RU191608U1 - DEVICE FOR EXPANDING A COLLIMATED X-RAY BEAM - Google Patents

DEVICE FOR EXPANDING A COLLIMATED X-RAY BEAM Download PDF

Info

Publication number
RU191608U1
RU191608U1 RU2018147639U RU2018147639U RU191608U1 RU 191608 U1 RU191608 U1 RU 191608U1 RU 2018147639 U RU2018147639 U RU 2018147639U RU 2018147639 U RU2018147639 U RU 2018147639U RU 191608 U1 RU191608 U1 RU 191608U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ray
refractive lenses
parabolic refractive
parabolic
array
Prior art date
Application number
RU2018147639U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Алексеевич Зверев
Сергей Михайлович Кузнецов
Вячеслав Анатольевич Юнкин
Анатолий Александрович СНИГИРЕВ
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта"
Priority to RU2018147639U priority Critical patent/RU191608U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU191608U1 publication Critical patent/RU191608U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области рентгенотехники и может быть использована для формирования пучка рентгеновского излучения. Технический результат, на который направлена полезная модель, создание расширителя рентгеновского пучка, который позволяет эффективно преобразовать широкий падающий узконаправленный пучок, в расходящийся пучок, необходимый для некоторых рентгеновских методов исследования, с сохранением его когерентных свойств. Технический результат достигается в устройстве, которое представляет собой массив из рентгеновских параболических преломляющих линз, объединенных в направлении/плоскости перпендикулярной рентгеновскому пучку. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the field of x-ray technology and can be used to form a beam of x-ray radiation. The technical result, which is directed to a useful model, is the creation of an X-ray beam expander that can effectively convert a wide incident narrowly directed beam into a diverging beam, which is necessary for some X-ray research methods, while maintaining its coherent properties. The technical result is achieved in a device that is an array of x-ray parabolic refractive lenses combined in a direction / plane perpendicular to the x-ray beam. 12 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области рентгенотехники и может быть использована для формирования пучка рентгеновского излучения. The utility model relates to the field of x-ray technology and can be used to form a beam of x-ray radiation.

Предварительная подготовка и формирование высококогерентных, монохроматических, коллимированных пучков рентгеновского излучения позволяет полноценно реализовать возможности современных рентгеновских методов исследования, к которым относятся, например, методы Фурье оптики, малоуглового рассеяния, дифракции, фазово-контрастной микроскопии и интерферометрии. При этом одной из наиболее востребованных задач формирования пучка является изменение его поперечных размеров при сохранении когерентности.Preliminary preparation and formation of highly coherent, monochromatic, collimated X-ray beams allows us to fully realize the capabilities of modern X-ray research methods, which include, for example, Fourier methods of optics, small-angle scattering, diffraction, phase contrast microscopy and interferometry. In this case, one of the most demanded tasks of beam formation is to change its transverse dimensions while maintaining coherence.

Известно устройство в виде составной параболической линзы по патенту США №US6718009 (опубликован 04.06.2004), которое может использоваться для создания расходящегося пучка за фокусом, при этом сохраняя когерентные свойства исходного, преобразуемого пучка. Составная преломляющая параболическая линза способна эффективно захватить падающий на нее пучок с поперечным размером, определяемым эффективной апертурой линзы A eff , которая может быть оценена по следующей формуле:A device in the form of a composite parabolic lens according to US patent No. US6718009 (published 04.06.2004), which can be used to create a divergent beam behind the focus, while maintaining the coherent properties of the original, converted beam. A composite refractive parabolic lens is capable of effectively capturing a beam incident on it with a transverse size determined by the effective aperture of the lens A eff , which can be estimated by the following formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где д - декремент показателя преломления материала, из которого изготовлена составная преломляющая линза, в - параметр характеризующий поглощение материала линзы, F - фокусное расстояние составной преломляющей линзы, л - длина волны рентгеновского излучения. При этом угловая апертура линзы N.A.,характеризующая поперечный размер рентгеновского пучка на расстоянии один метр от ее фокуса может быть оценена следующим образом:where d is the decrement of the refractive index of the material from which the composite refractive lens is made, c is the parameter characterizing the absorption of the lens material, F is the focal length of the composite refractive lens, and l is the x-ray wavelength. Moreover, the angular aperture of the NA lens, which characterizes the transverse size of the x-ray beam at a distance of one meter from its focus, can be estimated as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

Приведенные выражения показывают, что длиннофокусная составная преломляющая линза, способна эффективно захватить подающий пучок с большим поперечным размером, однако при этом угловая апертура такой линзы мала. Уменьшение фокуса приводит к увеличению угловой апертуры, при этом эффективная апертура линзы заметно уменьшается. Таким образом, короткофокусная линза с приемлемой угловой апертурой, имеет малую эффективную апертуру, в большинстве случаев не позволяющую полностью захватить падающий рентгеновский пучок.The above expressions show that a telephoto composite refractive lens can effectively capture a feed beam with a large transverse size, however, the angular aperture of such a lens is small. A decrease in focus leads to an increase in the angular aperture, while the effective aperture of the lens decreases markedly. Thus, a short-focus lens with an acceptable angular aperture has a small effective aperture, which in most cases does not fully capture the incident x-ray beam.

Недостатками известного решения является низкая эффективность и небольшая угловая апертура, которые связаны со значительным поглощением излучения в материале линз.The disadvantages of the known solutions are low efficiency and a small angular aperture, which are associated with significant absorption of radiation in the lens material.

Технический результат, на который направлена полезная модель, создание расширителя рентгеновского пучка, который позволяет эффективно преобразовать широкий падающий узконаправленный пучок, в расходящийся пучок, необходимый для некоторых рентгеновских методов исследования, с сохранением его когерентных свойств.The technical result, which is directed to a useful model, is the creation of an X-ray beam expander that can effectively convert a wide incident narrowly directed beam into a diverging beam, which is necessary for some X-ray research methods, while maintaining its coherent properties.

Технический результат достигается в устройстве, которое представляет собой массив из рентгеновских параболических преломляющих линз, примыкающих друг к другу, объединенных в направлении перпендикулярном рентгеновскому пучку.The technical result is achieved in a device that is an array of x-ray parabolic refractive lenses adjacent to each other, combined in a direction perpendicular to the x-ray beam.

В одном из вариантов исполнения массив из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнен одномерным, в виде отдельных рентгеновских параболических линз или составных параболических линз, примыкающих друг к другу в направлении, перпендикулярном рентгеновскому пучку.In one embodiment, the array of x-ray parabolic refractive lenses is made one-dimensional, in the form of individual x-ray parabolic lenses or composite parabolic lenses adjacent to each other in a direction perpendicular to the x-ray beam.

В одном из вариантов исполнения массив из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнен двумерным, в виде отдельных рентгеновских параболических линз или составных параболических линз, примыкающих друг к другу в плоскости, перпендикулярной рентгеновскому пучку.In one embodiment, the array of x-ray parabolic refractive lenses is made two-dimensional, in the form of individual x-ray parabolic lenses or composite parabolic lenses adjacent to each other in a plane perpendicular to the x-ray beam.

Предпочтительно выполнение взаимного расположения и количества линз массива из рентгеновских параболических преломляющих линз такими, чтобы физическая входная апертура устройства совпадала с поперечными размерами преобразуемого пучка или превышала их.It is preferable to perform the relative position and number of lenses of an array of x-ray parabolic refractive lenses such that the physical input aperture of the device coincides with or exceeds the transverse dimensions of the converted beam.

Предпочтительно размещать отдельные составные линзы как можно ближе друг к другу, при этом предпочтительно, чтобы физическая апертура каждой линзы совпадала с размером ее эффективной апертуры.It is preferable to place the individual composite lenses as close to each other as possible, while it is preferable that the physical aperture of each lens matches the size of its effective aperture.

Предпочтительно выполнение каждой составной линзы с фокусным расстоянием таким, чтобы ее угловая апертура была как можно больше.It is preferable to make each composite lens with a focal length such that its angular aperture is as large as possible.

В одном из вариантов исполнения в состав массива включены составные преломляющие линзы с разным фокусным расстоянием, для формирования специального профиля интенсивности расходящегося пучка.In one embodiment, the composition of the array includes composite refractive lenses with different focal lengths to form a special profile of the intensity of the diverging beam.

В одном из вариантов исполнения составные преломляющие линзы в составе массива выполнены двумерными и/или одномерными (цилиндрическими).In one embodiment, the composite refractive lenses in the array are two-dimensional and / or one-dimensional (cylindrical).

Предпочтительно выполнение устройства из рентгенопрозрачных материалов, например из бериллия Be, или алюминия Al, или кремния Si, или никеля Ni, или углерода C (например, алмаза), или из полимеров, таких как SU8, PMMA, ORMOCOMP.It is preferable to make the device from X-ray transparent materials, for example, from beryllium Be, or aluminum Al, or silicon Si, or nickel Ni, or carbon C (for example, diamond), or from polymers such as SU8, PMMA, ORMOCOMP.

На фиг.1 показана оптическая схема способа увеличения размера коллимированного рентгеновского пучка, где 1 – падающий пучок рентгеновского излучения (поперечный размер d 0 ), 2 – расширитель пучка, 3 – расширяющийся рентгеновский пучок (поперечный размер d, на расстоянии z от положения фокуса составных преломляющих линз).Figure 1 shows an optical diagram of a method for increasing the size of a collimated x-ray beam, where 1 is the incident x-ray beam (transverse dimension d 0 ), 2 is the beam expander, 3 is the expanding x-ray beam (transverse size d , at a distance z from the focus position of the composite refractive lenses).

На фиг.2 показан пример реализации полезной модели 4 – отдельная составная параболическая линза в составе массива составных параболических линз.Figure 2 shows an example implementation of a utility model 4 - a separate composite parabolic lens as part of an array of composite parabolic lenses.

Полезная модель может быть реализована в устройстве, которое представляет собой массив 2 из составных рентгеновских параболических преломляющих линз 4, расположенных вплотную друг к другу так, что поперечный размер расширителя превышает или равен поперечному размеру расширяемого рентгеновского пучка.The utility model can be implemented in a device that is an array 2 of composite x-ray parabolic refractive lenses 4 located close to each other so that the transverse dimension of the expander is greater than or equal to the transverse size of the expandable x-ray beam.

Полезная модель работает следующим образом. Слаборасходящийся рентгеновский пучок 1, распространяющийся от источника синхротронного излучения (или предварительно коллимированный пучок), проходя через расширитель 2 разделяется на несколько меньших (в поперечном направлении) пучков, каждый из которых фокусируется на расстоянии L = z 0 F/(z 0 +F) от устройства. Относительное расположение сфокусированных пучков соответствует взаимному расположению отдельных составных преломляющих линз входящих в состав расширителя 2 пучка 1. За фокусом сформированные пучки расходятся, образуя расширяющиеся в поперечном направлении пучок 3. При этом образующийся пучок 3 имеет туже угловую апертуру, что и отдельная составная преломляющая линза 4, входящая в состав расширителя 2 пучка 1, однако эффективность предлагаемого устройства значительно выше из-за одновременного использования нескольких составных преломляющих линз позволяющих полностью захватить более широкий падающий на них пучок 1. Поперечный размер d увеличенного пучка рассматриваемого на расстоянии z от положения фокуса составных преломляющих линз, можно оценить как произведение угловой апертуры отдельной составной параболической линзы из состава массива на это расстояние.The utility model works as follows. Slightly diverging X-ray beam 1 propagating from a synchrotron radiation source (or a previously collimated beam) passing through expander 2 is divided into several smaller (in the transverse direction) beams, each of which is focused at a distance L = z 0 F / ( z 0 + F ) from the device. The relative arrangement of the focused beams corresponds to the relative position of the individual composite refractive lenses included in the expander 2 of beam 1. Behind the focus, the formed beams diverge, forming a beam 3 expanding in the transverse direction. In this case, the resulting beam 3 has the same angular aperture as the separate composite refractive lens 4 , which is part of the expander 2 of the beam 1, however, the effectiveness of the proposed device is significantly higher due to the simultaneous use of several composite refills of the lenses allowing full capture of the wider beam incident on them 1. The transverse size d of the enlarged beam considered at a distance z from the focus position of the composite refractive lenses can be estimated as the product of the angular aperture of a separate composite parabolic lens from the array composition by this distance.

Таким образом, достигается технический результат, в виде создания расширителя рентгеновского пучка, который позволяет эффективно преобразовать широкий падающий узконаправленный пучок, в расходящийся пучок, необходимый для некоторых рентгеновских методов исследования, с сохранением его когерентных свойств.Thus, a technical result is achieved, in the form of creating an X-ray beam expander, which allows you to effectively convert a wide incident narrowly directed beam into a diverging beam, which is necessary for some X-ray research methods, while maintaining its coherent properties.

Claims (13)

1. Устройство для расширения коллимированного рентгеновского пучка, содержащее рентгеновские параболические преломляющие линзы, отличающееся тем, что рентгеновские параболические преломляющие линзы выполнены примыкающими друг к другу и объединены в массив в направлении, перпендикулярном рентгеновскому пучку.1. A device for expanding a collimated x-ray beam, containing x-ray parabolic refractive lenses, characterized in that the x-ray parabolic refractive lenses are adjacent to each other and are combined into an array in the direction perpendicular to the x-ray beam. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что массив из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнен одномерным, в виде отдельных рентгеновских параболических преломляющих линз, примыкающих друг к другу в направлении, перпендикулярном рентгеновскому пучку.2. The device according to claim 1, characterized in that the array of x-ray parabolic refractive lenses is made one-dimensional, in the form of separate x-ray parabolic refractive lenses adjacent to each other in the direction perpendicular to the x-ray beam. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что массив из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнен одномерным, в виде составных рентгеновских параболических преломляющих линз, примыкающих друг к другу в направлении, перпендикулярном рентгеновскому пучку.3. The device according to claim 1, characterized in that the array of x-ray parabolic refractive lenses is made one-dimensional, in the form of composite x-ray parabolic refractive lenses adjacent to each other in the direction perpendicular to the x-ray beam. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что массив из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнен двумерным, в виде отдельных рентгеновских параболических преломляющих линз, примыкающих друг к другу в плоскости, перпендикулярной рентгеновскому пучку.4. The device according to claim 1, characterized in that the array of x-ray parabolic refractive lenses is made two-dimensional, in the form of separate x-ray parabolic refractive lenses adjacent to each other in a plane perpendicular to the x-ray beam. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что массив из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнен двумерным, в виде составных рентгеновских параболических преломляющих линз, примыкающих друг к другу в плоскости, перпендикулярной рентгеновскому пучку.5. The device according to claim 1, characterized in that the array of x-ray parabolic refractive lenses is made two-dimensional, in the form of composite x-ray parabolic refractive lenses adjacent to each other in a plane perpendicular to the x-ray beam. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что взаимное расположение и количество линз массива из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнено такими, что физическая входная апертура устройства совпадает с поперечными размерами преобразуемого пучка или превышает их.6. The device according to claim 1, characterized in that the relative position and number of lenses of the array of x-ray parabolic refractive lenses is such that the physical input aperture of the device coincides with the transverse dimensions of the converted beam or exceeds them. 7. Устройство по пп.2 и 4, отличающееся тем, что отдельные рентгеновские параболические преломляющие линзы размещены как можно ближе друг к другу, а физическая апертура каждой рентгеновской параболической преломляющей линзы совпадает с размером ее эффективной апертуры.7. The device according to claims 2 and 4, characterized in that the individual x-ray parabolic refractive lenses are located as close to each other as possible, and the physical aperture of each x-ray parabolic refractive lens coincides with the size of its effective aperture. 8. Устройство по пп.3 и 5, отличающееся тем, что отдельные составные рентгеновские параболические преломляющие линзы размещены как можно ближе друг к другу, а физическая апертура каждой составной рентгеновской параболической преломляющей линзы совпадает с размером ее эффективной апертуры.8. The device according to claims 3 and 5, characterized in that the individual composite x-ray parabolic refractive lenses are located as close to each other as possible, and the physical aperture of each composite x-ray parabolic refractive lens coincides with the size of its effective aperture. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фокусное расстояние каждой из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнено таким, чтобы ее угловая апертура была как можно больше.9. The device according to claim 1, characterized in that the focal length of each of the x-ray parabolic refractive lenses is made so that its angular aperture is as large as possible. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в состав массива включены преломляющие линзы с разным фокусным расстоянием.10. The device according to claim 1, characterized in that the array includes refractive lenses with different focal lengths. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рентгеновские параболические преломляющие линзы выполнены двумерными и/или одномерными (цилиндрическими).11. The device according to claim 1, characterized in that the x-ray parabolic refractive lenses are made two-dimensional and / or one-dimensional (cylindrical). 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рентгеновские параболические преломляющие линзы выполнены из рентгенопрозрачных материалов12. The device according to claim 1, characterized in that the x-ray parabolic refractive lenses are made of x-ray transparent materials 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве рентгенопрозрачного материала использован бериллий Be, или алюминий Al, или кремний Si, или никель Ni, или углерод C, или из полимеров, из ряда SU8, PMMA, ORMOCOMP.13. The device according to p. 12, characterized in that beryllium Be, or Al aluminum, or silicon Si, or nickel Ni, or carbon C, or from polymers from the series SU8, PMMA, ORMOCOMP, is used as an X-ray transparent material.
RU2018147639U 2018-12-29 2018-12-29 DEVICE FOR EXPANDING A COLLIMATED X-RAY BEAM RU191608U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147639U RU191608U1 (en) 2018-12-29 2018-12-29 DEVICE FOR EXPANDING A COLLIMATED X-RAY BEAM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147639U RU191608U1 (en) 2018-12-29 2018-12-29 DEVICE FOR EXPANDING A COLLIMATED X-RAY BEAM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU191608U1 true RU191608U1 (en) 2019-08-14

Family

ID=67638147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018147639U RU191608U1 (en) 2018-12-29 2018-12-29 DEVICE FOR EXPANDING A COLLIMATED X-RAY BEAM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU191608U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6718009B1 (en) * 2002-09-13 2004-04-06 The University Of Chicago Method of making of compound x-ray lenses and variable focus x-ray lens assembly
RU181311U1 (en) * 2017-12-22 2018-07-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" X-ray microbeam kit shaper
RU184726U1 (en) * 2017-12-22 2018-11-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" X-RAY PLANAR AXICON
RU2678430C1 (en) * 2018-04-25 2019-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" X-ray beam convergence control method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6718009B1 (en) * 2002-09-13 2004-04-06 The University Of Chicago Method of making of compound x-ray lenses and variable focus x-ray lens assembly
RU181311U1 (en) * 2017-12-22 2018-07-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" X-ray microbeam kit shaper
RU184726U1 (en) * 2017-12-22 2018-11-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" X-RAY PLANAR AXICON
RU2678430C1 (en) * 2018-04-25 2019-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" X-ray beam convergence control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schroer et al. Focusing hard x rays to nanometer dimensions by adiabatically focusing lenses
CN103048272B (en) Frequency-shift super-resolution microimaging method and device based on evanescent field illumination
Gorodetski et al. Generating far-field orbital angular momenta from near-field optical chirality
JP2013210377A (en) Beam adjustment system
CN104570341B (en) A kind of method and apparatus for synthesizing Beams in Conical Lenses shadow region
US9323052B2 (en) Lithography pupil shaping optical system and method for generating off-axis illumination mode
Khonina et al. Fractional axicon as a new type of diffractive optical element with conical focal region
Ebrahimi et al. Multi-region spiral photon sieve to produce tailorable multiple vortex
RU191608U1 (en) DEVICE FOR EXPANDING A COLLIMATED X-RAY BEAM
CN203825297U (en) Optical system for generating adjustable-parameter approximate non-diffraction gating structured light
CN102419478B (en) Device for generating long-distance approximate diffraction-free light beam
CN109683339B (en) Phase mask plate for realizing bright nuclear vortex light beam and light path system
RU184726U1 (en) X-RAY PLANAR AXICON
RU181311U1 (en) X-ray microbeam kit shaper
RU160168U1 (en) LIGHT DIVISION DIELECTRIC CUBE WITH FOCUSING OPPORTUNITY
RU184725U1 (en) X-RAY AXICON
CN106531281A (en) Aberration elimination X-ray compound refractive lens and design method thereof
RU182549U1 (en) Subwavelength optical trap in the field of a standing wave based on a photon jet
Kolomiets For the Jubilee of Professor Victor V. Kotlyar
KR101845292B1 (en) Laser beam shaping device
RU2703016C2 (en) Expander of parallel beam of laser radiation
WO2019130418A1 (en) Optical pattern generation device
Aksu Minimizing the Focal Shift Effect on 2D Metalenses
CN1243213C (en) X-ray interferometer with twin zone plates
RU98072U1 (en) DOUBLE SPECTRAL MIRROR AND LENS SYSTEM