RU2474813C1 - Broadband soft x-ray spectrometer - Google Patents
Broadband soft x-ray spectrometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474813C1 RU2474813C1 RU2011134150/28A RU2011134150A RU2474813C1 RU 2474813 C1 RU2474813 C1 RU 2474813C1 RU 2011134150/28 A RU2011134150/28 A RU 2011134150/28A RU 2011134150 A RU2011134150 A RU 2011134150A RU 2474813 C1 RU2474813 C1 RU 2474813C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- spectrometer
- mirrors
- radiation
- entrance slit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для определения пространственно-спектральных характеристик рентгеновского излучения, генерируемого плазменными образованиями, источниками рентгена с широким спектральным диапазоном, и может быть использовано в научных и прикладных задачах, например в области термоядерных исследований или при разработке источников рентгеновского излучения для литографических систем и т.п.The invention relates to devices for determining the spatial spectral characteristics of x-rays generated by plasma formations, x-ray sources with a wide spectral range, and can be used in scientific and applied problems, for example, in the field of thermonuclear research or in the development of x-ray sources for lithographic systems, etc. .P.
Известен спектрометр рентгеновского излучения [Патент RU 2177629, «Спектрометр рентгеновского излучения», МПК: G01T 1/36, опубл. 27.12.2001 г., авторы: Шалата Ф.Г., Эльяш С.Л. и др.], включающий составной корпус, состоящий из двух частей, селективные краевые фильтры рентгеновского излучения, расположенные в сквозных ячейках и зафиксированные прижимной пластиной, регистраторы рентгеновского излучения в виде термолюминесцентных детекторов, закрепленных на пробках. Представленный спектрометр служит для измерения спектральной характеристики, либо пространственного распределения рентгеновского излучения в заданной области спектра. Формирование сигнала происходит с помощью селективного краевого фильтра и детектора.Known x-ray spectrometer [Patent RU 2177629, "X-ray spectrometer", IPC:
Недостатком данного устройства является невозможность определения пространственной яркости источника излучения из-за отсутствия системы перепроецирования изображения и низкая спектральная избирательность из-за наличия в сигнале детектора вклада от квантов с энергией выше окна пропускания краевого фильтра.The disadvantage of this device is the inability to determine the spatial brightness of the radiation source due to the lack of a system of image reprojection and low spectral selectivity due to the presence of the contribution from quanta with energy above the transmission window of the edge filter in the detector signal.
Наиболее близким по техническому решению к заявляемому устройству является широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения [«DMX: An absolutely calibrated time-resolved broadband soft x-ray spectrometer designed for MJ class laser-produced plasmas», J.L.Bourgade, B.Villette, J.L.Bocher and others, Review of scientific instruments, Vol.72, No.1, Jan 2001, p.1173-1182], который выбран в качестве прототипа и включает в себя герметичный корпус, в котором радиально размещены 12 каналов регистрации, каждый из которых состоит из коллимирующей щели, двух зеркал полного внешнего отражения (ПВО), селективного краевого фильтра, расположенного в сквозной ячейке перед зеркалами ПВО, и регистратора рентгеновского излучения, расположенного на выходе канала регистрации. В качестве регистратора рентгеновского излучения служит вакуумный рентгеновский диод (ВРД). Спектрометр служит для измерения спектрально-временной характеристики рентгеновского излучения. Формирование временного сигнала обеспечивается за счет ВРД, а разделение излучения на спектральные составляющие осуществляется зеркалами ПВО и селективными краевыми фильтрами.The closest in technical solution to the claimed device is a broadband soft x-ray spectrometer ["DMX: An absolutely calibrated time-resolved broadband soft x-ray spectrometer designed for MJ class laser-produced plasmas", JLBourgade, B. Villette, JLBocher and others, Review of scientific instruments, Vol.72, No.1, Jan 2001, p.1173-1182], which is selected as a prototype and includes a sealed enclosure in which 12 registration channels are radially placed, each of which consists of a collimating slit, two mirrors of total external reflection (AA), a selective edge filter located in a through cell in front of the air defense mirrors, and an X-ray detector located at the output of the registration channel. The X-ray radiation recorder is a vacuum X-ray diode (WFD). The spectrometer is used to measure the spectral-temporal characteristics of x-rays. The formation of a temporary signal is provided due to the WFD, and the separation of radiation into spectral components is carried out by air defense mirrors and selective edge filters.
Недостатком прототипа являются:The disadvantage of the prototype are:
- невозможность регистрации пространственной яркости источника рентгеновского излучения из-за отсутствия схемы перепроецирования изображения и использование ВРД, не позволяющего регистрировать пространственное распределение;- the impossibility of registering the spatial brightness of the x-ray source due to the lack of an image re-projection scheme and the use of the WFD, which does not allow recording the spatial distribution;
- недостаточная спектральная избирательность каналов из-за однократного отражения рентгеновского излучения от зеркал ПВО;- insufficient spectral selectivity of the channels due to a single reflection of x-ray radiation from the air defense mirrors;
- сложность в эксплуатации, требующей настройки каждого канала регистрации в отдельности;- difficulty in operation, requiring the configuration of each registration channel separately;
- высокие массогабаритные характеристики.- high overall dimensions.
Решаемая задача - создание новой конструкции спектрометра для получения информации о спектральной яркости рентгеновского источника в различных его пространственных точках в диапазоне энергий квантов от 0,05 кэВ до 12 кэВ с одномерным пространственным разрешением.The problem to be solved is the creation of a new spectrometer design for obtaining information on the spectral brightness of an x-ray source at its various spatial points in the range of quantum energies from 0.05 keV to 12 keV with one-dimensional spatial resolution.
Технический результат заключается в обеспечении возможности получения пространственно-спектральной характеристики свечения источника рентгеновского излучения.The technical result consists in providing the possibility of obtaining the spatial spectral characteristics of the glow of the x-ray source.
Дополнительным техническим результатом является повышение спектральной избирательности прибора; обеспечение удобства эксплуатации спектрометра за счет взаимозависимой юстировки каналов регистрации спектрометра на источник излучения; компактность устройства и снижение массогабаритных характеристик за счет снижения количества крепежных элементов.An additional technical result is to increase the spectral selectivity of the device; ensuring the convenience of operation of the spectrometer due to the interdependent alignment of the registration channels of the spectrometer to the radiation source; the compactness of the device and the reduction of overall dimensions by reducing the number of fasteners.
Технический результат достигается тем, что широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения включает в себя герметичный корпус, в котором расположены каналы регистрации, каждый из которых включает в себя последовательно размещенные по направлению излучения входную щель, селективный фильтр, область, ограниченную двумя зеркалами полного внешнего отражения (ПВО), и регистратор рентгеновского излучения.The technical result is achieved in that the broadband soft x-ray spectrometer includes a sealed housing in which registration channels are located, each of which includes an entrance slit sequentially placed in the direction of radiation, a selective filter, an area bounded by two mirrors of total external reflection ), and an X-ray recorder.
Новым является то, что каналы регистрации размещены квазипараллельно, при этом зеркала ПВО объединены в пакет общим корпусом, входная щель является общей для всего пакета, а в качестве регистратора рентгеновского излучения используют фоторегистратор, либо ПЗС-матрицу. Кроме этого, устройство дополнительно может содержать нулевой канал регистрации, а герметичный корпус может быть прикреплен к камере взаимодействия.What is new is that the registration channels are placed quasi-parallel, while the air defense mirrors are combined into a package by a common body, the entrance slit is common to the entire package, and a photorecorder or CCD array is used as an X-ray registrar. In addition, the device may additionally contain a zero registration channel, and a sealed enclosure can be attached to the interaction chamber.
Размещение каналов регистрации квазипараллельно позволяет рентгеновскому излучению испытывать многократные отражения в области, ограниченной двумя зеркалами ПВО, что увеличивает спектральную избирательность каналов; а также использовать только одну щель для регистрации одномерного пространственно-спектрального изображения.The placement of the registration channels quasi-parallel allows the x-ray radiation to experience multiple reflections in the region bounded by two air defense mirrors, which increases the spectral selectivity of the channels; and also use only one slit to register a one-dimensional spatial spectral image.
Объединение зеркал ПВО в пакет с общим корпусом дает возможность регистрировать одномерное изображение источника рентгеновского излучения из одного пространственного положения; уменьшает габариты конструкции, обеспечивая удобство эксплуатации за счет взаимозависимой юстировки каналов.The combination of air defense mirrors in a package with a common housing makes it possible to register a one-dimensional image of an x-ray source from one spatial position; reduces the dimensions of the structure, providing ease of use due to the interdependent alignment of the channels.
Наличие для всего пакета общей входной щели осуществляет построение одномерного изображения рентгеновского источника на регистраторе, обеспечивает удобство эксплуатации и улучшает массогабаритные характеристики.The presence of a common entrance slit for the entire package carries out the construction of a one-dimensional image of the x-ray source on the recorder, provides ease of use and improves overall dimensions.
Использование в качестве регистратора рентгеновского излучения фоторегистратора либо ПЗС-матрицы позволяет получить регистрацию пространственного распределения спектральной яркости источника.The use of a photorecorder or a CCD matrix as an X-ray recorder allows one to obtain registration of the spatial distribution of the spectral brightness of the source.
Дополнительное снабжение устройства нулевым каналом регистрации позволяет обходиться без дополнительных систем для юстировки, что снижает массу и габариты устройства.Additional supply of the device with a zero registration channel allows you to do without additional systems for alignment, which reduces the weight and dimensions of the device.
Прикрепление герметичного корпуса к камере взаимодействия позволяет повысить удобство эксплуатации за счет облегчения юстировки прибора.Attaching a sealed enclosure to the interaction chamber improves the usability by facilitating the alignment of the device.
Конструкция широкополосного спектрометра мягкого рентгеновского излучения представлена на фиг.1, где 1 - источник рентгеновского излучения, 2 - рентгеновское излучение, 3 - входная щель, 4 - держатели селективных краевых фильтров, 5 - селективные краевые фильтры, 6 - объединенные в пакет зеркала ПВО, 7 - регистратор рентгеновского излучения, 8 - нулевой канал регистрации, 9 - общий корпус, 10 - герметичный корпус, 11 - камера взаимодействия, 12 - держатель с подвижками.The design of a broadband soft x-ray spectrometer is shown in Fig. 1, where 1 is an x-ray source, 2 is x-ray, 3 is an entrance slit, 4 are holders of selective edge filters, 5 are selective edge filters, 6 are combined into an air defense mirror package, 7 - X-ray recorder, 8 - zero registration channel, 9 - common housing, 10 - sealed housing, 11 - interaction chamber, 12 - holder with shifts.
На фиг.2 приведены спектральные характеристики каналов прибора; на фиг.3 показана модель сложного лазер-плазменного источника, состоящего из двух плазменных источников, разнесенных в пространстве; на фиг.4 дана полученная спектрограмма с помощью фотопленки марки УФ-4; на фиг.5 представлены восстановленные спектральные яркости верхнего и нижнего источников рентгеновского излучения.Figure 2 shows the spectral characteristics of the channels of the device; figure 3 shows a model of a complex laser-plasma source, consisting of two plasma sources, spaced in space; figure 4 shows the resulting spectrogram using a film of the brand UV-4; figure 5 presents the restored spectral brightness of the upper and lower x-ray sources.
В представленном варианте реализации устройство включает в себя герметичный вакуумный корпус цилиндрической формы, выполненный из нержавеющей стали, который вакуумноплотно прикреплен к камере взаимодействия, в которой размещен источник рентгеновского излучения. В герметичном корпусе расположены по направлению излучения: входная щель, состоящая из двух стальных ножей толщиной 200 мкм и щелью 20 мкм между ними; селективные фильтры (в том числе краевые K-, L-типа), приклеенные на держателе фильтров, который, в свою очередь, закреплен на общий корпус из алюминия, в котором собраны в пакет зеркала ПВО, изготовленные из плоского оконного стекла, получаемого методом горячего разлива по поверхности расплавленного олова; и регистратор рентгеновского излучения. Зеркала ПВО расположены квазипараллельно в общем корпусе под требуемым определенным углом. Для одновременной юстировки всех зеркал ПВО дополнительно использован нулевой канал регистрации, расположенный также в пакете. Общий корпус прикреплен к герметичному с помощью держателя с подвижками. В качестве регистратора рентгеновского излучения используют кассету с рентгеновской фотопленкой марки УФ-4, с помощью которой получают изображение источника. Кассета крепится с помощью прижимных пластин к выходу пакета. Сам же пакет, размещенный внутри герметичного корпуса, прикреплен на держателе с подвижками, позволяющем осуществлять наклон пакета в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на углы до 10 градусов.In the presented embodiment, the device includes a sealed cylindrical-shaped vacuum housing made of stainless steel, which is vacuum tightly attached to the interaction chamber in which the x-ray source is placed. In a sealed enclosure located in the direction of radiation: the entrance slit, consisting of two steel knives with a thickness of 200 μm and a gap of 20 μm between them; selective filters (including edge K-, L-type) glued to the filter holder, which, in turn, is mounted on a common aluminum housing, in which air defense mirrors made of flat window glass obtained by hot spill over the surface of molten tin; and an X-ray recorder. Air defense mirrors are located quasi-parallel in a common housing at the required specific angle. For the simultaneous adjustment of all air defense mirrors, an additional registration channel, also located in the package, was additionally used. The common housing is attached to the sealed with a holder with slides. An X-ray film cassette UV-4 is used as an X-ray recorder, with which a source image is obtained. The cassette is attached using the pressure plates to the exit of the package. The package itself, placed inside the sealed enclosure, is attached to the holder with slides, which allows the package to be tilted in two mutually perpendicular planes to angles of up to 10 degrees.
Устройство работает следующим образом. Спектрометр крепится к камере взаимодействия 11, в которой расположен источник рентгеновского излучения 1. Расстояния между источником рентгеновского излучения 1, входной щелью 3 и регистратором рентгеновского излучения 7 выбираются таким образом, чтобы обеспечить необходимое пространственное разрешение. Зеркала ПВО 6 располагаются в общем корпусе 9 таким образом, чтобы обеспечить заданные углы падения рентгеновского излучения 2 на них, для осуществления спектральной селекции. В общий корпус 9 устанавливается нулевой канал регистрации 8, для последующей юстировки всего пакета зеркал ПВО 6. Общий корпус 9 юстируется с помощью держателя с подвижками 12 таким образом, чтобы рентгеновские кванты, испущенные из центральной области рентгеновского источника 1, пройдя сквозь входную щель 3 и отразившись от зеркал ПВО 6, попадали бы в центральную область регистратора рентгеновского излучения 7. Подбором толщин фильтров 5, устанавливаемых на держателе 4, добиваются необходимых плотностей энергии рентгеновского излучения 2 в области регистратора рентгеновского излучения 7 для каждого канала. Когда установка прибора и его юстировка завершены, крышка герметичного корпуса 10 закрывается. В случае использования в качестве регистратора рентгеновского излучения 7 фотопленки, после проведения эксперимента крышка герметичного корпуса 10 открывается, и происходит смена фотопленки в кассете. По полученным сигналам с регистратора рентгеновского излучения 7 строится пространственно-спектральная зависимость распределения яркости источника рентгеновского излучения 1.The device operates as follows. The spectrometer is attached to the interaction chamber 11, in which the
Проведена конструкторская проработка и создан спектрометр. В результате экспериментальных исследований были получены пространственно-спектральные характеристики лазерной плазмы, плазмы Z-пинча и сильноточной рентгеновской трубки. Регистрируемый спектральный диапазон располагается от 60 эВ до 12 кэВ. Спектральная ширина каждого канала составляет Е/ΔЕ≈5. С помощью прибора было получено одномерное пространственное изображение лазер-плазменного источника с разрешением 20 мкм. В настоящее время разработанный прибор успешно применяется в процессе исследований параметров плазмы и в силу своей компактности облегчает его использование в различных условиях применения.Design study was carried out and a spectrometer was created. As a result of experimental studies, the spatial and spectral characteristics of a laser plasma, a Z-pinch plasma, and a high-current X-ray tube were obtained. The recorded spectral range is from 60 eV to 12 keV. The spectral width of each channel is E / ΔE≈5. Using the device, a one-dimensional spatial image of a laser-plasma source with a resolution of 20 μm was obtained. Currently, the developed device is successfully used in the process of studying plasma parameters and, due to its compactness, facilitates its use in various application conditions.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011134150/28A RU2474813C1 (en) | 2011-08-12 | 2011-08-12 | Broadband soft x-ray spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011134150/28A RU2474813C1 (en) | 2011-08-12 | 2011-08-12 | Broadband soft x-ray spectrometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2474813C1 true RU2474813C1 (en) | 2013-02-10 |
Family
ID=49120517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011134150/28A RU2474813C1 (en) | 2011-08-12 | 2011-08-12 | Broadband soft x-ray spectrometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2474813C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2599923C1 (en) * | 2015-08-12 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" | Beyond rowland spectrometer for soft x-ray and vuv range |
RU2737022C1 (en) * | 2020-04-17 | 2020-11-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of controlling the vacuum x-ray diode switching into the measurement circuit |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU718769A1 (en) * | 1977-12-19 | 1980-02-29 | Горьковский Исследовательский Физико-Технический Институт При Горьковском Государственном Университете Им. Н.И.Лобачевского | Three-crystal x-ray spectrometer |
SU857816A1 (en) * | 1979-11-22 | 1981-08-23 | Горьковский Исследовательский Физико-Технический Институт При Горьковском Государственном Университете Им. Н.И.Лобачевского | X-ray spectrometer |
US4796284A (en) * | 1984-12-31 | 1989-01-03 | North American Philips Corporation | Polycrystalline X-ray spectrometer |
JP2001033408A (en) * | 1999-07-22 | 2001-02-09 | Shimadzu Corp | X-ray spectrometer |
RU2419088C1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-05-20 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | X-ray spectrometer |
-
2011
- 2011-08-12 RU RU2011134150/28A patent/RU2474813C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU718769A1 (en) * | 1977-12-19 | 1980-02-29 | Горьковский Исследовательский Физико-Технический Институт При Горьковском Государственном Университете Им. Н.И.Лобачевского | Three-crystal x-ray spectrometer |
SU857816A1 (en) * | 1979-11-22 | 1981-08-23 | Горьковский Исследовательский Физико-Технический Институт При Горьковском Государственном Университете Им. Н.И.Лобачевского | X-ray spectrometer |
US4796284A (en) * | 1984-12-31 | 1989-01-03 | North American Philips Corporation | Polycrystalline X-ray spectrometer |
JP2001033408A (en) * | 1999-07-22 | 2001-02-09 | Shimadzu Corp | X-ray spectrometer |
RU2419088C1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-05-20 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | X-ray spectrometer |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DMX: An absolutely calibrated time-resolved broadband soft x-ray spectrometer designed for MJ class laser-produced plasmas, J.L.Bourgade, B.Villette, J.L.Bocher and others, Review of scientific instruments, Vol.72, No.1, Jan 2001, p.1173-1182. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2599923C1 (en) * | 2015-08-12 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" | Beyond rowland spectrometer for soft x-ray and vuv range |
RU2737022C1 (en) * | 2020-04-17 | 2020-11-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of controlling the vacuum x-ray diode switching into the measurement circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gullikson et al. | A soft x-ray/EUV reflectometer based on a laser produced plasma source | |
Den Herder et al. | The reflection grating spectrometer on board XMM-Newton | |
JP5184339B2 (en) | Two-dimensional detection system for neutron radiation in the field of neutron scattering spectroscopy | |
Benisty et al. | The complex structure of the disk around HD 100546-The inner few astronomical units | |
Ave et al. | Precise measurement of the absolute fluorescence yield of the 337 nm band in atmospheric gases | |
Chattopadhyay | Hard X-ray polarimetry—an overview of the method, science drivers, and recent findings | |
RU2474813C1 (en) | Broadband soft x-ray spectrometer | |
Marshall et al. | The rocket experiment demonstration of a soft x-ray polarimeter (REDSoX Polarimeter) | |
Jones et al. | Design of a multilayer mirror monochromatic x-ray imager for the Z accelerator | |
Heeter et al. | Plasma diagnostics for x-ray driven foils at Z | |
Taccetti et al. | A technique for measuring the propagation of a supersonic radiation front in foam via spatially resolved spectral imaging of a tracer layer | |
Gruner et al. | Criteria for the evaluation of 2-dimensional X-ray detectors | |
Setterberg et al. | Geant4 modeling of a cerium bromide scintillator detector for the IMPRESS CubeSat mission | |
Frontera et al. | HAXTEL: A Laue lens telescope development project for a deep exploration of the hard X-ray sky (> 60 keV) | |
Chattopadhyay et al. | Development of a hard x-ray focal plane compton polarimeter: a compact polarimetric configuration with scintillators and Si photomultipliers | |
Fritz et al. | Ultraviolet beam splitter characterization for use in a CubeSat optical system | |
Benstead et al. | A new streaked soft x-ray imager for the National Ignition Facility | |
Sykora et al. | Development and future prospects of wavelength shifting fibre detectors at ISIS | |
Graf et al. | Charged kaon mass measurement using the Cherenkov effect | |
JPH08510062A (en) | X-ray analyzer for grazing angle | |
Bernstein et al. | An X‐Ray Pinhole Camera with Nanosecond Resolution | |
Rao et al. | The scientific objectives of the ASTROSAT mission of ISRO | |
Wobrauschek et al. | Total Reflection X-ray Fluorescence attachment module modified for analysis in vacuum | |
Fuschino et al. | The wide field monitor and spectrometer instrument on board the ASTENA satellite mission concept | |
Hartman | Early experimental work on synchrotron radiation |