben mit Bezug auf 20 und 21 beschrieben.
Im Gegensatz dazu, ist die vorliegende Ausführungsform so konfiguriert, dass der Innendurchmesser La der im Bereich A1 enthaltenen Kapillaren 18a größer als der Innendurchmesser Lb der im Bereich A2 enthaltenen Kapillaren 18b ist. Diese Anordnung verlängert die Röntgenstrahlenreflexionsabstände in den Kapillaren 18a im Bereich A1 (vergleiche (a) in 20), so dass sich die Anzahl der Reflexionen verringert, wodurch sich der Röntgenstrahlenverlust verringert und sich somit der Transmissionsgrad (bzw. der Durchlässigkeitsgrad) erhöht. In den im Bereich A2 enthaltenen Kapillaren 18b liegt die erste Reflexionsposition der Eingangsröntgenstrahlen näher an der Stirnfläche 14, und somit werden die Einfallswinkel der Röntgenstrahlen an den Innenwänden größer, so dass der Reflexionsgrad zunimmt (vergleiche (b) in 21), wodurch sich der Röntgenstrahlenverlust verringert und sich somit der Durchlässigkeitsgrad erhöht. Daher kann die Gesamtintensität der Ausgangsröntgenstrahlen XR2 erhöht werden, und somit ist es beispielsweise möglich, in geeigneter Weise eine XRD oder dergleichen, die eine hohe Röntgenstrahlenmenge benötigt, durchzuführen.
6 ist ein Diagramm, das das Ergebnis eines Vergleichs zwischen Intensitätsverteilungen der Ausgangsröntgenstrahlen der Polykapillarlinse 10A der vorliegenden Ausführungsform und der Polykapillarlinse des Vergleichsbeispiels mit einem gleichmäßigen Innendurchmesser der Kapillaren darstellt. In 6 stellt die horizontale Achse eine Radialposition auf der Ausgangsstirnfläche dar und die vertikale Achse stellt eine Röntgenstrahlungsintensität dar. Das Diagramm G11 zeigt die Intensitätsverteilung der Polykapillarlinse 10A der vorliegenden Ausführungsform und das Diagramm G12 zeigt die Intensitätsverteilung der Polykapillarlinse des Vergleichsbeispiels. Die Intensitätsverteilungen der Eingangsröntgenstrahlen sind gleich. Die Polykapillarlinse des Vergleichsbeispiels wurde in der Weise hergestellt, dass der Innendurchmesser der Kapillaren in der Vorformstufe gleichmäßig ausgebildet wurde und 6 μm betrug, während die Polykapillarlinse 10A der vorliegenden Ausführungsform in der Weise hergestellt wurde, dass in der Vorformstufe 20 der Innendurchmesser La der Kapillaren im Bereich A1 12 μm betrug und der Innendurchmesser Lb der Kapillaren im Bereich A2 6 μm betrug.
Wie in 6 ersichtlich, zeigt sich, dass die Intensitäten der Ausgangsröntgenstrahlen in beiden Bereichen A1 und A2 der Polykapillarlinse 10A der vorliegenden Ausführungsform höher sind als in dem Vergleichsbeispiel. Das heißt, dass die Polykapillarlinse 10A der vorliegenden Ausführungsform wirksam die Röntgenstrahlen ausrichten (bzw. kollimieren) kann, während der Röntgenstrahlenverlust verringert wird.
Die vorliegende Ausführungsform ist derart ausgebildet, dass der Kapillarinnendurchmesser La im Bereich A1, der näher an der Mittelachse B liegt, größer ausgebildet wird und der Kapillarinnendurchmesser Lb im Bereich A2, der weiter weg von der Mittelachse B angeordnet ist, kleiner ausgebildet wird, wobei jedoch die Größenbeziehung der Kapillarinnendurchmesser zwischen den Bereichen in geeigneter Weise gemäß einer Anwendung oder einer benötigten Eigenschaft der Polykapillarlinse einstellbar sind. In einem Fall, in dem gewünscht wird, dass sich der Verlust beispielsweise im Bereich A1 mit den linearen Kapillaren 18a erhöht, wird dies erzielt, indem der Innendurchmesser La der Kapillaren 18a im Bereich A1 kleiner ausgebildet wird. In einem Fall, in dem gewünscht wird, dass sich der Verlust im Bereich A2 mit den gebogenen Kapillaren 18b erhöht, wird dies erzielt, indem der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b größer ausgebildet wird. Auf diese Weise können für Anwendungen geeignete Linseneigenschaften realisiert werden, indem die Innendurchmesser der Kapillaren in den jeweiligen Bereichen unterschiedlich voneinander ausgebildet werden.
Der Gesamtreflexionsgrenzwinkel bei der Reflexion von Röntgenstrahlen auf die Innenwände der Kapillaren 18a, 18b (es sei angemerkt, dass sich der Totalreflexionsgrenzwinkel hierin auf einen Winkel zwischen einer Tangente an einer Innenwandfläche entlang der Führungsrichtung und einem auf die Innenwandfläche einfallenden Röntgenstrahl bezieht, und den größten Winkel bildet, bei dem der Röntgenstrahl total reflektiert werden kann) wird mit der Zunahme der Energie der Röntgenstrahlen kleiner und mit Abnahme der Energie der Röntgenstrahlen größer. Der Totalreflexionsgrenzwinkel hängt zudem von der Dichte des verwendeten Materials der Polykapillarlinse 10A ab und der Totalreflexionsgrenzwinkel nimmt mit Zunahme der Dichte zu. Wenn zum Beispiel das Material der Polykapillarlinse 10A Borosilikatglas umfasst, ist der Totalreflexionsgrenzwinkel bei einer Röntgenstrahlenenergie von 8 keV etwa 0,22° und der Totalreflexionsgrenzwinkel bei 20 keV 0,08°.
Daher ist bei hoher Röntgenstrahlenenergie der Totalreflexionsgrenzwinkel klein und somit ist der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b im Bereich A2 (Randbereich) vorzugsweise klein. Dadurch kann der Einfallswinkel erhöht werden, so dass der Verlust effektiv verringert wird. Ist andererseits die Röntgenstrahlenenergie niedrig, ist der Totalreflexionsgrenzwinkel groß und somit ist der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b im Bereich A2 (Randbereich) vorzugsweise groß. Dadurch kann die Anzahl der Reflexionen verringert werden, wodurch der Verlust effektiv verringert wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, der geeignete Kapillarinnendurchmesser gemäß der Röntgenstrahlenenergie ausgewählt, wodurch die Intensität der gesamten Röntgenstrahlenausgabe aus der Polykapillarlinse 10A erhöht werden kann.
Die Querschnittsformen und Abmessungen der Kapillaranordnungen sind zwischen den benachbarten Bereichen A1, A2, wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt, vorzugsweise gleich. Auf diese Weise können die Kapillaranordnungen 21A, 21B auch in einem Grenzbereich zwischen benachbarten Bereichen A1, A2, in denen die Innendurchmesser der Kapillaren unterschiedlich zueinander sind, wie innerhalb eines jeden Bereichs A1, A2, kontinuierlich angeordnet werden. Daher kann die Polykapillarlinse 10A in geeigneter Weise hergestellt werden, während das Entstehen einer Lücke in dem Grenzbereich verhindert wird. Die Querschnittformen der Kapillaranordnungen 21A, 21B umfassen vorzugsweise ein regelmäßiges Sechseck, wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt. Dies erleichtert die lückenlose, dichte Anordnung der Kapillaranordnungen 21A, 21B.
(Erstes Modifikationsbeispiel)
(a) in 7 ist eine Darstellung, die einen Querschnitt gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel, der sich mit der Röntgenstrahlführungsrichtung der Polykapillarlinse 10B schneidet, zeigt. Diese Polykapillarlinse 10B weist im Vergleich zu der Polykapillarlinse 10A der obigen Ausführungsform eine unterschiedliche Größenbeziehung zwischen dem Innendurchmesser La der Kapillaren 18a im Bereich A1 und dem Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b in dem Bereich A2 auf. In dem vorliegenden Modifikationsbeispiel ist der Innendurchmesser Lb größer als der Innendurchmesser La, wie in (b) in 7 und 7(c) in 7 gezeigt. Der übrige Aufbau ist gleich wie in der obigen Ausführungsform.
Für die Herstellung dieser Polykapillarlinse 10B kann die in 3 und 4 gezeigte Vorform 20 in der Weise abgeändert werden, dass der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Hohlröhren 22b der Kapillaranordnungen 21B im Bereich A2 größer als der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Hohlröhren 22a der Kapillaranordnungen 21A im Bereich A1 eingestellt werden.
8 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Eigenschaft der Polykapillarlinse 10B. (a) in 8 ist eine Seitenansicht der Polykapillarlinse 10B, (b) in 8 zeigt ein Beispiel der Intensitätsverteilung der an der Stirnfläche 14 eingegebenen Röntgenstrahlen XR1 und (c) in 8 zeigt ein Beispiel der Intensitätsverteilung der aus der Stirnfläche 16 ausgegebenen Röntgenstrahlen XR2. Im Vergleich dazu, zeigt (c) in 8 anhand einer gestrichelten Linie eine Intensitätsverteilung, bei der die Kapillaren einen geraden (bzw. gleichförmigen) Innendurchmesser aufweisen.
In dieser Polykapillarlinse 10B ist der Innendurchmesser La der Kapillaren 18a in dem Bereich A1, der näher an der Mittelachse B angeordnet ist, kleiner ausgebildet. Das verkürzt die Röntgenreflexionsabstände in den Kapillaren 18a im Bereich A1 (vergleiche (b) in 20), so dass sich die Anzahl der Reflexionen erhöht, und damit erhöht sich der Röntgenstrahlenverlust. Daher ist, wie in (c) in 8 gezeigt, die Intensität in der Nähe der Mittelachse der Ausgangsröntgenstrahlen XR2 abgesenkt, wodurch die Intensitätsverteilung annähernd gleichförmig ausgebildet werden kann. Diese Polykapillarlinse 10B wird beispielsweise in geeigneter Weise in einem Fall verwendet, in dem gewünscht wird, dass eine XRD-Probe gleichmäßig mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird.
(Zweites Modifikationsbeispiel)
9 ist eine Seitenansicht, die die Polykapillarlinse 10C gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel zeigt. 9 zeigt sowohl die in diese Polykapillarlinse 10C eingegebenen Röntgenstrahlen XR3 als auch die aus der Polykapillarlinse 10C ausgegebenen Röntgenstrahlen XR4. Die Polykapillarlinse 10C weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, und ein Querschnitt senkrecht zur Mittelachse derselben ist ein Kreis, der auf der Mittelachse zentriert angeordnet ist. Diese Polykapillarlinse 10C hat die gleiche Querschnittstruktur wie jene, die in 2 gezeigt ist, und weist die konzentrischen Bereiche A1, A2 in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, auf.
Diese Polykapillarlinse 10C wandelt die an der Stirnfläche 14 eingegebenen parallelen Röntgenstrahlen XR3 in die fokussierte Röntgenstrahlen XR4 um, die in Richtung eines Brennpunkts D konvergieren, und gibt die fokussierten Röntgenstrahlen XR4 aus der anderen Stirnfläche 16 aus. Zu diesem Zweck wird der Durchmesser der Polykapillarlinse 10C in Richtung der Ausgangsstirnfläche 16 nach und nach verringert.
Insbesondere werden für einen wirksamen Einfall der parallelen Röntgenstrahlen XR3 die Ausdehnungsrichtungen der Kapillaren 18a und 18b in der Nähe der Eingangsstirnfläche 14 parallel zu der Mittelachse der Polykapillarlinse 10C ausgerichtet, sodass die Verlängerungslinien der Mittelachsen der Kapillaren 18a und 18b an der Eingangsstirnfläche 14 die Punktröntgenstrahlungsquelle 12 durchlaufen. Andererseits verlaufen für eine Konvergenz der Röntgenstrahlen XR4 in Richtung des Brennpunkts D die Kapillaren 18a und 18b in der Nähe der Ausgangsstirnfläche 16 in Richtung der Mittelachse der Polykapillarlinse 10C schräg (bzw. geneigt), so dass die Verlängerungslinien der Mittelachsen der Kapillaren 18a und 18b an der Ausgangsstirnfläche 16 den Brennpunkt D durchlaufen.
Für eine geeignete Leitung der Röntgenstrahlen innerhalb der Kapillaren 18a und 18b mit dieser Form, erstrecken sich die Kapillaren 18a und 18b linear auf und in der Nähe der Mittelachse der Polykapillarlinse 10C und werden mit einer Krümmung, die mit dem Abstand von der Mittelachse der Polykapillarlinse 10C zunimmt, gebogen. Das heißt, die Kapillaren 18a, die in dem näher an der Mittelachse der Polykapillarlinse 10C angeordneten Bereich A1 (vergleich 2) enthalten sind, sind linear ausgebildet oder leicht gebogen, während die Kapillaren 18b, die in dem weiter von der Mittelachse der Polykapillarlinse 10C entfernt angeordneten Bereich A2 (vergleiche 2) enthalten sind, stark gebogen sind.
10 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Eigenschaft der Polykapillarlinse 10C, in dem Fall, in dem der Innendurchmesser La der Kapillaren 18a im Bereich A1 größer als der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b im Bereich A2 ist. (a) in 10 ist eine Seitenansicht der Polykapillarlinse 10C, (b) in 10 zeigt ein Beispiel der Intensitätsverteilung der an der Stirnfläche 14 eingegebenen Röntgenstrahlen XR3 und (c) in 10 zeigt ein Beispiel der Intensitätsverteilung der aus der Stirnfläche 16 ausgegebenen Röntgenstrahlen XR4. Im Vergleich dazu, zeigt (c) in 10 eine durch eine gestrichelte Linie darstellte Intensitätsverteilung der Kapillaren mit gleichmäßigem Innendurchmesser.
In dieser Polykapillarlinse 10C ist, wie in der obigen Ausführungsform gezeigt, der Innendurchmesser La der Kapillaren 18a in dem Bereich A1, der näher an der Mittelachse der Polykapillarlinse 10C angeordnet ist, größer als der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b im Bereich A2 um diesen herum. Diese Konfiguration verlängert die Röntgenreflexionsabstände in den Kapillaren 18a in dem Bereich A1 (vergleiche (a) in 20), um so die Anzahl von Reflexionen zu reduzieren, wodurch der Röntgenstrahlenverlust abnimmt. Daher kann die Intensität der Röntgenstrahlen XR4 als Ganzes erhöht werden, und somit wird es beispielsweise möglich, in geeigneter Weise eine XRD oder dergleichen, die eine hohe Röntgenstrahlenmenge benötigt, durchzuführen.
11 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Eigenschaft der Polykapillarlinse 10C, in dem Fall, in dem der Innendurchmesser La der Kapillare 18a im Bereich A1 kleiner als der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b im Bereich A2 ist. In dieser Polykapillarlinse 10C werden die Röntgenreflexionsabstände in den Kapillaren 18a im Bereich A1 (vergleiche (b) in 20) kürzer, um so die Anzahl von Reflexionen zu erhöhen, wodurch der Röntgenstrahlenverlust zunimmt. Daher ist, wie in (c) in 11 gezeigt, die Intensität der Ausgangsröntgenstrahlen XR4 in der Nähe der Mittelachse der Polykapillarlinse 10C abgesenkt, wodurch die Intensitätsverteilung annähernd gleichförmig ausgebildet werden kann. Diese Polykapillarlinse 10C wird beispielsweise in geeigneter Weise in einem Fall verwendet, in dem wünschenswerterweise die Röntgenstrahlen, die von einer Probenoberfläche gebildet werden, mit einer gleichförmigen Intensität konvergieren.
(Drittes Modifikationsbeispiel)
12 ist eine Seitenansicht, die die Polykapillarlinse 10D gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel zeigt. 12 zeigt sowohl die in diese Polykapillarlinse 10D eingegebenen Röntgenstrahlen XR5 als auch die aus der Polykapillarlinse 10D ausgegebenen Röntgenstrahlen XR6. Die Polykapillarlinse 10D weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, und ein Querschnitt senkrecht zur Mittelachse derselben ist ein Kreis, der auf der Mittelachse zentriert angeordnet ist. Diese Polykapillarlinse 10D hat die gleiche Querschnittstruktur wie jene, die in 2 gezeigt ist, und weist die konzentrischen Bereiche A1, A2 in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, auf.
Diese Polykapillarlinse 10D wandelt die Röntgenstrahlen XR5, die aus der Punktröntgenstrahlungsquelle 12 in die eine Stirnfläche 14 eingegeben werden, in die fokussierten Röntgenstrahlen XR6 um, die in Richtung des Brennpunkts D konvergieren, und gibt die fokussierten Röntgenstrahlen XR6 aus der anderen Stirnfläche 16 aus. Zu diesem Zweck nimmt der Durchmesser der Polykapillarlinse 10D vom mittleren Abschnitt in der Mittelachsenrichtung in Richtung der Eingangsstirnfläche 14 nach und nach ab und nimmt vom mittleren Abschnitt in der Mittelachsenrichtung in Richtung der Ausgangsstirnfläche 16 nach und nach ab.
Für einen wirksamen Einfall der Röntgenstrahlen XR5, die aus der Punktröntgenstrahlungsquelle 12 abgestrahlt werden und allmählich divergieren, verlaufen insbesondere die Kapillaren 18a und 18b in der Nähe der Eingangsstirnfläche 14 in Richtung der Mittelachse der Polykapillarlinse 10D schräg, so dass die Verlängerungslinien der Mittelachsen der Kapillaren 18a und 18b an der Eingangsstirnfläche 14 die Röntgenstrahlungsquelle 12 durchlaufen. Andererseits verlaufen für die Konvergenz der Röntgenstrahlen XR6 in Richtung des Brennpunkts D die Kapillaren 18a und 18b in der Nähe der Ausgangsstirnfläche 16 in Richtung der Mittelachse der Polykapillarlinse 10D schräg, so dass die Verlängerungslinien der Mittelachsen der Kapillaren 18a und 18b an der Ausgangsstirnfläche 16 den Brennpunkt D durchlaufen.
Für eine geeignete Leitung der Röntgenstrahlen innerhalb der Kapillaren 18a und 18b mit dieser Form, erstrecken sich die Kapillaren 18a und 18b linear auf und in der Nähe der Mittelachse der Polykapillarlinse 10D und werden mit einer Krümmung, die mit dem Abstand von der Mittelachse der Polykapillarlinse 10D zunimmt, gebogen. Das heißt, die Kapillaren 18a, die in dem näher an der Mittelachse der Polykapillarlinse 10D angeordneten Bereich A1 enthalten sind, sind linear ausgebildet oder leicht gebogen, und die Kapillaren 18b, die in dem weiter von der Mittelachse der Polykapillarlinse 10D entfernt angeordneten Bereich A2 enthalten sind, sind stark gebogen.
13 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Eigenschaft der Polykapillarlinse 10D in dem Fall, in dem der Innendurchmesser La der Kapillaren 18a im Bereich A1 größer als der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b im Bereich A2 ist. (a) in 13 zeigt eine Seitenansicht der Polykapillarlinse 10D, (b) in 13 zeigt ein Beispiel der Intensitätsverteilung der an der Stirnfläche 14 eingegebenen Röntgenstrahlen XR5 und (c) in 13 zeigt ein Beispiel der Intensitätsverteilung der aus der Stirnfläche 16 ausgegebenen Röntgenstrahlen XR6. Im Vergleich dazu, zeigt (c) in 13 anhand einer gestrichelten Linie eine Intensitätsverteilung, bei der die Kapillaren einen gleichförmigen Innendurchmesser aufweisen.
In der in der obigen Ausführungsform beschriebenen Polykapillarlinse 10D, ist der Innendurchmesser La der Kapillaren 18a im Bereich A1, der näher an der Mittelachse B angeordnet ist, größer als der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b im Bereich A2 um diesen herum. Daher werden die Röntgenreflexionsabstände entlang der Kapillaren 18a im Bereich A1 länger (vergleiche (a) in 20), um so die Anzahl der Reflexionen zu reduzieren, wodurch der Röntgenstrahlenverlust abnimmt. In den Kapillaren 18b im Bereich A2 befindet sich die erste Reflexionsposition des Eingangsröntgenstrahls XR5 näher an der Stirnfläche 14, und somit werden die Einfallswinkel der Röntgenstrahlen an den Innenwänden größer, so dass das Reflexionsvermögen erhöht wird (vergleiche (b) in 21), wodurch der Röntgenstrahlenverlust abnimmt. Daher kann die Intensität der Ausgangsröntgenstrahlen XR6 als Ganzes erhöht werden, und somit ist es beispielsweise möglich, in geeigneter Weise eine XRD oder dergleichen, die eine hohe Röntgenstrahlenmenge benötigt, durchzuführen.
14 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Eigenschaft der Polykapillarlinse 10D in dem Fall, in dem der Innendurchmesser La der Kapillaren 18a im Bereich A1 kleiner als der Innendurchmesser Lb der Kapillaren 18b im Bereich A2 ist. In dieser Polykapillarlinse 10D werden die Röntgenreflexionsabstände in den Kapillaren 18a im Bereich A1 kürzer (vergleiche (b) in 20), so dass die Anzahl der Reflexionen zunimmt, wodurch der Röntgenverlust zunimmt. Daher ist, wie in (c) in 14 gezeigt, die Intensität der Ausgangsröntgenstrahlen XR6 in der Nähe der Mittelachse der Polykapillarlinse 10D abgesenkt, wodurch die Intensitätsverteilung annähernd gleichförmig ausgebildet werden kann. Diese Polykapillarlinse 10D wird beispielsweise in geeigneter Weise in einem Fall verwendet, in dem gewünscht ist, dass die Röntgenstrahlen, die von einem Punkt einer Probe erzeugt werden, mit gleichförmiger Intensität konvergieren.
(Viertes Modifikationsbeispiel)
15 ist eine Darstellung, die eine Querschnittstruktur einer Vorform 25, die für die Herstellung des Polykapillarlinse verwendet wird, als viertes Modifikationsbeispiel darstellt und einen Querschnitt zeigt, der sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet. 16 ist eine Darstellung, die eine Vergrößerung eines Teils der Querschnittstruktur der in 15 gezeigten Vorform 25 darstellt.
Wie in 15 gezeigt, weist die Vorform 25 eine Vielzahl von Kapillaranordnungen 26A, 26B auf. Die Vielzahl von Kapillaranordnungen 26A sind im Bereich A1 in einer Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, in horizontaler und vertikaler Richtung zweidimensional angeordnet. Die Vielzahl von Kapillaranordnungen 26B sind im Bereich A2 in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, in horizontaler und vertikaler Richtung zweidimensional angeordnet. Wie in 16 gezeigt, besteht jede Kapillaranordnung 26A aus einem Bündel einer Vielzahl von Hohlröhren 22a zur Bildung der Kapillaren 18a (vergleiche 4), und jede Kapillaranordnung 26B besteht aus einem Bündel einer Vielzahl von Hohlröhren 22b zur Bildung der Kapillaren 18b (vergleiche 4).
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Querschnittformen der Kapillaranordnungen 26A, 26B in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, quadratisch ausgebildet und in einem Muster angeordnet, so dass benachbarte Kapillaranordnungen 26A (oder 26B) auf einer Seite des Quadrats in Kontakt miteinander angeordnet sind. Diese Form der Vorform 25 wird auch von der Polykapillarlinse angenommen und die Polykapillarlinse weist ebenfalls eine Vielzahl von Kapillaranordnungen mit quadratischem Querschnitt auf.
In 15 ist der schraffierte Bereich in der Nähe der Mitte ein Bereich, der zum Bereich A1 wird. Der nicht schraffierte Bereich um diesen herum ist ein Bereich, der zum Bereich A2 wird. In einem Beispiel sind der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Hohlröhren 22a, die die Kapillaranordnungen 26A bilden, die im Bereich A1 enthalten sind, größer (oder kleiner) als der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Hohlröhren 22b, die die Kapillaranordnungen 26B bilden, die im Bereich A2 enthalten sind. Aus diesem Grund wird in der Polykapillarlinse, die nach dem Erhitzen und Ausdehnen dieser Vorform 25 erhalten wird, auch der Innendurchmesser der Kapillaren 18a im Bereich A1 größer (bzw. kleiner) als der Innendurchmesser der Kapillaren 18b im Bereich A2.
Die Querschnittform und Abmessung der Kapillaranordnungen 26A im Bereich A1 in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, sind gleich wie die Querschnittform und Abmessung der Kapillaranordnungen 26B im Bereich A2 in der Ebene, wie in 16 gezeigt. Insbesondere sind die Querschnittformen der beiden Kapillaranordnungen 26A, 26B quadratisch und die Längen ihrer jeweiligen Seiten sind gleich.
Wie in dem vorliegenden Modifikationsbeispiel gezeigt, können die Querschnittformen der Kapillaranordnungen quadratisch sein, und die Kapillaranordnungen 26A, 26B mit dieser Form können auch dicht, ohne Lücke, angeordnet werden. Wenn die Querschnittformen und Größen der Kapillaranordnungen 26A, 26B gleich sind, wie im vorliegenden Modifikationsbeispiel gezeigt, können die Kapillaranordnungen 26A, 26B auch kontinuierlich im Grenzbereich zwischen benachbarten Bereichen A1, A2 in der gleichen Weise angeordnet werden, wie innerhalb eines jeden Bereichs A1, A2. Daher kann die Polykapillarlinse in geeigneter Weise hergestellt werden, während das Entstehen von Lücken im Grenzbereich verhindert wird.
17 ist eine Darstellung, die eine andere Form des vorliegenden Modifikationsbeispiels zeigt, und eine Vergrößerung eines Teils einer Querschnittstruktur einer Vorform 28 darstellt, die für die Herstellung des Polykapillarlinse verwendet wird. Diese Vorform 28 unterscheidet sich in der Abmessung der Kapillaranordnungen in den Bereichen A1, A2 von der in 16 gezeigten Vorform 25. Das heißt, in der Vorform 28, unterscheidet sich die Abmessung von jeder Seite des Kapillaranordnungen 26A im Bereich A1 von der Abmessung einer jeden Seite der Kapillaranordnungen 26B in dem Bereich A2, und die Abmessung einer jeden Seite der Kapillaranordnungen 26A ist beispielsweise zweimal größer als die Abmessung einer jeden Seite der Kapillaranordnungen 26B. Abgesehen von der Abmessung, ist die Konfiguration der Kapillaranordnungen 26A, 26B gleich wie jene, die in 15 und 16 gezeigt ist.
Sind die Querschnittformen der Kapillaranordnungen quadratisch, wie in dem vorliegenden Modifikationsbeispiel gezeigt, können die Abmessungen der Kapillaranordnungen in den beiden benachbarten Bereichen A1, A2 voneinander verschieden sein, wie in 17 gezeigt. In diesem Fall können die Kapillaranordnungen auch kontinuierlich im Grenzbereich zwischen den benachbarten Bereichen A1, A1 angeordnet werden, und somit kann das Entstehen einer Lücke im Grenzbereich unterdrückt werden.
(Fünftes Modifikationsbeispiel)
18 ist eine Darstellung, die eine Querschnittstruktur einer Vorform 24, die für die Herstellung der Polykapillarlinse verwendet wird, als fünftes Modifikationsbeispiel darstellt. Wie in 18 gezeigt, weist die Vorform 24 eine Vielzahl von Kapillaranordnungen 21 auf. Diese Kapillaranordnungen 21 bilden Elemente einer regelmäßigen Sechseckquerschnittform, die aus einer Vielzahl von gebündelten Hohlröhren zur Bildung der Kapillaren, wie in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben, besteht, und sind in Form eines Honigwabenmusters in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, angeordnet.
19 ist eine Darstellung, die eine Querschnittstruktur einer Vorform 29, die für die Herstellung der Polykapillarlinse verwendet wird, darstellt. Wie in 19 gezeigt, weist die Vorform 29 eine Vielzahl von Kapillaranordnungen 26 auf. Diese Kapillaranordnungen 26 bilden Elemente einer quadratischen Querschnittform, die aus einer Vielzahl von gebündelten Hohlröhren zur Bildung der Kapillaren, wie in dem vorangehenden vierten Modifikationsbeispiel beschrieben, besteht, und sind vertikal und horizontal in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, angeordnet.
Die in 18 gezeigte Vorform 24 und die in 19 gezeigte Vorform 29 umfassen im Querschnitt, der sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, drei konzentrische Bereiche A3 bis A5. In 18 und 19 ist der Bereich A3 eine dicht schraffierter Bereich in der Nähe der Mitte, der Bereich A4 ein grob schraffierter Bereich um diesen herum und der Bereich A5 ein nicht schraffierter Bereich weiter entfernt um diesen herum.
Somit weisen die Polykapillarlinsen, die aus diesen Vorformen 24, 29 hergestellt werden, im Querschnitt, der sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, auch drei konzentrische Bereiche entsprechend den Bereichen A3 bis A5 auf. Mit anderen Worten, weisen die Polykapillarlinsen, die aus diesen Vorformen 24, 29 hergestellt werden, einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich, der den ersten Bereich umgibt, und einen dritten Bereich, der den zweiten Bereich umgibt, in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, auf. Der gemeinsame Mittelpunkt dieser Bereiche liegt beispielsweise auf der Mittelachse der Polykapillarlinse und fällt mit der Mittelachse des Leitröntgenstrahls zusammen.
In einem Beispiel sind der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Hohlröhren, die die Kapillaranordnungen 21, 26 bilden, im Bereich A3 am größten und im Bereich A5 am kleinsten. Somit wird in den Polykapillarlinsen, die nach dem Erhitzen und Ausdehnen dieser Vorformen 24, 29 hergestellt werden, der Innendurchmesser der Kapillaren im Bereich A3 auch der Größte und der Innendurchmesser der Kapillaren im Bereich A5 der Kleinste. Auf diese Weise ist der Innendurchmesser der Kapillaren in dem Bereich, der näher an der Mittelachse des Polykapillarlinse angeordnet ist, größer, wodurch die Röntgenreflexionsabstände in den Kapillaren in der Nähe der Mittelachse der Polykapillarlinse länger werden, so dass die Anzahl der Reflexionen verringert wird, wodurch der Röntgenstrahlenverlust abnimmt.
In einem weiteren Beispiel sind der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Hohlröhren, die die Kapillaranordnungen 21, 26 bilden, im Bereich A5 am größten und im Bereich A3 am kleinsten. Somit wird in den Polykapillarlinsen, die nach dem Erhitzen und Ausdehnen dieser Vorformen 24, 29 hergestellt werden, der Innendurchmesser der Kapillaren im Bereich A5 auch der Größte und der Innendurchmesser der Kapillaren im Bereich A3 der Kleinste. Auf diese Weise ist der Innendurchmesser der Kapillaren in dem Bereich, der näher an der Mittelachse des Polykapillarlinse angeordnet ist, kleiner, wodurch die Röntgenreflexionsabstände in den Kapillaren in der Nähe der Mittelachse kürzer werden, so dass sich die Anzahl der Reflexionen erhöht, wodurch sich der Röntgenstrahlverlust erhöht. Daher kann die Intensitätsverteilung annähernd gleichförmig ausgebildet werden, wenn die Intensität der Ausgangsröntgenstrahlen in der Nähe der Mittelachse der Polykapillarlinse verringert wird.
Die Polykapillarlinsen gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern können auf unterschiedlichste Weise modifiziert werden. Zum Beispiel sind in den obigen Ausführungsform und jedem Modifikationsbeispiel die Querschnittformen der Kapillaranordnungen beispielsweise als regelmäßiges Sechseck und Quadrat beschrieben, jedoch sind die Querschnittformen der Kapillaranordnungen nicht darauf beschränkt. Ferner sind in der oben genannten Ausführungsform und jedem Modifikationsbeispiel die Innendurchmesser der Kapillaren in den zwei (oder drei) Bereichen in der Ebene, die sich mit der Röntgenstrahlenführungsrichtung schneidet, unterschiedlich, jedoch können die Kapillarinnendurchmesser in vier oder mehr Bereichen unterschiedlich angeordnet werden.
In der obigen Ausführungsform und in jedem Modifikationsbeispiel umfasst das durch die Polykapillarlinse geleitete Objekt beispielsweise Röntgenstrahlen, wobei jedoch das durch die Polykapillarlinse geleitete Objekt der vorliegenden Erfindung eine andere Strahlung, wie Gammastrahlen, oder einen Teilchenstrahl, wie beispielsweise geladene Teilchen oder Neutronenstrahlen, umfassen kann.
Die erste Polykapillarlinse gemäß der obigen Ausführungsform ist die Polykapillarlinse mit der Vielzahl von Kapillaren, die sich von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche erstreckt und derart ausgebildet ist, dass Strahlung oder ein Teilchenstrahl, die/der in der einen Stirnfläche eingegeben wird, zu der anderen Stirnfläche geleitet wird, wobei diese einen Aufbau aufweist, der in der Ebene, die sich mit der Führungsrichtung der Strahlung oder des Teilchenstrahls schneidet, eine Vielzahl von konzentrischen Bereichen umfasst, die sich im Innendurchmesser der Kapillaren voneinander unterscheiden.
Die zweite Polykapillarlinse gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist Polykapillarlinse mit der Vielzahl von Kapillaren, die sich von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche erstreckt und derart ausgebildet ist, dass Strahlung oder ein Teilchenstrahl, die/der in der einen Stirnfläche eingegeben wird, zu der anderen Stirnfläche geleitet wird, wobei diese einen Aufbau aufweist, bei dem sich in der Ebene, die sich mit der Führungsrichtung der Strahlung oder des Teilchenstrahls schneidet, der Innendurchmesser der Kapillaren in dem ersten Bereich von dem Innendurchmesser der Kapillaren in dem zweiten Bereich, der den ersten Bereich umgibt, unterscheidet.
Die vorstehenden Polykapillarlinse kann derart ausgebildet sein, dass die Polykapillarlinse eine Vielzahl von Kapillaranordnungen aufweist, die jeweils eine Vielzahl von gebündelten Hohlröhren umfasst, die die jeweiligen Kapillaren bilden, und die zweidimensional in der Ebene angeordnet sind, und die Querschnittformen und Abmessungen der Kapillaranordnungen in der Ebene sind zwischen mindestens zwei benachbarten Bereichen aus der Vielzahl von Bereichen gleich ausgebildet.
Auf diese Weise können die Kapillaranordnungen in einem Grenzbereich zwischen den benachbarten Bereichen, in denen die Innendurchmesser der Kapillaren unterschiedlich zueinander sind, wie innerhalb eines jeden Bereichs, kontinuierlich angeordnet werden, wodurch die vorstehende Polykapillarlinse entsprechend hergestellt werden kann, während das Entstehen von Lücken im Grenzbereich verhindert wird.
In diesem Fall weisen die Querschnittformen der Kapillaranordnungen in der Ebene vorzugsweise ein regelmäßiges Sechseck auf oder sind quadratisch ausgebildet. Dies erleichtert eine lückenlose, dichte Anordnung der Kapillaranordnungen.
In der vorstehenden Polykapillarlinse kann der Innendurchmesser der Kapillaren im Bereich, der näher zur Mitte der Polykapillarlinse hin angeordnet ist, größer ausgebildet werden. In der vorstehenden Polykapillarlinse kann jedoch auch der Innendurchmesser der Kapillaren in dem Bereich, der näher zur Mitte der Polykapillarlinse hin angeordnet ist, kleiner ausgebildet werden.
Die vorstehende Polykapillarlinse ist so konfigurierbar, dass Strahlung oder ein Teilchenstrahl, die/der von der Punktstrahlungsquelle in die eine Stirnfläche eingegeben wird, in einen parallelen Strahl umgewandelt und der parallele Strahl aus der anderen Stirnfläche ausgegeben wird. Die vorstehende Polykapillarlinse kann aber auch so konfiguriert werden, dass parallele Strahlung oder ein paralleler Teilchenstrahl, die/der in die eine Stirnfläche eingegeben wird, in einen fokussierten Strahl umgewandelt und der fokussierte Strahl aus der anderen Stirnfläche ausgegeben wird. Die vorstehende Polykapillarlinse kann aber auch so konfiguriert werden, dass Strahlung oder ein Teilchenstrahl, die/der von der Punktstrahlungsquelle in die eine Stirnfläche eingegeben wird, in einen fokussierten Strahl umgewandelt und der fokussierte Strahl aus der anderen Stirnfläche ausgegeben wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polykapillarlinse, die in der Lage ist, für Anwendungen geeignete Eigenschaften zu realisieren.
Bezugszeichenliste

10A, 10B, 10C, 10D – Polykapillarlinse, 12 – Röntgenstrahlungsquelle, 14 – eine Stirnfläche (Eingangsstirnfläche), 16 – andere Stirnfläche (Ausgangsstirnfläche) 18a, 18b – Kapillare, 20, 24, 25, 28, 29 – Vorform, 21A, 21B, 26A, 26B Kapillaranordnung, 22a, 22b – Hohlröhre A1–A5 – Bereich, B – Mittelachse, D – Brennpunkt, La, Lb – Innendurchmesser der Kapillare, XR1, XR3, XR5 – Eingangsröntgenstrahl, XR2, XR4, XR6 – Ausgangsröntgenstrahl.

Claims

Polykapillarlinse mit einer Vielzahl von Kapillaren, die sich von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche erstreckt und ausgebildet ist, Strahlung oder einen Teilchenstrahl, die/der in der einen Stirnfläche eingegeben wird, zu der anderen Stirnfläche zu leiten, wobei in einer Ebene, die sich mit einer Führungsrichtung der Strahlung oder des Teilchenstrahls schneidet, eine Vielzahl von konzentrischen Bereichen vorhanden sind, die sich im Kapillarinnendurchmesser voneinander unterscheiden.
Polykapillarlinse gemäß Anspruch 1, die eine Vielzahl von Kapillaranordnungen umfasst, die jeweils eine Vielzahl von gebündelten Hohlröhren, die die entsprechenden Kapillaren bilden, aufweist und in der Ebene zweidimensional angeordnet ist, wobei Querschnittformen und Abmesungen der Kapillaranordnungen in der Ebene zwischen wenigstens zwei benachbarten Bereichen aus der Vielzahl von Bereichen gleich sind.
Polykapillarlinse gemäß Anspruch 2, wobei die Querschnittformen der Kapillaranordnungen in der Ebene ein regelmäßiges Sechseck aufweisen oder quadratisch ausgebildet sind.
Polykapillarlinse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Innendurchmesser der Kapillare in dem Bereich, der näher an der Mitte der Polykapillarlinse angeordnet ist, größer ist.
Polykapillarlinse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Innendurchmesser der Kapillaren in dem Bereich, der näher an einer Mitte der Polykapillarlinse angeordnet ist, kleiner ist.
Polykapillarlinse mit einer Vielzahl von Kapillaren, die sich von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche erstreckt und ausgebildet ist, Strahlung oder einen Teilchenstrahl, die/der in der einen Stirnfläche eingegeben wird, zu der anderen Stirnfläche zu leiten, wobei sich in einer Ebene, die sich mit einer Führungsrichtung der Strahlung oder des Teilchenstrahls schneidet, ein Innendurchmesser der Kapillaren in einem ersten Bereich von einem Innendurchmesser der Kapillaren in einem zweiten Bereich, der den ersten Bereich umgibt, unterscheidet.
Polykapillarlinse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Polykapillarlinse ausgebildet ist, die Strahlung oder den Teilchenstrahl, die/der von einer Punktstrahlungsquelle an der einen Stirnfläche eingegeben wird, in einen parallelen Strahl umzuwandeln und den parallelen Strahl aus der anderen Stirnfläche auszugeben.
Polykapillarlinse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Polykapillarlinse ausgebildet ist, die Strahlung oder den Teilchenstrahl, die/der an der einen Stirnfläche eingegeben wird, in einen fokussierten Strahl umzuwandeln und den fokussierten Strahl aus der anderen Stirnfläche auszugeben.
Polykapillarlinse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Polykapillarlinse so ausgebildet ist, die Strahlung oder den Teilchenstrahl, die/der von einer Punktstrahlungsquelle an der einen Stirnfläche eingegeben wird, in einen fokussierten Strahl umzuwandeln und den fokussierten Strahl aus der anderen Stirnfläche auszugeben.