DE60317302T2

DE60317302T2 - Hochfluss-Röntgenquelle

Info

Publication number: DE60317302T2
Application number: DE60317302T
Authority: DE
Inventors: Damian Kucharczyk
Original assignee: Oxford Diffraction Ltd
Current assignee: Agilent Technologies UK Ltd; Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: GB0306829D0; DE60317302T3; EP1462794A3; EP1462794B1; EP1462794B2; US20040228445A1; DE60317302D1; EP1462794A2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Röntgenbeugungsanalyse ist eine analytische Technik zum Erhalten von Informationen auf der Struktur von Atomen oder Molekülen in einem Kristall vom Beugungsbild, das durch die Beugung von Strahlen durch die atomischen Ebenen des Kristalls erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich üblicherweise auf eine Hochfluss-Röntgenquelle zur Anwendung von Röntgenbeugungsanalyse-Techniken zur Analyse der Prüfkörper durch Bestrahlen mit Röntgenstrahlen und insbesondere auf eine Hochfluss-Röntgenquelle eines Typs, der eine künstliche mehrschichtige Optik mit einer abgedichteten Röntgenröhre verwendet.
Hintergrund der Erfindung
Die Röntgenquellen, die derzeit im Anwendungsgebiet der Einkristall-Röntgenbeugungsanalyse verwendet werden, umfassen zwei Haupttypen. Ein erster Typ, die abgedichtete Röntgenröhre, wird traditionell verwendet, wo ein Metallziel (Anode), typischerweise ein Metall wie Molybdän, Kupfer oder Silber, mit Elektronen von einem Wolfram-Faden beschossen wird und innerhalb eines Vakuums befestigt ist. Eine abgedichtete Röntgenröhre wird üblicherweise zusammen mit einem Graphit-Monochromator oder einem Kollimator verwendet und typischerweise auf eine maximale Leistung von 2 bis 3 kW hochgefahren, da die Anode keine größere Hitzebelastung erträgt, ohne zerstört zu werden. Diese Hitze wird durch Wasserkühlung der Anode abgeführt. Um eine größere Stärke der Röntgenquelle umzusetzen, muss eine größere Energiedichte der Elektronen auf der Anode platziert werden. Um dies zu erreichen, wurde ein zweiter Quellentyp, die rotierende Anode, entwickelt. In einer rotierenden Anodenquelle besteht die Anode aus einer rotierenden, wassergekühlten Trommel, deren äußere Oberfläche mit dem Metallziel versehen ist. Die Trommel sitzt in einem Hochvakuumgehäuse und die rotierende Anode wird bei einer Leistung von bis zu 18 kW betrieben, obwohl 5 kW eine typischere Leistung ist.
Die abgedichtete Röntgenröhre hat den Vorteil, dass die Vorrichtung bei ihrer Anwendung kompakt, zuverlässig und einfach zu verwenden und zu warten ist. Der Umfang der Wartung ist üblicherweise auf den Austausch einer ausgebrannten Röntgenröhre beschränkt, die typischerweise für 10.000 Stunden ausreicht. Der Austausch und das Einrichten der Auswechslung der Röntgenröhre in einer herkömmlichen, abgedichteten Röhrenanordnung können im Bereich von 1 bis 2 Stunden liegen. Neueste Verbesserungen der herkömmlichen Anordnung, die spezifische Geometrien verwenden, haben diesen Austausch und die Einrichtungszeit auf ungefähr höchstens 10 bis 30 Minuten reduziert. Im Vergleich mit der rotierenden Anode, die bis zu zehnmal größer sein kann, erfordert diese viel mehr Wartung und Beachtung. Insbesondere erfordert der elektronenerzeugende Faden in der rotierenden Anode einen Austausch der ausgebrannten Röhren typischerweise alle sechs Wochen und die rotierende Anodentrommel eine Auswechslung mindestens alle sechs Monate. In jedem Fall können der Austausch und die erforderliche Wiedereinrichtung insgesamt bei drei bis acht Stunden liegen.
Ein Vergleich der Abgabe der Röntgenstärke kann aus einer einfachen Schätzung der klassischen Formel erhalten werden, die das Verhältnis zwischen der Stärke I_K von K_α-Röntgenstrahlen, die von einer Röntgenquelle erzeugt werden, und der Betriebsspannung V (in kV) und dem Strom i (in mA) beschreibt: IK = iB (V – VK)1.5 wobei V_K die Erregerspannung für K-Bestrahlungsserien in kV und B eine Proportionalitätskonstante ist. Als Beispiel erzeugt eine rotierende Anode, die bei 5 kW (typischerweise bei 50 kV und 100 mA) betrieben wird, nur die zweieinhalbfache Röntgenstärke, die durch eine bei 2 kW Leistung (typischerweise bei 50 kV und 40 mA) betriebene abgedichtete Röhre erzeugt wird, da der Ausdruck B (V – V_K)^1.5 in jedem Fall gleich bleibt.
Die rotierende Anodenquelle wird oft zusammen mit der Optik einschließlich Spiegeln verwendet. Berichte sowohl in der Literatur als auch bei Patentanmeldungen bezüglich dieser Systeme sind zahlreich, und beschreiben die Anordnung der Optik genau hinsichtlich der Abscheidung der Schichten der spezifischen chemischen Materialien und der Optimierung der spezifischen Formen, die dazu dienen, die Röntgenstrahlen zu fokussieren, ebenso wie die spezifischen Abstände und Winkel, die für die optimale Leistung der Optik erforderlich sind. Die erfolgreichste der Optiken, die bis heute erzeugt wurden, sind mehrschichtige Optiken, die eine große Zunahme bei den verwendbaren Röntgenstärken durch die Fokussierung einer großen Menge von Röntgenstrahlen ermöglicht haben, die durch die Quelle ausgestrahlt werden.
Kompakte Röntgenquellen, die eine abgedichtete Röntgenröhre verwenden, könnten auch von der Anwendung geeigneter Optiken profitieren. Die Konversionswirkung von verwendbaren Röntgenstrahlen von einer abgedichteten Röntgenröhre liegt typischerweise bei 1%. Aber bei Verwendung von geeigneten Optiken einschließlich Spiegeln ist es theoretisch möglich, einen größeren Anteil dieser Röntgenstrahlen zu erreichen und sie gezielt zu fokussieren, um ein erhöhtes Niveau von anwendbarer Röntgenstärke zu erreichen. Außerdem ist angedeutet worden, dass die Verwendung von mehrschichtigen Optiken die Fähigkeit aufweist, um die Flussdichte von einer abgedichteten Röntgenröhre mit genauem Brennpunkt um mehr als eine Größenordnung über der Größenordnung, die mit Totalreflektionsspiegeln erreicht wird, zu erhöhen. Abhängig vom Design und der Konfiguration können jedoch diese Optiken die Komplexität erhöhen, wodurch die einfache Wartung der Quelle und der Anwendungsprofit einer abgedichteten Röhre reduziert werden.
Die DE-A1-3940251 offenbart eine abgedichtete Röntgenröhre mit einem ellipsenförmigen mehrschichtigen Spiegel innerhalb des abgedichteten Gehäuses. Die DE-A1-4130566 offenbart die Kombination einer abgedichteten Röntgenröhre mit einem mehrschichtigen Monochromator in einer Röntgenfluoreszenz-Versuchskammer. Die EP-A1-1193492 offenbart eine Röntgenröhre, an der ein Kollimator-Wellenleiter in einem Gehäuse befestigt ist, das eingestellt werden kann.
Es gibt gegenwärtig keine Röntgenquellen, die mehrschichtige Optiken außerhalb einer abgedichteten Röntgenröhre kombiniert, um Röntgenflussniveaus zu erreichen, die sich denjenigen annähern, die von größeren rotierenden Anoden-basierenden Systemen erreichbar sind. Daher gibt es einen Bedarf für eine kompakte Röntgenquelle, die die für zahlreiche Anwendungen erforderlichen Flussniveaus einschließlich der Bestrahlungsmuster bei Biowissenschaftsforschungen liefern kann, die aber die geeignete einfache Wartung aufweist und die einfache Wiederausrichtung ermöglicht, wenn die Auswechslung der abgedichteten Röntgenröhre erforderlich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hochfluss-Röntgenquelle Folgendes:
eine abgedichtete Röntgenröhre;
ein Optikgehäuse, das eine mehrschichtige Optik zum Zusammenfassen und Fokussieren von in der abgedichteten Röntgenröhre erzeugten Röntgenstrahlen enthält, wobei die mehrschichtige Optik an einem vorbestimmten Abstand von der abgedichteten Röntgenröhre angeordnet ist und das Optikgehäuse bezüglich der abgedichteten Röntgenröhre einstellbar ist; und
einen Röntgenstrahlkonditionierer, der bezüglich des Optikgehäuses einstellbar ist.
Die Anwendung einer mehrschichtigen Optik sieht die effiziente Zusammenfassung und das Fokussieren der in einer kompakt abgedichteten Röhre erzeugten Röntgenstrahlen vor. Die Wellenlängenabhängigkeit einer mehrschichtigen Optik ermöglicht auch die Wirkung als Monochromator, wobei ein Röntgenstrahlenbündel mit einem vorbestimmen Bereich der Photonenenergie geschaffen wird.
Vorzugsweise weist eine mehrschichtige Optik einen konfokalen Spiegel auf. Alternativ weist die mehrschichtige Optik einen sagittalen Spiegel auf. Die mehrschichtige Optik kann in Position innerhalb des Optikgehäuses eingeklebt werden.
Vorzugsweise ist das Optikgehäuse bezüglich der abgedichteten Röntgenröhre durch die unabhängige Drehung in jede eines ersten Paares von im Wesentlichen rechtwinkligen Richtungen einstellbar.
Vorzugsweise ist das Optikgehäuse auch bezüglich der abgedichteten Röntgenröhre durch die unabhängige Translation in jede eines zweiten von im Wesentlichen rechtwinkligen Richtungen einstellbar.
Das erste und zweite Paar von rechtwinkligen Richtungen kann übereinstimmend sein. Alternativ können sie bei einem Winkel, der 45° umfasst, einander ausgerichtet werden.
Die Verwendung der rechtwinkligen Einstellachsen ermöglicht das schnelle und einfache Ausrichten der Optik bezüglich der Richtung der Röntgenstrahlen, die aus der abgedichteten Röntgenröhre hervorgehen, und kann ebenfalls die Steuerung/Regelung über die Größe und Stärke des Röntgen-Brennfleckes anbieten.
Die Anwesenheit eines Röntgenstrahlkonditionierers sieht die zusätzliche Zusammenfassung und Strahlform der Röntgenstrahlen zusammen mit der weiteren direkten Steuerung/Regelung des Röntgenstrahlenbündels auf eine besondere Stelle oder Zielmuster vor. Der Konditionierer kann eine Anzahl von Formen einschließlich der eines Röntgen-Kollimators gemäß der gewünschten endgültigen räumlichen Form der Röntgenstrahlen einnehmen.
Vorzugsweise ist der Röntgenstrahlkonditionierer abnehmbar.
Vorzugsweise ist der Röntgenstrahlkonditionierer bezüglich des Optikgehäuses durch unabhängige Neigungsregelung in jede eines Paares von im Wesentlichen senkrechten Richtungen einstellbar.
Vorzugsweise umfasst die Röntgenquelle ferner ein Verschlussgehäuse, das zwischen der abgedichteten Röntgenröhre und dem Optikgehäuse angeordnet ist.
Vorzugsweise nimmt das Verschlussgehäuse einen Teil des Optikgehäuses auf.
Diese Anordnung ermöglicht die einfache und gleichbleibende Ausrichtung des Optikgehäuses bezüglich der abgedichteten Röntgenröhre sowohl während der ersten Zusammenfügung der Quelle als auch der Wiederzusammenfügung der Quelle, z. B. während der Auswechslung der abgedichteten Röntgenröhre.
Vorzugsweise wird ein Edelgas in das Optikgehäuse geleitet, um Beschädigungen an der mehrschichtigen Optik und um die Streuung der Röntgenstrahlen während der Ausbreitung durch das Optikgehäuse zu reduzieren. Vorzugsweise ist das Edelgas Helium.
Vorzugsweise weist die Röntgenquelle ferner eine bewegliche Röntgenstrahlsperre auf. Vorzugsweise ist die Strahlensperre außerhalb des Röntgenstrahlfokus angeordnet.
Eine bewegliche Röntgenstrahlsperre ermöglicht die sichere Beendigung des Röntgenstrahls während des Betriebs, während die Möglichkeit vorgesehen wird, die Strahlsperre zur einfachen Auswechslung eines Zielmusters vor dem Betrieb zu verschieben.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung weist die Röntgenbestrahlungsvorrichtung eine Röntgenquelle gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung und die Einrichtung zum Halten eines Musters in der Strecke der fokussierten Röntgenstrahlen auf.
Somit befasst sich die vorliegende Erfindung mit dem Bedarf für eine kompakte Hochfluss-Röntgenquelle durch Kombinieren der abgedichteten Röntgenröhrentechnologie mit mehrschichtigen Hochleistungsoptiken, die innerhalb eines Gehäuses aufgenommen sind, das einfach gemäß der Röntgenröhre angeordnet ist und genau zur optimalen Zusammenfassung und Fokussierung der Röntgenstrahlen eingestellt werden kann. Die mehrschichtige Optik kann auch als Strahl-Monochromator dienen. Ein kompakter einstellbarer Konditionierer, der auch ein Kollimator sein kann, gewährleistet, dass das Röntgenstrahlenbündel die gewünschte endgültige räumliche Form für eine vorgegebene Anwendung aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert bezüglich der beigefügten Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Hochfluss-Röntgenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung mit abgenommenem Konditionierer und der um 90° gedrehten Röntgenstrahlsperre;
2 eine perspektivische Ansicht der Hochfluss-Röntgenquelle und die Einstellschrauben zur Ausrichtung der mehrschichtigen Optik und des Konditionierers;
3A und 3B jeweils eine Seitenansicht und die Querschnittsansicht A-A der Hochfluss-Röntgenquelle;
4A, 4B und 4C jeweils eine Seitenansicht und die Querschnittsansichten B-B und C-C der Hochfluss-Röntgenquelle; und
5 eine perspektivische Ansicht der Hochfluss-Röntgenquelle, die auf einem Ständer mit Schrauben zur endgültigen ausgerichteten Einstellung befestigt ist.
Detaillierte Beschreibung
1 stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die eine neue optische Anordnung einer abgedichteten Röntgenröhre mit einer mehrschichtigen Spiegeloptik auf die Anordnung einer Hochfluss-Röntgenquelle 100 zur verbesserten Wirkung der Zusammenfassung und Fokussierung der Röntgenphotonen, die in einer abgedichteten Röntgenröhre erzeugt werden, anwendet. Die Anordnung der Hochfluss-Röntgenquelle umfasst einen Rontgenröhrenschutz 101, der die abgedichtete Röntgenröhre (nicht dargestellt) aufnimmt, einen Röntgen-Schnellverschluss, der in einem Verschlussgehäuse 102 angeordnet ist, ein mehrschichtiges Optikgehäuse 103, das eine mehrschichtige Optik aufnimmt, einen Röntgenstrahlkonditionierer oder Kollimator 104, Röntgenstrahlsperre 105 und ein Gegengewicht 106 zum Ausbalancieren des Gewichts des strahlausrichtenden Bereichs der Quelle, wenn sie auf einem Ständer befestigt ist. Der Düsenbereich 107 kann ferner einen K_β-Filter zum Filtern der restlichen unerwünschten K_β-Bestrahlung aufnehmen. Wie dargestellt, ist der Röntgenstrahlkonditionierer- oder Kollimator-Bereich 104 vom Rest der Quelle abnehmbar.
Die Röntgenquelle ist entwickelt worden, um aus einer kompakten Anordnung zu bestehen, die eine Grundfläche im Bereich von 0,15 m² oder weniger einnimmt. Dadurch könnte zum Beispiel das ungefähre gesamte Ausmaß 0.32 × 0,46 × 0,08 m betragen. Außerdem ist die Quelle mit einer minimalen Anzahl von Einstellungen entwickelt worden, um eine einfache Anwendung und Wartung mit einem Minimum an Stillstandszeit zu ermöglichen. Die Quelle ist besonders mit Blick auf die Verwendung bei kleiner Teilchenkristallographie und Biowissenschaftsanwendungen entwickelt worden, wobei die Bestrahlung der Muster andererseits die Röntgenstärke erfordern würde, die durch eine rotierende Anode oder Synchrotron-Röntgenquelle geschaffen wird.
Die Röntgenstrahlen werden in der Kupferanode der abgedichteten Röhre erzeugt und durch das Berilliumfenster der Röhre ausgesendet, bevor sie durch eine Öffnung im Röntgenröhrenschutz 101 hindurchgehen. Diese Öffnung wird durch einen beweglichen Verschluss, der im Versuchsgehäuse 102 angeordnet ist, verschlossen. Wenn der Verschluss geöffnet ist, gehen die Röntgenstrahlen durch eine mit Helium gefüllte Austrittsstrecke hindurch und werden bei einem kritischen Abstand durch eine mehrschichtige Optik innerhalb des mehrschichtigen Optikgehäuses 103 gesammelt und fokussiert, wobei die Position davon genau eingestellt werden kann, um die Größe und Stärke des Röntgen-Brennflecks zu beeinflussen. Der fokussierte Röntgenstrahl läuft dann am Kollimator oder Konditionierer 104 entlang und kann dann durch einen K_β-Filter mit Nickelfolie und/oder ein Kapton-Fenster hindurchgehen. An diesem Punkt geht der Röntgenstrahl ins Freie über und wird auf einen Punkt fokussiert, wo ein Muster zur Bestrahlung platziert werden würde. Ein Teil des Röntgenstrahls setzt sich direkt durch das Muster fort und fällt auf die bewegliche, mit Blei bepackte Strahlsperre 105. Die Röntgenstrahlsperre 105 ist erstellt worden, um die Drehung um 90° zu ermöglichen, um eine größere Zugänglichkeit zum Befestigen des Musters zur Bestrahlung zu erreichen. Sobald die Optik ausgerichtet ist, sollte danach eine maximale Röntgenstärke erreicht werden. Diese Röntgenstrahlen müssen dann in die richtige Richtung, welche die auf die Musterposition ist, ausgerichtet werden. Dies wird durch fünf Einstellschrauben, die auf der Basis des Zusammenbaus angeordnet sind, erreicht.
Es wird nun die Ausrichtung und die Anordnung der Quelle bezüglich der 2 bis 4 detaillierter erörtert. Die typischerweise verwendete Röntgenröhre ist eine keramische abgedichtete Röhre mit ferngenauem Fokus von 2 kW der Kupferanode und wird in den Messingröhrenschutz von der Vorderseite der Röntgenquelle eingesetzt. Der Röntgenröhrenschutz weist eine ringförmige Öffnung auf, die an kritischer Stelle platziert ist, um zu ermöglichen, das die von der Röntgenröhre erzeugten und durch das Berylliumfenster der Röhre gesendeten Röntgenstrahlen zusammengefasst werden und durch die mehrschichtige Optik hindurchgehen. Direkt an der rechten Seite des Röhrenschutzes ist das Röntgen-Schnellverschlussgehäuse angebracht, das in einer 1 mm tiefen Aussparung in der äußeren Oberfläche des Röntgenröhrenschutzes angeordnet ist.
Der Röntgenverschluss besteht aus einem Bleistück, das an einem Ende eines beweglichen Armes angeordnet ist, wobei das andere Ende davon an einem hochgenauen Schrittmotor mit Hochgeschwindigkeits-Ansprechzeit, typischerweise 3 Millisekunden, angeordnet ist, wodurch der Verschluss über einen Bereich von typischerweise 6 Grad bewegt werden kann. Der Verschluss wird elektronisch gesteuert/geregelt und sein Status kann ständig überwacht werden. Der Verschluss kann leicht ausgetauscht werden und wird hier durch die Schraube 215 gesichert. Durch Lösen dieser Schraube kann die Verschlussanordnung 313 vom hinteren Ende des Röntgenverschlussgehäuses 315 zurückgezogen werden. Auf der zur Öffnung im Röntgengehäuse parallelen Seite ist eine Öffnung für die Anordnung der Optikgehäuseeinheit 304 vorgesehen. Das Optikgehäuse 304 wird in diese Öffnung eingesetzt und erstreckt sich innerhalb des Röntgenverschlussgehäuses 315. Eine röntgendichte Verbindung wird durch eine flexible Dichtungsanordnung geleistet.
Es werden zwei Einstellschrauben 203 und 204 vorgesehen, die sich durch das Röntgenverschlussgehäuse erstrecken. Diese dienen dazu, Druck auf das Optikgehäuse dort aufzubringen, wo es sich innerhalb des Röntgenverschlussgehäuses 315 erstreckt. Durch Einstellen dieser Schrauben kann der Druck auf das Optikgehäuse 304 sowohl in x- als auch in y-Richtung aufgebracht werden und somit wird bewirkt, dass das Optikgehäuse auf den vertikalen und horizontalen Gelenkschrauben 205 und 206 geschwenkt wird. Das Lösen der Schrauben 203 und 204 bewirkt, dass das Röntgenoptikgehäuse 304 zu seiner vorhergehenden Position infolge von zwei Druckfedern, die in Reihe mit den Schrauben 203 und 204 befestigt sind, zurückkehrt. Diese Anordnung ist detailliert in 4B, inklusive der beiden Druckfedern 401, 402, die den Einstellschrauben 403 (203) und 404 (204) gegenüberliegen, dargestellt.
Die Schraube 205 dient sowohl als Drehpunkt für die vertikale Richtung als auch als Einstellschraube in der horizontalen x-Ebene. Das Festziehen der Schraube 205 bringt Druck auf das Röntgenoptikgehäuse und ermöglicht die Positionsbewegung des Röntgenoptikgehäuses in die horizontale (x-)Ebene, das auf der Schraube 206 geschwenkt wird. Das Lösen der Schraube 205 ermöglicht die Positionsbewegung des Röntgenoptikgehäuses 204 in die horizontale (x-)Ebene und in Richtung der Schraube infolge einer Spannfeder. Diese Anordnung ist detailliert in 4C einschließlich der Spannfeder 407, die den Einstellschrauben 405 (205) und 406 (206) entgegenwirkt, dargestellt.
Die Schraube 202 ist einer der drei Gewindestifte, die dazu dient, die abnehmbare Kollimator-/Konditioniereranordnung hier zu halten. Innen wird diese durch einen O-Ring 318 abgedichtet, um an diesem Punkt die Leckage des Heliumgases zu verhindern. Die Öffnung des Konditionierers ist in x- und y-Richtung 319 durch die Anwendung der Schrauben 208 und 209 einstellbar. Beim Verschrauben der Schraube 208 oder 209 wird Druck auf den Konditionierer aufgebracht, der bewirkt, dass er sich neigt und somit die endgültige Öffnung neu positioniert. Beim Lösen der Schrauben wird die Bewegung infolge der Druckfedern, die in Reihe mit den Schrauben befestigt sind, umgekehrt. Die endgültige 0,4 mm. Öffnung 321 ist in einer abnehmbaren Endkappe 207 enthalten, die hierzu das Austauschen verschiedener Größen ermöglicht. Das Ende des Konditionierers in der Röntgenstrahlstrecke ist mit einem Kapton-Fenster abgedichtet und das Heliumgas tritt auf einem anderen Weg nahe der endgültigen Öffnung aus.
Die Innenanordnung der vorliegenden Erfindung ist so, dass sich das Röntgenoptikgehäuse 304 zu einer Position nahe der Röntgenöffnung im Röntgenröhrenschutz 101 erstreckt. Im Zwischenraum ist der Röntgenverschluss-Bleiblock befestigt. Das Ende des Röntgenoptikgehäuses 304, das am Nächsten der Röntgenröhre ist, wird durch ein Kapton-Fenster 314 verschlossen, wobei das andere Ende offen ist. Innerhalb des Röntgenoptikgehäuses 304 ist die mehrschichtige Optik 317, die sich in einer fixierten Position befindet, befestigt. Die Optik kann an der Wand des Gehäuses durch Klebstoff befestigt werden. Es kann entweder eine einzelne mehrschichtige Optik oder eine Kombination von mehrschichtigen Optiken verwendet werden. Die mehrschichtige Optik wird üblicherweise aus mehreren Schichten von leichten und schwereren Materialien gebildet, was zu einer verteilten Reflexionsanordnung führt. Die Anordnung kann sogar abgestuft sein. Die Beispiele geeigneter Optiken umfassen den konfokalen Spiegel und den sagittalen Spiegel. Der konfokale Spiegel umfasst typischerweise zwei verlängerte rechtwinklige mehrschichtige Reflektoren, und so sind die zusammengefassten Röntgenstrahlen einem doppelten Aufprall ausgesetzt, wenn sie sich durch das Optikgehäuse ausbreiten. Infolge der Wellenlänge mit Bragg-Selektivität des Reflektors kann die doppelte Reflexion als wirksamer Monochromator wirken, wobei ein wesentliches Filtern der unerwünschten Röntgenwellenlängen erreicht wird und der Bedarf für einen separaten Filter reduziert wird.
Die Röntgenstrahlstrecke durch die vorliegende Erfindung wird bei einem konstanten Fluss des Heliumgases aufrecht erhalten, welches über die Helium-Eintrittsöffnung 214 (302) zugeführt und innen entlang einer Röhre mit kleinem Durchmesser geführt wird, die sich in das Röntgenoptikgehäuse an einem Punkt nahe zum Kapton-Fenster 314 am Röntgenröhrenende öffnet. Die verschiedenen Verbindungen entlang des Helium-Fließweges werden mittels O-Ringen 316, 318, 320 abgedichtet. Die Anwesenheit des Heliums dient dazu, mögliche Beschädigungen an der sensitiven mehrschichtigen Optik 317 zu reduzieren, die den Röntgenstrahlen unterzogen werden und auch dazu, die auf dem Muster zu platzierende maximale Röntgenstärke vorzusehen. Die Röntgenstärke wird mit dem Abstand von der Quelle als Folge der durch die Luft verursachten Streuung reduziert. Diese Reduzierung der Stärke wird durch das Ersetzen der Luft mit Helium minimiert.
Das Gegengewicht 311 besteht aus einem mit Blei gefüllten Block, der auf der linken Seite des Röntgenröhrenschutzes gesichert ist und dient als Gegengewicht des kombinierten Gewichts des Röntgenverschlusses 313, Röntgenverschlussgehäuses 315, Röntgenoptikgehäuse 304, Kollimator/Konditionierer 305 und Strahlsperrenanordnung 306, die auf der rechten Seite des Röntgenröhrenschutzes befestigt sind. Eine Schraube 201 erstreckt sich durch das Gegengewicht 311, um das Befestigen einer Frontplatte 312 zu ermöglichen, um die Einstellschrauben 203 und 204 und die Basis 301 der Röntgenröhre abzudecken.
Die Röntgen-Strahlsperrenbefestigung 306 umfasst eine Röntgen-Warnlampe 303, die über ein externes Kabel mit der Elektrik des Röntgen-Schnellverschlusses verbunden ist. Wenn der Verschluss geöffnet ist und die Röntgenstrahlen austreten, leuchtet die Warnlampe. Die Strahlsperre muss ausgerichtet sein, so dass die mit Blei bepackte Spitze in einer Linie mit dem Röntgenstrahl ist. Die Ausrichtung der Strahlsperre 307 wird in horizontaler (x-)Richtung unter Verwendung der Schraube 212 und in vertikaler (y-)Richtung unter Verwendung der Schraube 211 erreicht. Die Strahlsperre kann durch Druck, der in dem Bereich der Schraube 211 über einen Daumengriff, der auf der Vorderseite der Vorrichtung angeordnet ist, aufgebracht wird, um 90° gedreht werden. Eine reproduzierbare Position der Strahlsperre wird erreicht, wenn die Strahlsperre ein Federkugellager enthält, das in den Sockeln an der "Oben-" und "Unten-"Position der Strahlsperre angeordnet ist, wobei diese Positionen um 90° zueinander stehen. Beim Einschrauben der Schraube 211 oder 212 bewirkt die Bewegung, dass die Kugellagerfeder indirekt niedergedrückt wird. Der "Unten"-Sockel wird mit einer Schräge auf einer Seite erstellt, die bewirkt, dass sich der Federdruck erhöht, wenn die Schraube 212 eingeschraubt wird. Beim Lösen der Schraube 211 oder 212 wirkt die Federkraft auf das Kugellager, das auf der Schräge aufliegt, wodurch bewirkt wird, dass die Strahlsperre sich in umgekehrter Richtung bewegt. Der Anwender kann die Strahlsperre zur "Oben"-Position drehen, um das Musterhandling zu ermöglichen und nachdem sie in die "Unten-"Position zurückgekehrt ist, wird die vorhergehende ausgerichtete Position automatisch wiederhergestellt. Die gesamte Strahlsperre kann durch Entfernen der Schraube 213 abgenommen werden. Der Abstand der Strahlsperre 307 von der Anordnung des Musters 308 ist auf einem Schieber 309 einstellbar, der mit der Schraube 210 verriegelt ist.
5 stellt die Röntgenquelle 500 dar, die auf einem Ständer 501 befestigt ist, mit dem Gegengewicht 502, das zum Ausgleichen des Gewichts des Strahlleitteils 503 der Quelle dient. Die gesamte Quellenanordnung 500 kann in der richtigen horizontalen und vertikalen Position unter Verwendung von fünf auf der Basis angeordneten Schrauben ausgerichtet werden. Drei der Schrauben, eine an der Vorderseite 504 und zwei an der Hinterseite 507 und 508, stellen die vertikale Position durch Aufbringen von Druck auf die Unterseite des Röntgenröhrenschutzes ein. Die verbleibenden zwei Schrauben 505 und 506 können gegeneinander eingestellt werden, um somit Druck auf die jeweils hinteren linken und rechten Seiten des Röntgenröhrenschutzes aufzubringen. Diese zwei Schrauben ermöglichen die Bewegung der gesamten Anordnung in horizontaler Ebene. Sobald die Quelle für die maximale Röntgenflusskonzentration durch Einstellung des Multi-Optikgehäuses und des Konditionierers/Kollimators optimiert worden ist, kann somit der Strahl genau auf ein Muster durch die Einstellung der Basisschrauben gerichtet werden.

Claims

Hochfluss-Röntgenquelle (100), die folgendes aufweist: – eine abgedichtete Röntgenröhre; – ein Optikgehäuse (103), das eine mehrschichtige Optik (317) zum Zusammenfassen und Fokussieren von in der abgedichteten Röntgenröhre erzeugten Röntgenstrahlen enthält, wobei die mehrschichtige Optik an einem vorbestimmten Abstand von der abgedichteten Röntgenröhre angeordnet ist und das Optikgehäuse bezüglich der abgedichteten Röntgenröhre einstellbar ist; und – einen Röntgenstrahlkonditionierer (104), der bezüglich des Optikgehäuses einstellbar ist.
Röntgenquelle gemäß Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Optik (317) ein konfokaler Spiegel ist.
Röntgenquelle gemäß Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Optik (317) ein sagittaler Spiegel ist.
Röntgenquelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Optikgehäuse bezüglich der abgedichteten Röntgenröhre durch die unabhängige Drehung in jede eines ersten Paares von im Wesentlichen rechtwinkligen Richtungen einstellbar (203, 204) ist.
Röntgenquelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Optikgehäuse bezüglich der abgedichteten Röntgenröhre durch unabhängige Translation in jede eines zweiten Paares von im Wesentlichen rechtwinkligen Richtungen einstellbar (205, 206) ist.
Röntgenquelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Verschlussgehäuse (315) zum Aufnehmen eines Teils des Optikgehäuses (304) aufweist.
Röntgenquelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Optikgehäuse mit einem Edelgas gefüllt ist.
Röntgenquelle gemäß Anspruch 7, wobei das Edelgas Helium ist.
Röntgenquelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine bewegliche Röntgenstrahlsperre (307) aufweist.
Röntgen-Bestrahlungsvorrichtung mit einer Röntgenquelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und Vorrichtung zum Halten eines Musters in der Strecke der fokussierten Röntgenstrahlung.