RU175420U1

RU175420U1 - X-ray convergence control device

Info

Publication number: RU175420U1
Application number: RU2017127884U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Трушин; Евгений Владимирович Чупрунов; Алексей Сергеевич Маркелов; Владимир Владимирович Грибко
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2017-12-05

Abstract

Полезная модель относится к рентгеновской оптике и может быть использована в оборудовании для получения рабочего профиля дифракционного элемента, образуемого профилем рабочей поверхности, используемой в качестве дифракционного элемента монокристаллической пластины и соответствующего заданному условию сходимости рентгеновского пучка, на основе управления кривизной рабочей поверхности указанной пластины, на которой происходит дифракция рентгеновского пучка по Брэггу, например, в рентгеновской микроскопии, рентгеновской спектроскопии, в дифрактометрах, а также в астрономии, физике, биологии, медицине и других областях.Технический результат от использования предлагаемой полезной модели - разработка устройства для управления сходимостью рентгеновского пучка, характеризующегося повышенной технологичностью и стабильностью получения рабочего профиля дифракционного элемента, соответствующего условию сходимости рентгеновского пучка в режиме коллимации или фокусировки рентгеновского излучения и входящего в состав дифракционного блока, представляющего собой трехслойный изгибной модуль, состоящий из монокристаллической пластины, затвердевшего клеевого слоя с низкими усадочными свойствами и пластины пьезоэлемента, сохранившими их исходные до приклеивания формы после затвердевания клеевого слоя, на основе управляемого изменения кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины с помощью электрического поля за счет выполнения подложки в виде пластины пьезоэлемента.Для достижения указанного технического результата предлагается устройство для управления сходимостью рентгеновского пучка, содержащее дифракционный блок, состоящий из дифракционного элемента, выполненного в виде монокристаллической пластины, приклеенной к подложке, представляющей собой пластину пьезоэлемента, изготовленную из пьезокристалла или пьезокерамики, и металлических электродов, предварительно напыленных на обе противоположные поверхности указанной пластины пьезоэлемента и подключенных с источнику электрического напряжения с возможностью выполнения ими функции средства изменения кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины за счет воздействия на пластину пьезоэлемента электрического поля, приводящего к одновременному изгибу предварительно приклеенных друг к другу монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента.Причем монокристаллическая пластина приклеена к пластине пьезоэлемента с условием сохранения формы исходных монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента после затвердевания клеевого слоя до воздействия на пластину пьезоэлемента электрического поля, а исходные монокристаллическая пластина и пластина пьезоэлемента имеют до приклеивания толщины и формы, подобранные для получения рабочего профиля дифракционного элемента, образуемого профилем рабочей поверхности монокристаллической пластины и соответствующего заданной сходимости рентгеновского пучка, в результате указанного одновременного изгиба монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента при воздействии на последнюю электрического поля.The utility model relates to x-ray optics and can be used in equipment to obtain a working profile of a diffraction element formed by a profile of a working surface used as a diffraction element of a single-crystal plate and corresponding to a given condition for the convergence of the x-ray beam, based on controlling the curvature of the working surface of the specified plate, on which Bragg X-ray diffraction occurs, for example, in X-ray microscopy, X-ray spectroscopy opium, in diffractometers, as well as in astronomy, physics, biology, medicine and other fields. The technical result from the use of the proposed utility model is the development of a device for controlling the convergence of the X-ray beam, characterized by high adaptability and stability of obtaining a working profile of the diffraction element corresponding to the condition of convergence of the X-ray beam in the mode of collimation or focusing of x-ray radiation and included in the diffraction block, which is a a layered bending module consisting of a single-crystal plate, a cured adhesive layer with low shrinkage properties and a piezoelectric element plate that retained their original form after gluing after the adhesive layer hardened, based on a controlled change in the curvature of the working surface of the single-crystal plate using an electric field due to the substrate in the form piezoelectric plate. To achieve the specified technical result, a device for controlling the convergence of X-ray a beam containing a diffraction unit, consisting of a diffraction element made in the form of a single crystal plate glued to a substrate, which is a piezoelectric element plate made of a piezoelectric crystal or piezoceramics, and metal electrodes preliminarily sprayed onto both opposite surfaces of the said piezoelectric element plate and connected to an electric source voltage with the ability to perform the function of means for changing the curvature of the working surface of a single-crystal plas tin due to the action of an electric field on the piezoelectric element plate, which simultaneously bends the single-crystal plate and the piezoelectric element plate previously glued to each other. Moreover, the single-crystal plate is glued to the piezoelectric element plate with the condition that the shape of the initial single-crystal plate and the piezoelectric element plate remains after the layer has been applied to the hardening layer piezoelectric element of the electric field, and the original single crystal plate and the piezoelectric plate have before gluing, the thicknesses and shapes selected to obtain the working profile of the diffraction element formed by the profile of the working surface of the single crystal plate and the corresponding given convergence of the x-ray beam, as a result of the indicated simultaneous bending of the single crystal plate and the piezoelectric plate when exposed to the last electric field.

Description

Полезная модель относится к рентгеновской оптике и может быть использована в оборудовании для получения рабочего профиля дифракционного элемента, образуемого профилем рабочей поверхности, используемой в качестве дифракционного элемента монокристаллической пластины и соответствующего заданному условию сходимости рентгеновского пучка, на основе управления кривизной рабочей поверхности указанной пластины, на которой происходит дифракция рентгеновского пучка по Брэггу, например, в рентгеновской микроскопии, рентгеновской спектроскопии, в дифрактометрах, а также в астрономии, физике, биологии, медицине и других областях.The utility model relates to x-ray optics and can be used in equipment to obtain a working profile of a diffraction element formed by a profile of a working surface used as a diffraction element of a single-crystal plate and corresponding to a given condition for the convergence of the x-ray beam, based on controlling the curvature of the working surface of the specified plate, on which Bragg X-ray diffraction occurs, for example, in X-ray microscopy, X-ray spectroscopy opium, in diffractometers, as well as in astronomy, physics, biology, medicine and other fields.

Известно получение рабочего профиля дифракционного элемента с целью обеспечения сходимости рентгеновского пучка в режиме коллимации или фокусировки рентгеновского излучения путем придания требуемого изгиба дифракционному элементу, выполненному в виде кристаллической пластины Si, прикрепленной к подложке, которые представляют собой в итоге изогнутую под коллимацию или фокусировку упругую составную пластину (см. описание изобретения «Способ управления потоком рентгеновского излучения и система для его осуществления» по патенту РФ №2278432, G21K 21/06, 2006).It is known to obtain a working profile of a diffraction element in order to ensure the convergence of the X-ray beam in the collimation or focusing mode of the X-ray radiation by imparting the required bend to the diffraction element made in the form of a Si crystal plate attached to a substrate, which ultimately constitutes an elastic composite plate bent for collimation or focusing (see the description of the invention "Method for controlling the flow of x-ray radiation and a system for its implementation" according to the patent of the Russian Federation 2278432, G21K 21/06, 2006).

Устройство для получения рабочего профиля дифракционного элемента с целью обеспечения сходимости рентгеновского пучка в режиме коллимации или фокусировки рентгеновского излучения изложенным выше путем (представляющее собой оборудование для придания требуемого изгиба упругому дифракционному элементу) нуждается для получения требуемого рабочего профиля дифракционного элемента в дополнительном блоке корректировки кривизны рабочей поверхности кристаллической пластины Si в результате воздействия на изогнутую кристаллическую пластину Si встроенными в подложку и усложняющими ее конструкцию активными пьезоэлементами для дополнительной настройки сходимости рентгеновского пучка, в связи с чем данное устройство представляет собой отдаленный аналог и недостаточно технологично.A device for obtaining a working profile of a diffraction element in order to ensure convergence of an X-ray beam in a collimation mode or focusing of X-ray radiation by the aforementioned method (which is equipment for imparting a desired bend to an elastic diffraction element) needs to obtain the required working profile of the diffraction element in an additional block for adjusting the curvature of the working surface Si crystalline plate as a result of exposure to a curved crystalline layer Well embedded in Si substrate and complicating its structure active piezoelements for additional adjustment of convergence x-ray beam, in connection with which the device is a remote analog and technologically insufficient.

Известно также управление кривизной рабочего профиля дифракционного элемента с целью обеспечения сходимости рентгеновского пучка в режиме коллимации или фокусировки рентгеновского излучения путем одновременного изгиба монокристаллической пластины и подложки, входящих в состав дифракционного блока, за счет усадки распределенного между ними клеевого слоя при его затвердевании, причем исходные монокристаллическая пластина и подложка имеют до приклеивания толщины и формы, подобранные для получения рабочего профиля дифракционного элемента, задаваемого кривизной рабочей поверхности монокристаллической пластины и соответствующего требуемой сходимости рентгеновского пучка (см. описание изобретения «Устройство для управления сходимостью рентгеновского пучка и способ изготовления дифракционного блока в его составе (варианты)» по патенту РФ №2601867, G21K 1/06, 2016).It is also known to control the curvature of the working profile of the diffraction element in order to ensure the convergence of the X-ray beam in the collimation or focusing mode of the X-ray radiation by simultaneously bending the single-crystal plate and substrate included in the diffraction unit due to the shrinkage of the adhesive layer distributed between them when it hardens, and the original single-crystal the plate and the substrate have, before gluing, thicknesses and shapes selected to obtain a working profile of diffraction electron the element specified by the curvature of the working surface of the single crystal plate and the corresponding required convergence of the x-ray beam (see the description of the invention "Device for controlling the convergence of the x-ray beam and a method of manufacturing a diffraction block in its composition (options)" according to RF patent No. 2601867, G21K 1/06, 2016 )

В устройстве для управления сходимостью рентгеновского пучка изложенным выше путем предусмотрено для дополнительной корректировки кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины контактирующее с дифракционным блоком средство изменения температуры дифракционного блока, выполненное в виде элемента Пельтье с водоблоком и вызывающее одновременный изгиб подложки, затвердевшего клеевого слоя и монокристаллической пластины из-за разницы коэффициентов температурного расширения материалов указанных составных частей дифракционного блока, что в связи с дополнительной функцией - настройкой уже поддерживаемой сходимости рентгеновского пучка в режиме коллимации или фокусировки рентгеновского излучения выходит за рамки задачи предлагаемой полезной модели - получения рабочего профиля дифракционного элемента, соответствующего требуемой сходимости рентгеновского пучка (без дополнительной настройки указанной сходимости), а получение рабочего профиля дифракционного элемента в связи с усадкой распределенного между монокристаллической пластиной и подложкой клеевого слоя при его затвердевании недостаточно стабильно из-за отклонений в составах клеевой технологии.In the apparatus for controlling the x-ray beam convergence as described above, it is provided for further adjusting the curvature of the working surface of the single crystal plate in contact with the diffraction unit, means for changing the temperature of the diffraction unit made in the form of a Peltier element with a water block and causing simultaneous bending of the substrate, the hardened adhesive layer and the single crystal plate from for differences in the coefficients of thermal expansion of the materials of these components diffraction ion block, which, due to the additional function of adjusting the already supported convergence of the X-ray beam in the collimation or focusing mode of the X-ray radiation, is beyond the scope of the proposed utility model - to obtain a working profile of the diffraction element corresponding to the required convergence of the X-ray beam (without additional adjustment of the indicated convergence), and obtaining a working profile of the diffraction element due to shrinkage distributed between the single crystal plate and the substrate its curing layer during its hardening is not stable enough due to deviations in the composition of the adhesive technology.

Использование технологии склейки составных частей дифракционного блока для получения искомого рабочего профиля поверхности дифракционного элемента - отдаленный от лежащего в основе предлагаемой полезной модели технический прием, из-за чего некорректно сравнение предлагаемой полезной модели с данным устройством для управления сходимостью рентгеновского пучка, поэтому выбрана форма изложения формулы и описания предлагаемой полезной модели - без прототипа.Using the technology of gluing the components of the diffraction block to obtain the desired working profile of the surface of the diffraction element is a remote technique underlying the proposed utility model, which is why it is incorrect to compare the proposed utility model with this device to control the convergence of the x-ray beam, therefore, the form of the formula and descriptions of the proposed utility model — without a prototype.

Технический результат от использования предлагаемой полезной модели - разработка устройства для управления сходимостью рентгеновского пучка, характеризующегося повышенной технологичностью и стабильностью получения рабочего профиля дифракционного элемента, соответствующего условию сходимости рентгеновского пучка в режиме коллимации или фокусировки рентгеновского излучения и входящего в состав дифракционного блока, представляющего собой трехслойный изгибной модуль, состоящий из монокристаллической пластины, затвердевшего клеевого слоя с низкими усадочными свойствами, и пластины пьезоэлемента, сохранившими их исходные до приклеивания формы после затвердевания клеевого слоя (толщина слоев напыленных электродов незначительна, в связи с чем их вклад в изменение кривизны поверхности монокристаллической пластины можно не учитывать), на основе управляемого изменения кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины с помощью электрического поля за счет выполнения подложки в виде пластины пьезоэлемента.The technical result from the use of the proposed utility model is the development of a device for controlling the convergence of the x-ray beam, characterized by increased manufacturability and stability of obtaining the working profile of the diffraction element corresponding to the condition of convergence of the x-ray beam in the collimation or focusing mode of the x-ray radiation and included in the composition of the diffraction block, which is a three-layer bending module consisting of a single-crystal plate, hardened adhesive layer with low shrinkage properties, and the piezoelectric element plate, which retained their original form before gluing after the adhesive layer hardens (the thickness of the layers of the deposited electrodes is insignificant, and therefore their contribution to the change in the surface curvature of the single-crystal plate can be ignored), based on a controlled change in the curvature the working surface of a single crystal plate using an electric field due to the implementation of the substrate in the form of a piezoelectric plate.

Для достижения указанного технического результата предлагается устройство для управления сходимостью рентгеновского пучка, содержащее дифракционный блок, состоящий из дифракционного элемента, выполненного в виде монокристаллической пластины, приклеенной к подложке, представляющей собой пластину пьезоэлемента, изготовленную из пьезокристалла или пьезокерамики, и металлических электродов, предварительно напыленных на обе противоположные поверхности указанной пластины пьезоэлемента и подключенных с источнику электрического напряжения с возможностью выполнения ими функции средства изменения кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины за счет воздействия на пластину пьезоэлемента электрического поля, приводящего к одновременному изгибу предварительно приклеенных друг к другу монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента.To achieve the technical result, a device is proposed for controlling the convergence of an X-ray beam, comprising a diffraction unit consisting of a diffraction element made in the form of a single crystal plate glued to a substrate, which is a piezoelectric element plate made of a piezoelectric crystal or piezoceramic, and metal electrodes previously sprayed onto both opposite surfaces of said piezoelectric plate and connected to a source of electrical voltage zheniya to perform their function as means for changing the working surface of the single crystal wafer of curvature due to the impact on the piezoelectric element plate of the electric field, which leads to the simultaneous bending of a pre-glued to each other and the single crystal plate piezoelectric element plate.

Причем монокристаллическая пластина приклеена к пластине пьезоэлемента с условием сохранения формы исходных монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента после затвердевания клеевого слоя до воздействия на пластину пьезоэлемента электрического поля, а исходные монокристаллическая пластина и пластина пьезоэлемента имеют до приклеивания толщины и формы, подобранные для получения рабочего профиля дифракционного элемента, образуемого профилем рабочей поверхности монокристаллической пластины и соответствующего заданной сходимости рентгеновского пучка, в результате указанного одновременного изгиба монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента при воздействии на последнюю электрического поля.Moreover, the single-crystal plate is glued to the piezoelectric element plate under the condition of maintaining the shape of the initial single-crystal plate and piezoelectric element plate after the adhesive layer has hardened before the electric field is exposed to the piezoelectric element plate, and the initial single-crystal plate and piezoelectric element plate have the thickness and shape of the working element selected before formed by the profile of the working surface of the single-crystal plate and the corresponding given cx x-ray beam, as a result of the indicated simultaneous bending of the single crystal plate and the piezoelectric plate when exposed to the last electric field.

В частных случаях выполнения предлагаемого устройства:In special cases, the implementation of the proposed device:

для получения рабочего профиля дифракционного элемента, соответствующего условию коллимации рентгеновского пучка, указанный дифракционный элемент выполнен из изготовленной из Si (111) исходной имеющей основание в форме прямоугольника плоскопараллельной монокристаллической пластины толщиной 400 мкм, приклеенной с помощью клеевого слоя фотополимера ОКМ-2 толщиной 30 мкм при комнатной температуре к изготовленной из пьезокерамики PZT-5H исходной имеющей основание в форме прямоугольника плоскопараллельной пластине пьезоэлемента толщиной 1.5 мм, с сохранением ими плоскопараллельных форм после затвердевания указанного клеевого слоя и с формированием параболического профиля рабочей поверхности указанной монокристаллической пластины с радиусом кривизны 0.9 м вдоль ее большей стороны в ее центре за счет одновременного изгиба предварительно приклеенных друг к другу указанных монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента при воздействии на последнюю электрического поля напряженностью 50 В/мм;in order to obtain a working profile of a diffraction element corresponding to the X-ray beam collimation condition, said diffraction element is made of an initial Si-111 made of Si (111) rectangle-shaped plane-parallel single crystal plate 400 μm thick, glued using an adhesive layer of an OKM-2 photopolymer 30 μm thick at room temperature to the original made of piezoelectric PZT-5H having a base in the form of a rectangle of a plane-parallel piezoelectric plate 1.5 m thick , with the preservation of plane-parallel forms after hardening of the specified adhesive layer and with the formation of a parabolic profile of the working surface of the specified single-crystal plate with a radius of curvature of 0.9 m along its greater side in its center due to the simultaneous bending of the pre-glued to each other specified single-crystal plate and piezoelectric plate when exposed to the last electric field with a voltage of 50 V / mm;

для получения рабочего профиля дифракционного элемента, соответствующего условию фокусировки рентгеновского пучка, указанный дифракционный элемент выполнен из изготовленной из Si (111) исходной имеющей основание в форме эллипса плоскопараллельной монокристаллической пластины толщиной 400 мкм, приклеенной с помощью клеевого слоя фотополимера ОКМ-2 толщиной 30 мкм при комнатной температуре к изготовленной из пьезокерамики PZT-5H исходной имеющей основание в форме эллипса пластине пьезоэлемента толщиной 1.5 мм с сохранением ими плоскопараллельной формы после затвердевания указанного клеевого слоя и с формированием эллиптического профиля рабочей поверхности указанной монокристаллической пластины с радиусом кривизны 1.5 м вдоль ее большей полуоси в ее центре за счет одновременного изгиба предварительно приклеенных друг к другу указанных монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента при воздействии на последнюю электрического поля напряженностью 50 В/мм.to obtain a working profile of the diffraction element corresponding to the focusing condition of the X-ray beam, the specified diffraction element is made of Si (111) initial, having an elliptical base of a plane-parallel single crystal plate 400 μm thick, glued using an adhesive layer of an OKM-2 photopolymer 30 μm thick at room temperature to the original piezoelectric plate 1.5 mm thick, made of PZT-5H piezoelectric ceramics with a base in the form of an ellipse, with preservation of plane parallel after hardening of the specified adhesive layer and with the formation of an elliptical profile of the working surface of the specified single-crystal plate with a radius of curvature of 1.5 m along its major axis in its center due to the simultaneous bending of the pre-glued to the specified single-crystal plate and the piezoelectric plate when exposed to the last electric field tension of 50 V / mm.

При этом два металлических электрода, предварительно напыленных по одному на обе противоположные поверхности пластины пьезоэлемента в составе дифракционного блока, могут быть изготовлены толщиной 1 мкм из меди, серебра или алюминия, а предлагаемое устройство может быть оснащено аппаратно-программным обеспечением управления источником электрического напряжения в соответствии с программным режимом поддержания заданной сходимости рентгеновского пучка.In this case, two metal electrodes, previously sprayed one at a time on both opposite surfaces of the piezoelectric element plate as part of the diffraction unit, can be made 1 μm thick of copper, silver or aluminum, and the proposed device can be equipped with hardware and software for controlling the voltage source in accordance with with a program mode for maintaining a given convergence of the x-ray beam.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для управления сходимостью рентгеновского пучка со схемой этого устройства на фиг. 1а и подложкой дифракционного блока на фиг. 16 в виде пластины пьезоэлемента с двумя металлическими электродами, предварительно напыленными по одному на обе противоположные поверхности указанной пластины; на фиг. 2 и 3 - формы исходных до приклеивания монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента, сохранившиеся после затвердевания распределенного между ними клеевого слоя (см. фиг. 2а и 3а), и построенные методом компьютерного моделирования соответствующие условию коллимации (см. фиг. 2б-г) и фокусировки (см. фиг. 3б-г) рентгеновского пучка полученные формы и профили рабочей поверхности монокристаллической пластины Si (111) в составе трехслойной (монокристаллическая пластина, затвердевший клеевой слой и пластина пьезоэлемента с напыленными электродами) структуры дифракционного блока при воздействии на пластину пьезоэлемента электрического поля.In FIG. 1 shows the proposed device for controlling the convergence of the x-ray beam with the circuit of this device in FIG. 1a and the substrate of the diffraction block in FIG. 16 in the form of a piezoelectric plate with two metal electrodes, previously sprayed one at a time on both opposite surfaces of the specified plate; in FIG. 2 and 3 are the forms of the initial before gluing the single-crystal plate and the piezoelectric element plate, preserved after hardening of the adhesive layer distributed between them (see Fig. 2a and 3a), and constructed by computer simulation corresponding to the collimation condition (see Fig. 2b-d) and focusing (see Fig. 3b-d) of the X-ray beam, the obtained shapes and profiles of the working surface of a single-crystal plate Si (111) as a part of a three-layer (single-crystal plate, hardened adhesive layer and a piezoelectric plate with a sprayed elec odes) block diffractive structure when subjected to an electric field plate piezoelectric element.

Предлагаемое устройство для управления сходимостью рентгеновского пучка (см. фиг. 1а) содержит дифракционный блок, состоящий из дифракционного элемента, выполненного в виде изготовленной из Si (111) монокристаллической пластины 1 (со средней плотностью дислокаций, не превышающей 1000 см^-2), приклеенной с помощью имеющего пониженные усадочные свойства клеевого слоя 2 к подложке, представляющей собой пластину 3 пьезоэлемента, изготовленную из пьезокристалла или пьезокерамики, с сохранением формы исходных до приклеивания монокристаллической пластины 1 и пластины 3 пьезоэлемента после затвердевания клеевого слоя 2, и два металлических электрода 4 (см. фиг. 1б), предварительно перед приклеиванием монокристаллической пластины 1 к пластине 3 пьезоэлемента напыленных по одному на обе противоположные поверхности пластины 3 пьезоэлемента (на фиг. 1а показана монокристаллическая пластина 1, приобретающая при воздействии электрического поля на пластину 3 пьезоэлемента изогнутую под коллимацию или фокусировку рабочую поверхность, визуально сливающуюся с изображенной на этой фигуре плоской поверхностью пластины 1, профиль которой после масштабного преобразования показан на фиг. 2в-г и 3в-г). Причем указанные два металлических электрода 4 изготовлены толщиной 1 мкм из меди, серебра или алюминия.The proposed device for controlling the convergence of the x-ray beam (see Fig. 1a) contains a diffraction unit consisting of a diffraction element made in the form of a single crystal plate 1 made of Si (111) (with an average dislocation density not exceeding 1000 cm ^-2 ) glued using the adhesive layer 2 having reduced shrink properties to the substrate, which is a piezoelectric element plate 3 made of a piezoelectric crystal or piezoceramics, while maintaining the shape of the initial ones before gluing the single-crystal astin 1 and plate 3 of the piezoelectric element after hardening of the adhesive layer 2, and two metal electrodes 4 (see Fig. 1b), before gluing the single-crystal plate 1 to the plate 3 of the piezoelectric element sprayed one at a time on both opposite surfaces of the plate 3 of the piezoelectric element (in Fig. 1a a single-crystal plate 1 is shown, which acquires a working surface curved under collimation or focusing when visually exposed to an electric field on the piezoelectric element 3, which merges visually with the plane shown in this figure the surface of the plate 1, the profile of which after scale conversion is shown in FIG. 2c-d and 3c-d). Moreover, these two metal electrodes 4 are made of a thickness of 1 μm from copper, silver or aluminum.

При этом исходные до приклеивания монокристаллическая пластина 1 (обозначенная на фиг. 2а и 3а в двух вариантах исполнения позициями 1.1 и 1.2) и пластина 3 (обозначенная на фиг. 2а и 3а в двух вариантах исполнения позициями 3.1 и 3.2.) пьезоэлемента имеют толщины и формы (основания в форме прямоугольника и эллипса), подобранные для получения двух вариантов (параболического и эллиптического) профиля рабочей поверхности монокристаллической пластины 1 (см. фиг. 2в-г и 3в-г), задаваемого кривизной этой поверхности (см. фиг. 2б и 3б) и соответствующего требуемой сходимости рентгеновского пучка в режиме коллимации и фокусировки, за счет одновременного изгиба склеенных монокристаллической пластины 1 и пластины 3 пьезоэлемента при воздействии на последнюю электрического поля (конструктивно присутствующие два напыленных металлических электрода 4 на фиг. 2 и 3, а также затвердевший клеевой слой 2 на фиг. 3 визуально не выделены).In this case, the single-crystal wafer 1 (marked in Fig. 2a and 3a in two versions with positions 1.1 and 1.2) and the plate 3 (marked in Fig. 2a and 3a in two versions with positions 3.1 and 3.2.) Of the piezoelectric element have the thicknesses and shapes (bases in the form of a rectangle and an ellipse) selected to obtain two options (parabolic and elliptical) of the profile of the working surface of a single-crystal plate 1 (see Fig. 2c-d and 3c-d) defined by the curvature of this surface (see Fig. 2b and 3b) and the corresponding required x-ray beam convergence in the collimation and focusing mode, due to the simultaneous bending of the glued single-crystal plate 1 and the piezoelectric plate 3 when exposed to the last electric field (the two deposited metal electrodes 4 in Fig. 2 and 3, as well as the hardened adhesive layer 2 on Fig. 3 is not visually highlighted).

Работа предлагаемого устройства основана на получении рабочего профиля дифракционного элемента, соответствующего требуемой сходимости рентгеновского пучка, за счет одновременного изгиба монокристаллической пластины 1, затвердевшего клеевого слоя 2 и пластины 3 пьезоэлемента (сохранивших плоскопараллельную форму поле приклеивания) при воздействии на последнюю электрического поля с помощью двух электродов 4, подключенных к источнику электрического напряжения 5 с возможностью выполнения ими функции средства изменения кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины 1 для поддержания требуемой сходимости рентгеновского пучка при воздействии на пластину 3 пьезоэлемента электрического поля.The operation of the proposed device is based on obtaining the working profile of the diffraction element corresponding to the required convergence of the x-ray beam due to the simultaneous bending of the single crystal plate 1, the hardened adhesive layer 2 and the piezoelectric plate 3 (which kept the plane-parallel shape of the bonding field) when the latter is exposed to an electric field using two electrodes 4 connected to a source of electrical voltage 5 with the ability to perform the function of means of changing the curvature the surface of the single crystal wafer 1 in order to maintain the desired convergence x-ray beam at impact on the piezoelectric element plate 3 of the electric field.

При этом для автоматической настройки воздействия электрическим полем предлагаемое устройство (см. фиг. 1а) оснащено аппаратно-программным обеспечением управления источником электрического напряжения 5, подключенным к двум электродам 4 и соединенным с модулем его управления 6, подсоединенного в свою очередь с компьютером 7, с возможностью исполнения указанных блоков на основе, например, программируемого источника тока - TDK Lambda Genesys (Япония).Moreover, to automatically adjust the exposure to the electric field, the proposed device (see Fig. 1a) is equipped with hardware and software for controlling the voltage source 5, connected to two electrodes 4 and connected to its control module 6, which is connected in turn with computer 7, the ability to execute these blocks based on, for example, a programmable current source - TDK Lambda Genesys (Japan).

Модуль 6 и компьютер 7 выполняют функции блока автоматического управления напряженностью электрического поля, воздействующего на пластину 3 пьезоэлемента, на основе предварительной калибровки ожидаемых изменений кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины 1 в зависимости от величины напряженности электрического поля и проверки режима коллимации или фокусировки рентгеновского пучка с помощью рентгеновской камеры CCD и модуля ее управления (на фиг. 1а не показаны).Module 6 and computer 7 perform the functions of an automatic control unit for the electric field strength acting on the piezoelectric element plate 3, based on preliminary calibration of the expected changes in the curvature of the working surface of the single-crystal plate 1 depending on the electric field strength and checking the collimation mode or focusing of the x-ray beam using x-ray the CCD camera and its control module (not shown in FIG. 1a).

В нижеприведенных двух примерах исполнения предлагаемого устройства для управления сходимостью рентгеновского пучка получаемый профиль рабочей поверхности монокристаллической пластины 1 (обозначенной на фиг. 2 и 3, соответственно, позициями 1.1 и 1.2) строился методом компьютерного моделирования на основе использования программного комплекса COMSOL Multiphysics, который предназначен для построения сценарных моделей решения дифференциальных уравнений методом конечных элементов и представляющий собой программную среду, обеспечивающую все этапы моделирования (определение геометрических параметров, описание физики, визуализация) и позволяющую моделировать физические процессы, которые могут быть представлены в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных.In the following two examples of the proposed device for controlling the convergence of the X-ray beam, the obtained profile of the working surface of the single-crystal plate 1 (indicated in Figs. 2 and 3 by 1.1 and 1.2, respectively) was constructed by computer simulation using the COMSOL Multiphysics software package, which is designed to building scenario models for solving differential equations by the finite element method and representing a software environment that provides all stages modeling (determination of geometric parameters, description of physics, visualization) and allowing to model physical processes that can be represented as a system of partial differential equations.

При этом проводился расчет изменений профиля и радиуса кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины 1 в составе дифракционного блока при воздействии электрического поля на пластину 3 пьезоэлемента.In this case, the changes in the profile and the radius of curvature of the working surface of the single-crystal plate 1 in the composition of the diffraction block were calculated under the influence of an electric field on the piezoelectric plate 3.

Для этого решались определяющие уравнения пьезоэлектричестваFor this, the governing equations of piezoelectricity were solved.

где

,

- компоненты тензоров механического напряжения и деформаций пластины 3 пьезоэлемента;Where

,

- components of tensors of mechanical stress and deformation of the plate 3 of the piezoelectric element;

,

- компоненты векторов электрической индукции, напряженности электрического поля;

,

- components of vectors of electric induction, electric field strength;

,

- соответственно, обозначают модуль упругости составных частей дифракционного блока (монокристаллической пластины 1, затвердевшего клеевого слоя 2 и пластины 3 пьезоэлемента);

,

- respectively, denote the modulus of elasticity of the components of the diffraction unit (single-crystal plate 1, hardened adhesive layer 2 and plate 3 of the piezoelectric element);

а также решались уравнения упругого равновесия:and also the equations of elastic equilibrium were solved:

Указанные равнения пьезоэлектричества и упругого равновесия применительно к рассматриваемому дифракционному блоку взяты из работы авторов Бобцова А.А. и др. «Исполнительные устройства и системы для микроперемещений». СПБ ГУ ИТМО, 2011, с. 131.The indicated equalities of piezoelectricity and elastic equilibrium as applied to the diffraction block under consideration are taken from the work of the authors A. Bobtsov and others. "Actuators and systems for microdisplacement." SPB GU ITMO, 2011, p. 131.

Проводились расчеты изменений (в зависимости от величины напряженности электрического поля) профиля и радиуса кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины Si в составе дифракционного блока - тройного изгибного модуля с учетом толщин и формы составных его частей: изготовленной из Si монокристаллической пластины 1, затвердевшего клеевого слоя 2 фотополимера ОКМ-2 с усадочными свойствами, более низкими, чем у эпоксидной смолы, и изготовленной из пьезокерамики PZT-5H пластины 3 пьезоэлемента без учета толщины слоев напыленных электродов 4, которая, составляя микронную величину, обусловила их незначительный вклад в изменение кривизны поверхности дифракционного элемента.The changes (depending on the electric field strength) of the profile and the radius of curvature of the working surface of a single-crystal plate Si were calculated as part of a diffraction unit — a triple bending module, taking into account the thickness and shape of its constituent parts: a single-crystal plate made of Si, a hardened adhesive layer 2 of a photopolymer OKM-2 with shrinkage properties lower than that of epoxy and made of PZT-5H piezoceramic plate 3 piezoelectric element without taking into account the thickness of the layers of the deposited elec of genera 4, which, amounting to a micron value, caused their insignificant contribution to the change in the curvature of the surface of the diffraction element.

Так, для получения рабочего профиля дифракционного элемента, соответствующего условию коллимации рентгеновского пучка, указанный дифракционный элемент (см. фиг. 2а) выполнен из изготовленной из Si (111) исходной имеющей основание в форме прямоугольника плоскопараллельной монокристаллической пластины 1.1 толщиной 400 мкм, приклеенной с помощью клеевого слоя 2 фотополимера ОКМ-2 толщиной 30 мкм при комнатной температуре к изготовленной из пьезокерамики PZT-5H исходной прямоугольной плоскопараллельной пластине 3.1 пьезоэлемента толщиной 1.5 мм, с сохранением ими плоскопараллельных форм после затвердевания указанного клеевого слоя и с формированием параболического профиля рабочей поверхности монокристаллической пластины 1.1 с радиусом кривизны 0.9 м (см. фиг. 26) вдоль ее большей стороны (вдоль оси X) в ее центре и радиусом кривизны 0.3 м (см. фиг. 2в) вдоль ее меньшей стороны (вдоль оси Y) в ее центре за счет одновременного изгиба предварительно приклеенных друг к другу указанных монокристаллической пластины и пластины 3.1 пьезоэлемента при воздействии на последнюю электрического поля напряженностью 50 В/мм.So, in order to obtain a working profile of a diffraction element corresponding to the collimation condition of an X-ray beam, the specified diffraction element (see Fig. 2a) is made of an original Si (111) made having a base in the form of a rectangle of a plane-parallel single crystal plate 1.1 with a thickness of 400 μm, glued with adhesive layer 2 of OKM-2 photopolymer 30 μm thick at room temperature to the initial rectangular plane-parallel plate 3.1 made of PZT-5H piezoceramics with a thickness of 1.5 mm, with wounding them in plane-parallel forms after hardening the specified adhesive layer and forming a parabolic profile of the working surface of the single-crystal plate 1.1 with a radius of curvature of 0.9 m (see Fig. 26) along its greater side (along the X axis) in its center and a radius of curvature of 0.3 m (cm Fig. 2c) along its smaller side (along the Y axis) in its center due to the simultaneous bending of the previously indicated single-crystal plates and the piezoelectric plate 3.1 when a voltage is applied to the last electric field 50 V / mm.

А для получения рабочего профиля дифракционного элемента, соответствующего условию фокусировки рентгеновского пучка, указанный дифракционный элемент (см. фиг. 3а) выполнен из изготовленной из Si (111) исходной имеющей основание в форме эллипса плоскопараллельной монокристаллической пластины 1.2 толщиной 400 мкм, приклеенной с помощью клеевого слоя 2 фотополимера ОКМ-2 толщиной 30 мкм при комнатной температуре к изготовленной из пьезокерамики PZT-5H исходной имеющей основание в форме эллипса пластине 3.2 пьезоэлемента толщиной 1.5 мм с сохранением ими плоскопараллельной формы после затвердевания указанного клея и с формированием эллиптического профиля рабочей поверхности монокристаллической пластины 1.2 с радиусом кривизны 1.5 м (см. фиг. 36) вдоль ее большей полуоси (вдоль оси X) в ее центре и радиусом кривизны 1.2 м (см. фиг. 3в) вдоль ее большей полуоси (вдоль оси Y) в ее центре за счет одновременного изгиба предварительно приклеенных друг к другу указанных монокристаллической пластины 1 и пластины 3.2 пьезоэлемента при воздействии на последнюю электрического поля напряженностью 50 В/мм.And in order to obtain a working profile of the diffraction element corresponding to the focusing condition of the X-ray beam, the specified diffraction element (see Fig. 3a) is made of the original Si (111) made having an elliptical base plane-parallel single crystal plate 1.2 with a thickness of 400 μm, glued with an adhesive layer 2 of an OKM-2 photopolymer 30 μm thick at room temperature to the original made of a PZT-5H piezoelectric ceramic with an elliptical base plate 3.2 of a piezoelectric element 1.5 mm thick with preservation and after plane hardening of the specified adhesive and with the formation of an elliptical profile of the working surface of a single-crystal plate 1.2 with a radius of curvature of 1.5 m (see Fig. 36) along its major axis (along the X axis) in its center and a radius of curvature of 1.2 m (see Fig. 3c) along its major semiaxis (along the Y axis) in its center due to the simultaneous bending of the previously indicated single-crystal plates 1 and the piezoelectric plate 3.2 pre-glued to each other when the latter is subjected to an electric field of 50 V / mm.

Claims

1. A device for controlling the convergence of an X-ray beam containing a diffraction unit, consisting of a diffraction element made in the form of a single crystal plate glued to a substrate, which is a piezoelectric element plate made of a piezoelectric crystal or piezoceramic, and metal electrodes previously sprayed onto both opposite surfaces of the indicated piezoelectric plate and connected to a voltage source with the ability to perform the function of means of change the curvature of the working surface of the single-crystal plate due to the action of an electric field on the piezoelectric element plate, resulting in the simultaneous bending of the single-crystal plate and the piezoelectric element pre-glued to each other, the single-crystal plate glued to the piezoelectric element plate with the condition that the shape of the initial single-crystal plate and the piezoelectric layer before exposure to the plate of the piezoelectric element of the electric field, and the original mono the crystalline plate and the piezoelectric plate have gluing thicknesses and shapes selected to obtain the working profile of the diffraction element formed by the profile of the working surface of the single crystal plate and corresponding to the given convergence of the x-ray beam as a result of the indicated simultaneous bending of the single crystal plate and the piezoelectric plate when exposed to the last electric field.

2. The device according to claim 1, characterized in that in order to obtain a working profile of the diffraction element corresponding to the collimation condition of the x-ray beam, said diffraction element is made of an initial Si-111 made of Si (111) and has a base in the form of a rectangle of a plane-parallel single crystal plate 400 μm thick, glued using an adhesive layer of OKM-2 photopolymer 30 microns thick at room temperature to the original one made of PZT-5H piezoceramics having a base in the form of a plane-parallel rectangle a piezoelectric element plate 1.5 mm thick, with the preservation of plane-parallel shapes after hardening of the specified adhesive layer and with the formation of a parabolic profile of the working surface of the specified single-crystal plate with a radius of curvature of 0.9 m along its greater side in its center due to the simultaneous bending of the previously indicated single-crystal plates and plates of a piezoelectric element when exposed to the last electric field with a voltage of 50 V / mm

3. The device according to claim 1, characterized in that in order to obtain a working profile of the diffraction element corresponding to the focusing condition of the X-ray beam, said diffraction element is made of Si (111), the original one having an elliptical base in the form of a plane-parallel single crystal plate 400 μm thick, glued using an OKM-2 photopolymer adhesive layer with a thickness of 30 μm at room temperature to the original piezoelectric element thickness plate made of PZT-5H piezoceramics 1.5 mm with maintaining a plane-parallel shape after hardening of the specified adhesive layer and with the formation of an elliptical profile of the working surface of the specified single-crystal plate with a radius of curvature of 1.5 m along its major axis in its center due to the simultaneous bending of the pre-glued to each other specified single-crystal plate and piezoelectric plate when exposed to the last electric field with a voltage of 50 V / mm.

4. The device according to claim 1, characterized in that the two metal electrodes, previously sprayed one at a time on both opposite surfaces of the piezoelectric element plate as part of the diffraction block, are made of 1 μm thick copper, silver or aluminum.

5. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with hardware and software for controlling the source of electric voltage in accordance with the program mode for maintaining a given convergence of the x-ray beam.