NL1015740C1 - Stralingsanalysetoestel voorzien van een regelbare collimator. - Google Patents

Description

Stralingsanalysetoestel voorzien van een regelbare collimator.

De uitvinding betreft een toestel voor stralingsanalyse van een te onderzoeken preparaat, waarbij een stralingsbundel zich via het te onderzoeken preparaat langs een optische weg van een stralingsbron naar een stralingsdetector verplaatst, waarbij een collimator met collimatie-elementen in genoemde optische weg aanwezig is en waarbij 5 de collimator als gevolg van een verplaatsing in de stralingsbundel een regelbare openingshoek voor de stralingsbundel vertoont.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een collimator voor toepassing in een dergelijk toestel.

10 Een dergelijk toestel is bekend uit "Patent Abstracts of Japan", Application

No. 08208931, publicatienummer 10038823 A. In het genoemde document vormt het stralingsanalysetoestel een spectrometer voor röntgenfluorescentie. In deze bekende spectrometer bevinden zich twee collimators in de vorm van zogenaamde Sollerslit-collimators in de röntgenoptische weg. Dergelijke collimators bevatten een stapeling van 15 onderling evenwijdige platen van een röntgenabsorberend materiaal met een bepaalde onderlinge afstand. Een collimatie-element in een dergelijke collimator wordt dus gevormd door een onderlinge afstand plus de aangrenzende platen. De openingshoek van een dergelijk samenstelsel van platen voor de stralingsbundel is gelijk aan tweemaal de verhouding van de onderlinge afstand tot de lengte van de platen ter plaatse waar de 20 röntgenbundel de platen passeert.

Toestellen voor stralingsanalyse zijn vaak voorzien voor het meten van een spectrogram met een hoog oplossend vermogen (bijvoorbeeld röntgenspectrometers) of een diffractiepatroon (bijvoorbeeld röntgendiffractometers). Voor bepaalde stralen in de stralingbundel treden er dan afwijkingen ten opzichte van de ideale stralingsweg op, welke 25 afwijkingen een negatief effect hebben op het oplossend vermogen van de metingen. Om deze afwijkingen te verminderen is het op zich bekend om in de optische weg van het toestel een collimator op te nemen voor het begrenzen van de stralingsbundel, in het bijzonder voor het begrenzen van de openingshoek van de stralingsbundel.

1 o · j 2

Een meting met behulp van een röntgenspectrometer of een röntgendiffractometer omvat vaak een hoekscan, d.w.z. het meten van de uit het te onderzoeken preparaat afkomstige stralingsintensiteit in een groot bereik van hoekwaarden rond het preparaat. De genoemde afwijkingen van de ideale stralingsweg zijn dan 5 afhankelijk van de hoekwaarde. Om de meettijd van deze toestellen zo kort mogelijk te houden, is het gewenst dat de openingshoek (dus de totale intensiteit) van de stralingsbundel niet verder beperkt wordt dan nodig is voor het oplossend vermogen. Daarom wordt tijdens de meting de openingshoek van de collimator bij voorkeur regelbaar gemaakt, dat wil zeggen afhankelijk van de hoekwaarden.

10 Bij de uit het genoemde document bekende röntgenspectrometer wordt een dergelijke regelbare waarde van de openingshoek verkregen door de daarin getoonde en van een stapeling platen met gelijke onderlinge afstanden voorziene Sollerslit-collimators zodanig op te stellen, dat de stapeling van platen een aantal deel-stapels omvat met verschillende onderlinge afstanden tussen de platen. Dan kan een andere openingshoek 15 worden gekozen door de betreffende Sollerslit-collimator in een richting loodrecht op het oppervlak van de plaat te verplaatsen, met als gevolg dat een andere deel-stapel in de stralingsbundel wordt gebracht.

Het is moeilijk om een collimator te vervaardigen waarin de collimatie-elementen onderling verschillende afmetingen vertonen. Bovendien kunnen op deze 20 bekende wijze slechts enkele discrete waarden van de openingshoek worden gerealiseerd of bevinden zich een aantal tussenruimten tegelijkertijd in de bundel (in geval van een continu variërende tussenruimte), zodat de openingshoek niet goed gedefinieerd is.

De uitvinding heeft tot doel een toestel voor stralingsanalyse te verschaffen waarin de openingshoek van de stralingsbundel continu regelbaar is en dat betrekkelijk 25 eenvoudig kan worden vervaardigd. Hiertoe heeft het toestel overeenkomstig de uitvinding het kenmerk, dat de collimator zodanig door de stralingsbundel kan worden verplaatst, dat de aan de stralingsbundel blootgestelde collimatieelement-Iengte variatie mogelijk maakt. De uitvinding is gebaseerd op het inzicht, dat de gewenste variatie van de openingshoek door middel van een beweging bereikt kan worden, zodat de verschillen in afmeting, die 30 vaak inherent zijn aan allerlei apparatuur, deze variatie van de openingshoek veroorzaken. Het is echter niet nodig dat gebruik wordt gemaakt van deze inherente afmetingverschillen; het is ook mogelijk om verschillen in afmeting toe te passen die gemakkelijk te realiseren zijn.

1015740 3

Bij een uitvoeringsvoorbeeld overeenkomstig de uitvinding waarin op eenvoudige wijze gebruik wordt gemaakt van inherente verschillen in afmeting, zijn de collimatie-elementen gevormd als onderling evenwijdige platen en omvat genoemde beweging een draaiing rond een as loodrecht op de platen. Als gevolg van de genoemde 5 rotatie zal de stralingsbundel in het algemeen ten opzichte van de collimator een andere weg volgen, zodat de. bundel verschillende afmetingen tegen komt.

Bij een verder uitvoeringsvoorbeeld overeenkomstig de uitvinding, waarin op eenvoudige wijze gebruik wordt gemaakt van inherente verschillen in afmeting, hebben de platen een rechthoekige vorm. Dit resulteert in een zeer eenvoudig vervaardigingsproces 10 met een vorm die bij deze techniek reeds algemeen wordt toegepast.

Bij een andere uitvoeringsvoorbeeld overeenkomstig de uitvinding hebben de platen tenminste gedeeltelijk een elliptische vorm. Bij een sterk divergente stralingsbundel kan door deze stap het verschil in openingshoek voor verschillende banen in de bundel verkleind worden.

15 Bij nog een verder uitvoeringsvoorbeeld overeenkomstig de uitvinding hebben de collimatie-elementen de vorm van kanalen met een in zichzelf gesloten doorsnede, waarbij deze kanalen een onderling verschillende lengte vertonen, en omvat genoemde beweging een verplaatsing dwars op de lengterichting van de kanalen. De kanalen kunnen worden gerealiseerd met röntgenoptische vezels, bijvoorbeeld glasvezels. 20 Röntgenoptische vezels zijn op zich bekend voor het beïnvloeden van de stralingsweg in een stralingsbundel. Dergelijke vezels zijn echter zeer dun, zodat een uit vezels bestaande collimator een zeer groot aantal vezels omvat en niet gemakkelijk in een willekeurige vorm vervaardigd kan worden. Het is echter zeer goed mogelijk om een zodanige stapeling van vezels te vervaardigen dat, in zijaanzicht gezien, deze stapeling de vorm van bijvoorbeeld 25 een driehoek heeft; door de aldus gevormde collimator dwars op de lengteas van de vezels te verplaatsen, worden steeds vezels met een andere lengte in de bundel gevoerd.

De uitvinding zal meer in detail worden beschreven aan de hand van de Figuren waarbij gelijke verwijzingscijfers dezelfde elementen aanduiden. Daarbij toont: 30 Figuur 1: een globale weergave van een op zichzelf bekend toestel voor röntgenanalyse waarin de uitvinding kan worden toegepast;

Figuur 2a: een perspectiefaanzicht van een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een regelbare Sollerslit-collimator overeenkomstig de uitvinding; 1015740 4

Figuur 2b: een bovenaanzicht van een collimatorplaat van de in Figuur 2a getoonde collimator, tezamen met de stralingsbundel;

Figuur 3: een perspectiefaanzicht toont van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een regelbare Sollerslit-collimator overeenkomstig de uitvinding, en 5 Figuur 4: een perspectiefaanzicht van een uitvoeringsvoorbeeld van een regelbare Sollerslit-collimator met röntgenoptische vezels overeenkomstig de uitvinding.

De uitvinding zal worden beschreven aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld waarin het toestel voor stralingsanalyse wordt gevormd door een 10 toestel voor röntgenanalyse, in het bijzonder een toestel voor röntgendiffractie. Daarin heeft de analyserende straling de vorm van röntgenstraling. Er zij echter op gewezen dat de uitvinding toepasbaar is op alle verdere toestellen voor stralingsanalyse waarin een collimator voor de analyserende stralingsbundel wordt toegepast.

Figuur 1 toont een schematische voorstelling van een bekend toestel voor 15 röntgenanalyse, in dit geval een toestel voor röntgendiffractie. Hierin is op een gestel 2 een goniometer 4 aangebracht. Deze goniometer 4 kan voorzien zijn van een hoek-encoder voor het meten van de hoekverdraaiing van de daarop gemonteerde röntgenbron 7 en de eveneens daarop gemonteerde detectorinrichting 9. De goniometer is bovendien voorzien van een preparaatdrager 8 waarop een preparaat 10 is aangebracht. Voor die gevallen 20 waarin meting van de hoekverdraaiing van het preparaat van belang is, kan op de preparaatdrager een hoek-encoder zijn aangebracht. De röntgenbron 7 omvat een houder 12 voor een in deze Figuur niet-weergegeven röntgenbuis die met een bevestigingsring 20 in de houder is bevestigd. Deze röntgenbuis is voorzien van een hoogspanningssteker 15 waarmee de hoogspanning en de gloeistroom voor de röntgenbuis via een 25 hoogspanningskabel 18 worden toegevoerd. Aan dezelfde zijde van de röntgenbuis zijn de toevoer- en afvoerleidingen 22 en 24 voor het koelwater van de röntgenbuis aangebracht.

De huishouder 12 is verder voorzien van een uittreevenster 44 voor röntgenstraling en een eenheid 16 voor het parallel!seren van de röntgenbundel (een Sollerslit-collimator). De platen van de Sollerslit-collimator 16 staan evenwijdig aan het vlak van tekening zodanig 30 dat de door de röntgenbron 7 voortgebrachte röntgenbundel het preparaat 10 belicht met een divergente bundel. De detectorinrichting 9 bestaat uit een houder 26 voor een Sollerslit-collimator, een houder 28 voor een monochromatorkristal, en een detector 30. De platen van de Sollerslit-collimator in de houder 26 staan eveneens parallel aan het vlak van 1015740 5 tekening. Indien zowel de röntgenbron als de detector om het preparaat draaibaar zijn, is het niet nodig dat het preparaat draaibaar opgesteld is. Het is echter ook mogelijk om de röntgenbron vast op te stellen, hetgeen voor grote en zware röntgenbronnen soms nodig is. In dat geval dienen zowel de preparaatdrager als de detector draaibaar te zijn.

5 Het toestel voor röntgendiffractie zoals weergegeven in Figuur 1 is voorts voorzien van een verwerkingsinrichting voor het verwerken van de diverse gemeten gegevens. Deze verwerkingsinrichting is voorzien van een centrale verwerkingseenheid 32 met een geheugeneenheid 36 en een monitor 34 voor de presentatie van de verschillende gegevens en voor de weergave van het gemeten en berekende resultaat. De op de 10 goniometer 4 gemonteerde röntgenbron 7, de detectorinrichting 9 en de preparaatdrager 8 zijn alle voorzien van een (niet weergegeven) eenheid voor het bepalen van de hoekstand van het betreffende element ten opzichte van de schaalverdeling van de goniometer. Een signaal dat deze hoekstand weergeeft wordt via verbindingsleidingen 38-1, 38-2 en 38-3 overgedragen naar de centrale verwerkingseenheid 32.

15 Figuur 1 toont een zogeheten Bragg-Brentano-opstelling, hetgeen inhoudt dat de van een enkel punt uitgaande röntgenstralen na reflectie door het preparaat 10 weer in één punt gefocusseerd worden indien het oppervlak van het preparaat raakt aan een cirkel gaande door het punt van oorsprong en het focuspunt. Het preparaat 10 wordt belicht met röntgenstraling afkomstig van de röntgenbron 7. In deze röntgenbron is op schematische 20 wijze een anode 40 weergegeven die deel uitmaakt van de in deze Figuur verder niet weergegeven röntgenbuis. In de anode 40 wordt de röntgenstraling op de gebruikelijke wijze opgewekt door deze anode te bestralen met hoog-energetische elektronen. Daardoor wordt in de anode röntgenstraling 42 opgewekt die door het röntgenvenster 44 naar buiten treedt. In de opstelling volgens Figuur 1 wordt het genoemde punt van waar de 25 röntgenstralen uitgaan niet gevormd door een enkel punt, maar door een lijnfocus 41 op de anode dat loodrecht staat op het vlak van tekening. Het genoemde focuspunt wordt gevormd door het punt 43 van de het preparaat verlatende bundel 45 waar deze bundel zich verenigt ter plaatse van de ingang van de detector 30. Daardoor heeft deze opstelling slechts een focusserende werking in het vlak van tekening.

30 Figuur 2 toont in perspectief een uitvoeringsvoorbeeld van een regelbare

Sollerslit-collimator waarin de platen van de collimator een rechthoekige vorm hebben. De getoonde collimator omvat een stapeling van collimatorplaten 46 met spleten 48. Alle platen in deze collimator hebben dezelfde afmetingen. Een stralingsbundel 45 waarvan de 1015740 6 openingshoek wordt begrensd door de collimator landt evenwijdig aan het vlak van de collimatorplaten 46. De openingshoek α van de stralingsbundel wordt gegeven door tweemaal de verhouding van de spleet d tussen de platen 46 tot de collimatieelement-lengte die blootgesteld is aan de stralingsbundel (zie ook Figuur 2b), zodat geldt: α = 2d/L.

5 De waarde van de grootheid L kan worden gevarieerd door de collimatorplaten te verdraaien rond een as 50 die zich loodrecht op het vlak van de platen 46 uitstrekt. Hiertoe is een bewegingsmechanisme aangebracht; in dit uitvoeringsvoorbeeld wordt dit mechanisme gevormd door een as 50 en een aandrijfeenheid 52 waarin de as 50 is gelagerd en die vast verbonden is met het analysetoestel waarvan de collimator deel uit 10 maakt. De aandrijfeenheid omvat bijvoorbeeld een motor voor het roteren van de as; deze motor wordt geregeld door een regeleenheid 54 die deel kan uitmaken van een tot het analysetoestel behorende computer.

Indien zulks noodzakelijk is voor de door het analysetoestel uit te voeren metingen, worden de collimatorplaten 46 rond de as 50 gedraaid totdat de juiste 15 openingshoek bereikt is, d.w.z. totdat α = 2d/L, waarbij α een voorafbepaalde waarde is.

Figuur 3 toont in perspectief een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een regelbare Sollerslit-collimator overeenkomstig de uitvinding. Dit uitvoeringsvoorbeeld is bij uitstek geschikt voor inrichtingen waarin de stralingsbundel sterk divergent of convergent is in een vlak evenwijdig aan de collimatorplaten. Deze situatie kan zich 20 bijvoorbeeld voordoen in een spectrometer van het Bragg-Brentano-type. Bij een dergelijke divergente bundel is de waarde van L (d.w.z. de collimatieelement-lengte L die aan de stralingsbundel 45 is blootgesteld) niet hetzelfde voor alle stralen in de stralingsbundel. Dit kan een nadeel zijn bij metingen waarvoor een hoge nauwkeurigheid vereist is. Het kan worden aangetoond dat voor dergelijke metingen een Sollerslit-collimator met elliptisch 25 gevormde platen dit nadeel geheel of grotendeels opheft. Evenals in de in Figuur 2 getoonde collimator wordt de collimator overeenkomstig Figuur 3 via een as 50 aangedreven op dezelfde wijze als reeds beschreven aan de hand van Figuur 2.

Figuur 4 toont in perspectief een uitvoeringsvoorbeeld van een regelbare Sollerslit-collimator met röntgenoptische vezels overeenkomstig de uitvinding. Zulke 30 vezels zijn op zich bekend voor het beïnvloeden van röntgenbundels. Met dergelijke vezels kan een hoge mate van collimatie worden verkregen, d.w.z. een zeer kleine openingshoek van de röntgenbundel.

1 0 15 7 4 0 7

De in deze Figuur getoonde collimator is voorzien van een tweedimensionale stapeling van röntgenvezels 60. De röntgenvezels 60 hebben dezelfde doorsnede, maar hun lengte is afhankelijk van hun niveau in de stapeling. Een stralingsbundel 45 waarvan de openingshoek begrensd wordt door de stapeling van 5 röntgenvezels verloopt evenwijdig aan de axiale richting van de röntgenvezels 60. De openingshoek van de. stralingsbundel wordt bepaald door de verhouding van de inwendige doorsnede tot de lengte van de holle vezel. De openingshoek kan dus worden gevarieerd door de collimator heen en weer te bewegen. Hiertoe is dit uitvoeringsvoorbeeld voorzien van een bewegingsmechanisme dat bestaat uit een houder voor de stapeling van 10 röntgenvezels, welke houder is voorzien van twee geleidingen 62 die heen en weer kunnen worden bewogen door middel van een aandrijfstang 64, waarbij de geleidingen 62 langs delen 56 van het het door het analysetoestel gevormde stelsel worden geleid. De genoemde beweging wordt aangedreven door middel van een aandrijfeenheid 52 waarin de aandrijfstang 64 gelagerd is en die tevens vast verbonden is met het analysetoestel. De 15 aandrijfeenheid omvat bijvoorbeeld een motor voor het heen en weer bewegen van de aandrijfstang; deze motor wordt geregeld door een regeleenheid 54 die deel kan uitmaken van een tot het analysetoestel behorende computer. Indien zulks noodzakelijk is voor de door het analysetoestel uit te voeren metingen, wordt de collimator heen en weer bewogen totdat de juiste openingshoek verkregen is.

1015 7 4ο

Claims (12)

1. Toestel voor stralingsanalyse van een te onderzoeken preparaat (10), waarbij een stralingsbundel (45) zich via het te onderzoeken preparaat langs een optische weg (41, 10,45,43) van een stralingsbron (40) naar een stralingsdetector (9) verplaatst, waarbij een collimator (26) met collimatie-elementen (46) in genoemde optische weg aanwezig is en 5 waarbij de collimator als gevolg van een verplaatsing in de stralingsbundel (45) een regelbare openingshoek voor de stralingsbundel vertoont, met het kenmerk, dat de collimator zodanig door de stralingsbundel (45) kan worden verplaatst dat de aan de stralingsbundel blootgestelde collimatieelement-lengte (L) variatie mogelijk maakt. 10

2. Toestel voor stralingsanalyse overeenkomstig conclusie 1, waarbij de collimatie-elementen (46) gevormd zijn als onderling evenwijdige platen en waarbij genoemde beweging een draaiing rond een as (50) loodrecht op de platen omvat.

3. Toestel voor stralingsanalyse overeenkomstig conclusie 2, waarbij de platen (46) een rechthoekige vorm vertonen.

4. Toestel voor stralingsanalyse overeenkomstig conclusie 2, waarbij de platen tenminste gedeeltelijk een elliptische vorm vertonen. 20

5. Toestel voor stralingsanalyse overeenkomstig conclusie 1, waarbij de collimatie-elementen de vorm van kanalen met een in zichzelf gesloten doorsnede vertonen, welke kanalen een onderling verschillende lengte vertonen, en waarbij genoemde beweging een verplaatsing dwars op de lengterichting van de kanalen omvat. 25

6. Toestel voor stralingsanalyse overeenkomstig conclusie 5, waarbij de kanalen uitgevoerd zijn als röntgenoptische vezels (60). - - i O ( r. j

7. Collimator voor toepassing in een toestel voor stralingsanalyse door middel van een stralingsbundel (45), voorzien van collimatie-elementen (46, 60), en een bewegingsmechanisme (50, 52; 62, 64) voor bewegingen door de stralingsbundel zodanig dat de collimator een variabele openingshoek voor de stralingsbundel vertoont, 5 met het kenmerk, dat het bewegingsmechanisme voorzien is om een variabele lengte (L) van de collimatie-elementen bloot te stellen aan de stralingsbundel en aldus de variabele openingshoek voor de stralingsbundel wordt verkregen.

8. Collimator overeenkomstig conclusie 7, waarbij de collimatie-elementen gevormd zijn als onderling evenwijdige platen (46), en waarbij het bewegingsmechanisme voorzien is om de collimator rond een zich loodrecht op de platen uitstrekkende as (50) te verdraaien.

9. Collimator overeenkomstig conclusie 8, waarbij de platen een rechthoekige vorm vertonen.

10. Collimator overeenkomstig conclusie 8, waarbij de platen tenminste gedeeltelijk een elliptische vorm vertonen. 20

11. Collimator overeenkomstig conclusie 7, waarbij de collimatie-elementen zijn gevormd als kanalen met een in zichzelf gesloten dwarsdoorsnede, waarbij deze kanalen een onderling verschillende lengte vertonen en waarbij het bewegingsmechanisme is voorzien om de collimator in een richting dwars op de lengterichting van de kanalen te 25 verplaatsen.

12. Collimator overeenkomstig conclusie 11, waarbij de kanalen worden gevormd door röntgenoptische vezels (60). i01c ' ;z