RU2480159C1 - Device for generation of targeted pulse x-ray radiation - Google Patents
Device for generation of targeted pulse x-ray radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480159C1 RU2480159C1 RU2011137033/14A RU2011137033A RU2480159C1 RU 2480159 C1 RU2480159 C1 RU 2480159C1 RU 2011137033/14 A RU2011137033/14 A RU 2011137033/14A RU 2011137033 A RU2011137033 A RU 2011137033A RU 2480159 C1 RU2480159 C1 RU 2480159C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- radiation
- opal matrix
- opal
- sample
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области рентгенотехники и может быть использовано при разработке и изготовлении различных устройств для медицины, рентгенографии, рентгеноспектрального анализа и дефектоскопии материалов, рентгеновской микроскопии.The invention relates to the field of X-ray engineering and can be used in the development and manufacture of various devices for medicine, radiography, X-ray spectral analysis and flaw detection of materials, X-ray microscopy.
Общим требованием к источникам рентгеновского излучения (электромагнитное излучение в спектральной области между УФ- и гамма-излучением в пределах длин волн λ от 102 до 10-3 нм, или энергией фотонов hν от 10 эВ до нескольких МэВ) является простота их применения и возможность минимальными средствами управления формированием и геометрическими параметрами рентгеновского луча. В качестве источников рентгеновского излучения могут служить радиоактивные изотопы и устройства, генерирующие рентгеновское излучение. На практике наибольшее распространение получили такие устройства для генерации рентгеновского излучения, как рентгеновские трубки, интенсивность излучения которых на несколько порядков превосходит интенсивность изотопных источников. В настоящее время повышение технических и технологических характеристик источников рентгеновского излучения достигается за счет как совершенствования конструкции известных устройств, так и создания принципиально новых конструкций. Последнее предполагает создание функциональных сред, выполняющих роль как материалов для генерации рентгеновского излучения, так и управляющих устройств для преобразования сигналов.The general requirement for x-ray sources (electromagnetic radiation in the spectral region between UV and gamma radiation in the wavelength range λ from 10 2 to 10 -3 nm, or photon energy hν from 10 eV to several MeV) is their ease of use and the possibility minimal means of controlling the formation and geometric parameters of the x-ray beam. As sources of x-ray radiation can serve as radioactive isotopes and devices that generate x-ray radiation. In practice, the most widely used devices for generating x-ray radiation, such as x-ray tubes, the radiation intensity of which is several orders of magnitude higher than the intensity of isotopic sources. Currently, improving the technical and technological characteristics of x-ray sources is achieved through both improving the design of known devices and creating fundamentally new designs. The latter involves the creation of functional environments that play the role of both materials for the generation of x-rays and control devices for converting signals.
Известны устройства для генерации рентгеновского излучения, основанные на воздействии в вакууме пучка электронов на твердотельную мишень, электронная подсистема материала которой определяет спектр рентгеновского излучения (Рентгенотехника. Справочник, кн. 1-2, М., 1980]. Во всех подобных системах имеются активные элементы - мишень и внешний источник потока электронов. Наиболее распространенное устройство для генерации рентгеновского излучения - рентгеновская трубка, в которой электроны, вырывающиеся из катода в результате термоэлектронной или автоэлектронной эмиссии, ускоряются электрическим полем и бомбардируют металлический (Cu, Ag, Co и др.) анод (мишень), атомы которого, возбуждаемые электронным ударом, и электроны, теряющие кинетическую энергию при торможении в веществе, испускают рентгеновское излучение. Тормозное рентгеновское излучение распространяется перпендикулярно направлению потока электронов, характеристическое - изотропно. К недостаткам предлагаемых разработок можно отнести сложность конструкции для управления изотропным пучком рентгеновского излучения.Known devices for the generation of x-ray radiation, based on the action in vacuum of an electron beam on a solid-state target, the electronic subsystem of the material of which determines the spectrum of x-ray radiation (X-ray engineering. Handbook, pp. 1-2, M., 1980]. All such systems have active elements - a target and an external source of electron flux The most common device for generating X-ray radiation is an X-ray tube in which electrons are emitted from the cathode as a result of thermionic th or field emission, are accelerated by an electric field and bombard a metal (Cu, Ag, Co, etc.) anode (target), whose atoms are excited by electron impact, and electrons that lose kinetic energy when braking in a substance emit x-ray radiation. the radiation propagates perpendicular to the direction of the electron flow, the characteristic one is isotropic. The disadvantages of the proposed developments include the complexity of the design for controlling an isotropic x-ray beam .
Известны рентгеновские лазеры - источники когерентного электромагнитного излучения рентгеновского диапазона [УФН т.168, №8, стр.843-876. Проблема угловой расходимости и пространственной когерентности излучения рентгеновского лазера. П.Д. Гаспарян и другие], в которых эффект достигается обработкой мишени (иттрий и др.) мощными лазерами видимого и ИК-диапазонов (например, YAG-лазер). Длительность импульса генерации рентгеновского лазера составляет 0,1-10 нс и определяется временем жизни плазменного образования. Пороговые условия генерации рентгеновских лучей зависят от значений плотности ионов в плазме, инициирующих переход электронов на соответствующие уровни. Данное техническое решение недостаточно эффективно обеспечивает управление параметрами рентгеновского излучения.Known x-ray lasers - sources of coherent electromagnetic radiation of the x-ray range [Physics – Uspekhi, vol. 168, No. 8, pp. 843-876. The problem of angular divergence and spatial coherence of x-ray laser radiation. P.D. Gasparyan and others], in which the effect is achieved by treating the target (yttrium, etc.) with powerful visible and infrared lasers (for example, a YAG laser). The duration of the x-ray laser generation pulse is 0.1-10 ns and is determined by the lifetime of the plasma formation. The threshold conditions for the generation of X-rays depend on the values of the density of ions in the plasma, which initiate the transition of electrons to the corresponding levels. This technical solution is not efficient enough to control the parameters of x-ray radiation.
Наиболее близким устройством для генерации рентгеновского излучения к заявляемому по своей технической сущности является устройство, представленное в работе [Чернега Н.В., Самойлович М.И., Белянин А.Ф., Кудрявцева А.Д., Клещева С.М. Генерация электромагнитного и акустического излучений в наноструктурированных системах // Нано- и микросистемная техника. 2011. №4. С.21-31]. Устройство включает рубиновый лазер (внешний источник энергии) с мощностью не менее 0,5 ГВт/см2, опаловую матрицу - упорядоченную структуру из микросфер кремнезема (рентгеноаморфный SiO2) диаметром 0,2-0,4 мкм, установленную на подложке (медной или кремневой), помещенной в контейнер с жидким азотом. Излучение рубинового лазера на длине волны λ=694,3 нм фокусировалось на образец опаловой матрицы при различных значениях плотности мощности на поверхности образца. В результате взаимодействия импульсного лазерного излучения (наносекундного диапазона длительности) с трехмерной фотонно-фононной средой - упорядоченной упаковкой наносфер SiО2 - генерировалось не только акустическое излучение в диапазоне 5-15 ГГЦ (подробнее в указанной статье и в патенте РФ №2371259), но и импульсное рентгеновское излучение, регистрируемое рентгеновской фотопленкой. Однако указанное устройство не дает возможность формировать направленное рентгеновское излучение, поскольку угол разброса таких импульсов (при небольшой расходимости отдельного импульса) как в телесном угле, так и в плоскости, перпендикулярной направлению падающего лазерного излучения составлял не менее двух радиан (до 110-120°).The closest device for the generation of x-ray radiation to the claimed in its technical essence is the device presented in [Chernega N.V., Samoilovich M.I., Belyanin A.F., Kudryavtseva A.D., Klescheva S.M. Generation of electromagnetic and acoustic radiation in nanostructured systems // Nano- and microsystem technology. 2011. No4. S.21-31]. The device includes a ruby laser (external energy source) with a power of at least 0.5 GW / cm 2 , an opal matrix - an ordered structure of silica microspheres (X-ray amorphous SiO 2 ) with a diameter of 0.2-0.4 μm, mounted on a substrate (copper or flint) placed in a container with liquid nitrogen. Radiation from a ruby laser at a wavelength of λ = 694.3 nm was focused on an opal matrix sample at various power densities on the sample surface. As a result of the interaction of pulsed laser radiation (nanosecond range of duration) with a three-dimensional photon-phonon medium — an ordered packing of SiO 2 nanospheres — not only acoustic radiation was generated in the range of 5–15 GHz (for more details, see article and RF patent No. 2371259), but also pulsed x-ray radiation detected by x-ray film. However, this device does not allow the formation of directional x-ray radiation, since the spread angle of such pulses (with a small divergence of an individual pulse) both in the solid angle and in the plane perpendicular to the direction of the incident laser radiation was at least two radians (up to 110-120 °) .
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего получение направленного рентгеновского излучения. Уменьшение угла разброса импульсов генерируемого рентгеновского излучения достигается за счет того, что опаловая матрица изготовлена в виде образца, имеющего плоскопараллельные поверхности, которые контактируют с пластинами из пьезоэлектрических материалов, изготовленных из монокристаллов с большим (свыше 0,2%) коэффициентом электромеханической связи, что позволяет создать выделенное направление для акустических волн, которые за счет фотон-фононного взаимодействия с рентгеновскими излучением (такой механизм подробно описан, например, в статье К.Н.Платонова, И.Н.Топтыгина и Г.Д.Фейшмана. Излучение частиц в средах с неоднородностями и когерентное тормозное излучение. УФН (1990), т.160, вып.4, стр.50-70). Предлагаемое устройство для генерации направленного импульсного рентгеновского излучения включает внешний источник энергии - рубиновый лазер; мишень - образец опаловой матрицы, и, в отличие от ранее применявшихся, образец опаловой матрицы выполнен с плоскопараллельными поверхностями, которые контактируют с пластинами из пьезоэлектрических материалов, изготовленных из кристаллов с большим (свыше 0,2%) коэффициентом электромеханической связи. Образец опаловой матрицы и пластины из пьезоэлектрического материала скреплены с использованием слоя смазки с температурой замерзания не ниже 200 К или механического зажима (струбцины) с усилием меньше разрушающего опаловую матрицу.The objective of the present invention is to provide a device that provides directional x-ray radiation. The reduction in the spread angle of pulses of the generated x-ray radiation is achieved due to the fact that the opal matrix is made in the form of a sample having plane-parallel surfaces that are in contact with plates of piezoelectric materials made of single crystals with a large (over 0.2%) coefficient of electromechanical coupling, which allows create a dedicated direction for acoustic waves that are due to photon-phonon interaction with x-ray radiation (such a mechanism is described in detail, for example p, in an article by K. N. Platonov, I. N. Toptygin, and G. D. Feishman. Particle emission in media with inhomogeneities and coherent bremsstrahlung. Usp. Fiz. Nauk (1990), vol. 160,
Технический результат предлагаемого устройства заключается в генерации направленного рентгеновского излучения, которую обеспечивает скрепление с плоскопараллельными поверхностями образца опаловой матрицы пластин из пьезоэлектрических материалов, изготовленных из кристаллов с большим (свыше 0,2%) коэффициентом электромеханической связи. По существу, технический результат заключается в том, что в такой конструкции образец опаловой матрицы, состоящей из упорядоченно расположенных микросфер SiO2, диаметром 0,2-0,4 мкм, обладает способностью при воздействии мощного лазерного излучения генерировать направленное рентгеновское излучение при условии создания в образце выделенного направления для одновременно возбуждаемых акустических колебаний. В качестве монокристаллов пьезоэлектрических материалов используются стронций-ниобат бария (SBN, SrxBa1-x(NbO3)2, в частности Sr0.6Ва0.4(NbO3)2), ниобат лития (LiNbO3) или титанат бария (BaTiO3). Таким образом, устройство включает в себя композиционную структуру, которая состоит из пластин пьезоэлектрических материалов и образца опаловой матрицы: пьезоэлектрик - опаловая матрица - пьезоэлектрик (например, SBN - опаловая матрица - SBN, LiNbO3 - опаловая матрица - LiNbO3, BaTiO3 - опаловая матрица - BaTiO3 и другие). Образец опаловой матрицы скрепляется с пластинами пьезоэлектрических материалов различными способами, при этом предлагаемые методы крепления обеспечивают стойкость конструкции к разрушению от механических напряжений, возникающих при воздействии лазерного излучения на композиционную структуру.The technical result of the proposed device is to generate directed x-ray radiation, which provides bonding with plane-parallel surfaces of a sample of an opal matrix of plates of piezoelectric materials made of crystals with a large (over 0.2%) coefficient of electromechanical coupling. Essentially, the technical result consists in the fact that in such a design a sample of an opal matrix consisting of orderedly arranged SiO 2 microspheres with a diameter of 0.2-0.4 μm has the ability to generate directed x-ray radiation when exposed to powerful laser radiation, provided that sample of the selected direction for simultaneously excited acoustic vibrations. Barium strontium niobate (SBN, Sr x Ba 1-x (NbO 3 ) 2 , in particular Sr 0.6 Ba 0.4 (NbO 3 ) 2 ), lithium niobate (LiNbO 3 ) or barium titanate (BaTiO 3 are used as single crystals of piezoelectric materials ) Thus, the device includes a composite structure, which consists of plates of piezoelectric materials and an opal matrix sample: piezoelectric - opal matrix - piezoelectric (for example, SBN - opal matrix - SBN, LiNbO 3 - opal matrix - LiNbO 3 , BaTiO 3 - opal matrix - BaTiO 3 and others). A sample of the opal matrix is bonded to the plates of piezoelectric materials in various ways, while the proposed fastening methods ensure the structure is resistant to destruction from mechanical stresses arising from the action of laser radiation on the composite structure.
Техническое решение можно продемонстрировать иллюстрацией, представленной на рис.1, на котором показана схема устройства для генерации направленного импульсного рентгеновского излучения, где: 1 - рубиновый лазер, 2 - образец опаловой матрицы (упорядоченная структура из микросфер рентгеноаморфного кремнезема (SiO2) диаметром 0,2-0,4 мкм), 3, 4 - пластины из монокристаллов пьезоэлектрических материалов (ниобат лития, титанат бария, SBN), 5 - пучок накачки, 6 - рентгеновская кассета с пленкой, 7 - подложка, 8 - кювета с жидким азотом, 9 - смазка.The technical solution can be demonstrated by the illustration presented in Fig. 1, which shows a diagram of a device for generating directed pulsed x-ray radiation, where: 1 is a ruby laser, 2 is an opal matrix sample (ordered structure from microspheres of X-ray amorphous silica (SiO 2 ) with a diameter of 0, 2-0.4 μm), 3, 4 - plates of single crystals of piezoelectric materials (lithium niobate, barium titanate, SBN), 5 - pump beam, 6 - X-ray cassette with a film, 7 - substrate, 8 - cuvette with liquid nitrogen, 9 - greasing.
Объемные заготовки рентгеноаморфного кремнезема, сформированные на основе упорядоченно расположенных наносфер SiO2, из которых вырезались образцы опаловых матриц с плоскопараллельными поверхностями, изготавливали реакцией гидролиза тетраэфира ортокремниевой кислоты (Si(OC2H5)4) в этаноле (С2Н5OН) в присутствии катализатора - гидрооксида аммония (NH4OH) (смешение 1 части NH4OH (25% водный раствор), 50 частей С2Н5OН и 1,6 частей Si(OC2H5)4, предварительно прогретого при температуре 105°С в течение 180 минут). Изготовленная суспензия наносфер рентгеноаморфного кремнезема помещается в сосуд из кварцевого стекла на срок 2-3 месяца (в зависимости от заданного объема осаждаемого материала). Полученная заготовка подвергалась сушке и термообработке в сушильном шкафу при 150°С в течение суток и в муфельной печи при 700°С в течение 10 часов. Для получения объемного материала с заданными диаметрами микросфер SiO2 в диапазоне 200-400 нм изменяют концентрацию Si(OC2H5)4 и другие технологические параметры. Технология получения и реальное строение рентгеноаморфного кремнезема, представленного упорядоченной упаковкой микросфер SiO2, подробно рассмотрены в литературе, например в книге: [Наноматериалы. III. Фотонные кристаллы и нанокомпозиты на основе опаловых матриц // Коллективная монография. Под ред. М.И.Самойловича. М.: Техномаш. 2007. 303 с.].Bulk X-ray amorphous silica preforms formed on the basis of ordered SiO 2 nanospheres from which samples of opal matrices with plane-parallel surfaces were cut were prepared by hydrolysis of orthosilicic acid tetraester (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) in ethanol (C 2 H 5 OH) in the presence of a catalyst - ammonium hydroxide (NH 4 OH) (mixing 1 part NH 4 OH (25% aqueous solution), 50 parts C 2 H 5 OH and 1.6 parts Si (OC 2 H 5 ) 4 , preheated at a temperature of 105 ° C for 180 minutes). The suspension of X-ray amorphous silica nanospheres made is placed in a vessel made of quartz glass for a period of 2-3 months (depending on a given volume of deposited material). The obtained preform was dried and heat treated in an oven at 150 ° C for 24 hours and in a muffle furnace at 700 ° C for 10 hours. To obtain a bulk material with given diameters of SiO 2 microspheres in the range of 200-400 nm, the concentration of Si (OC 2 H 5 ) 4 and other technological parameters are changed. The production technology and the real structure of X-ray amorphous silica, represented by ordered packing of SiO 2 microspheres, are discussed in detail in the literature, for example, in the book: [Nanomaterials. III. Photonic crystals and nanocomposites based on opal matrices // Collective monograph. Ed. M.I. Samoilovich. M .: Tekhnomash. 2007.303 p.].
Предлагаемое устройство для генерации направленного импульсного рентгеновского излучения включает в себя рубиновый лазер, работающий в режиме модуляции добротности (внешний источник энергии) (длина волны генерации 694,3 нм, длительность одиночных импульсов 20 нс), мощностью не менее 0,5 ГВт/см2 (1), композиционную структуру, состоящую из образца опаловой матрицы - упорядоченной структуры из микросфер SiO2 диаметром 0,2-0,4 мкм (опаловая матрица изготовлена в виде образца, имеющего плоскопараллельные поверхности) (2), на которых закреплены с использованием смазки (9) пластины пьезоэлектрических материалов (3 и 4), изготовленных из монокристаллов с большим (свыше 0,2%) коэффициентом электромеханической связи. Излучение лазера фокусировалось на композиционную структуру, которая установлена на массивной (обеспечивается интенсивный отвод тепла от композиционной структуры) подложке (медь или кремний) (7). Подложка (7) с закрепленной композиционной структурой (3-2-4) при необходимости размещалась в кювету с жидким азотом (8) таким образом, чтобы композиционная структура находились над поверхностью азота. Образец опаловой матрицы между пластинами пьезоэлектрических материалов закрепляется с использованием жидкости - смазки (например, силиконовой, глицерина и других) с температурой замерзания не ниже 200 К. Образец опаловой матрицы и пьезоэлектрические пластины могут быть также закреплены с использованием механического зажима (струбцины) с усилием меньше разрушающего образец опаловой матрицы. Управление генерируемым рентгеновским излучением обеспечивает плотный контакт, не разрушающий композиционную структуру, и максимальный эффект уменьшения разброса отдельных импульсов рентгеновского излучения, фиксируемый по поперечным размерам области засвечивания рентгеновской пленки (характеризующей указанный разброс телесным углом, измеряемым по углу с вершиной в центре образца для азимутальной плоскости, перпендикулярной направлению падающего лазерного излучения и проходящей через центры поверхностей, к которым крепятся пластины). Вид областей затемнения рентгеновской пленки при генерации по прототипу (а) и по предлагаемому способу (б) приведен на рис.2.The proposed device for generating directional pulsed x-ray radiation includes a ruby laser operating in the Q-switching mode (external energy source) (generation wavelength 694.3 nm, single pulse duration 20 ns), with a power of at least 0.5 GW / cm 2 (1) a composite structure consisting of a sample of an opal matrix - an ordered structure of SiO 2 microspheres with a diameter of 0.2-0.4 μm (the opal matrix is made in the form of a sample having plane-parallel surfaces) (2), which are mounted using By lubrication (9) of a plate of piezoelectric materials (3 and 4) made of single crystals with a large (over 0.2%) coefficient of electromechanical coupling. The laser radiation focused on the composite structure, which is mounted on a massive (intense heat removal from the composite structure is provided) substrate (copper or silicon) (7). The substrate (7) with a fixed compositional structure (3-2-4), if necessary, was placed in a cell with liquid nitrogen (8) so that the compositional structure was above the nitrogen surface. A sample of an opal matrix between the plates of piezoelectric materials is fixed using a lubricant (for example, silicone, glycerin and others) with a freezing point of at least 200 K. A sample of the opal matrix and piezoelectric plates can also be fixed using a mechanical clamp (clamp) with less force destructive sample opal matrix. The control of the generated x-ray radiation provides a tight contact that does not destroy the compositional structure and the maximum effect of reducing the scatter of individual x-ray pulses, fixed by the transverse dimensions of the x-ray exposure region (characterizing the indicated scatter by the solid angle, measured by the angle with the apex in the center of the sample for the azimuthal plane, perpendicular to the direction of the incident laser radiation and passing through the centers of the surfaces to which the plates are attached stins). The view of the areas of darkening of the x-ray film during generation by the prototype (a) and by the proposed method (b) is shown in Fig. 2.
Лазерный луч направляют параллельно поверхностям контакта опаловой матрицы и пластин, изготовленных из пьезоэлектрических материалов, обладающих высокой пьезоэлектрической эффективностью (коэффициент электромеханической связи более 0,2%). Расстояние между рентгеновской кассетой с пленкой (6) и образцом опаловой матрицы (2) - 50 мм.The laser beam is directed parallel to the contact surfaces of the opal matrix and plates made of piezoelectric materials with high piezoelectric efficiency (electromechanical coupling coefficient of more than 0.2%). The distance between the x-ray film cassette (6) and the opal matrix sample (2) is 50 mm.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Было изготовлено устройство, состоящее из рубинового лазера, чье излучение воздействует на образец опаловой матрицы, сформированной на основе упорядоченно расположенных микросфер SiO2 диаметром 0,25 мкм. Образцы опаловых матриц, изготовленные механической обработкой с использованием шлифовальной техники, с размерами 5×5×2(3) мм закрепляли между пластинами (5×5×1(2) мм), изготовленными из пьезоэлектрического материала. Для оценки показателей устройства были проведены испытания с применением композиционных структур, в которых пластины пьезоэлектриков изготавливали из различных пьезоэлектрических материалов, выращенных различными методами. Использовались пластины, вырезанные из объемных монокристаллов, при этом кристаллографическая ось Z ориентировалась перпендикулярно плоскости пластины. Перед нанесением смазки на пластины пьезоэлектрических материалов проводилась подготовка контактной поверхности (обработка во фтористо-водородной кислоте с последующей отмывкой в проточной воде, обработка этанолом и сушка в термостате при 100°С в течение 30-40 минут). Были изготовлены различные серии образцов, отличающиеся по толщине пластин.A device consisting of a ruby laser was manufactured, whose radiation affects a sample of an opal matrix formed on the basis of orderedly arranged SiO 2 microspheres with a diameter of 0.25 μm. Samples of opal matrices made by machining using a grinding technique with dimensions of 5 × 5 × 2 (3) mm were fixed between plates (5 × 5 × 1 (2) mm) made of piezoelectric material. To evaluate the performance of the device, tests were carried out using composite structures in which piezoelectric plates were made from various piezoelectric materials grown by various methods. We used plates cut from bulk single crystals, while the crystallographic Z axis was oriented perpendicular to the plane of the plate. Before applying grease to the plates of piezoelectric materials, the contact surface was prepared (treatment in hydrofluoric acid, followed by washing in running water, treatment with ethanol and drying in a thermostat at 100 ° C for 30-40 minutes). Various series of samples were made, differing in plate thickness.
Рентгеновская пленка закреплялась на краю кюветы, заполненной жидким азотом, на расстоянии 50 мм от образца опаловой матрицы, размещенного на медной подложке. Сигнал представлял собой небольшую по диаметру область - яркую точку размером порядка 0,2 мм с характерным пространственным распределением. Изменение интенсивности лазерного излучения не приводило к изменению размера пятна. Удаление кассеты от образца на расстояние от 50 до 200 мм не приводило к существенному изменению размера и относительной интенсивности регистрируемого сигнала, что свидетельствовало о небольшом телесном угле излучения (<1·10-3 рад) для одиночного импульса. Измерения проводились в температурном диапазоне от комнатной температуры (300 К) до температур, близких к температуре жидкого азота (90-100 К). Регистрация пространственного распределения излучения рентгеновского диапазона осуществлялась с использованием рентгеновских кассет РЕНЕКС ЭУ-И4 в комбинации с пленкой Kodak, предназначенных для рентгеновского излучения, получаемого с использованием рентгеновских трубок с напряжением на них в интервале от 40 до 100 кВ. Вид областей затемнения рентгеновской пленки при генерации по прототипу (а) и по предлагаемому способу (б) показан на рис.2.An x-ray film was fixed on the edge of the cell filled with liquid nitrogen at a distance of 50 mm from the opal matrix sample placed on a copper substrate. The signal was a small diameter region — a bright dot about 0.2 mm in size with a characteristic spatial distribution. A change in the laser radiation intensity did not lead to a change in the spot size. The removal of the cartridge from the sample at a distance of 50 to 200 mm did not lead to a significant change in the size and relative intensity of the recorded signal, which indicated a small solid angle of radiation (<1 · 10 -3 rad) for a single pulse. The measurements were carried out in the temperature range from room temperature (300 K) to temperatures close to the temperature of liquid nitrogen (90-100 K). The spatial distribution of the X-ray radiation was recorded using RENEX EU-I4 X-ray cassettes in combination with a Kodak film intended for X-ray radiation obtained using X-ray tubes with voltage on them in the range from 40 to 100 kV. The type of areas of the darkening of the x-ray film during generation by the prototype (a) and by the proposed method (b) is shown in Fig. 2.
Излучение рубинового лазера фокусировалось на поверхность композиционной структуры, для чего использовались линзы с различным фокусным расстоянием. Измерения проводились для различных значений плотности мощности на поверхности образца. Лазерный луч направляют параллельно поверхностям контакта образца опаловой матрицы и пластин пьезоэлектрических материалов.The radiation of the ruby laser was focused on the surface of the composite structure, for which lenses with different focal lengths were used. The measurements were performed for various values of the power density on the surface of the sample. The laser beam is directed parallel to the contact surfaces of the opal matrix sample and the plates of piezoelectric materials.
В таблице 1 приведены примеры осуществления предлагаемого устройства с использованием различных пьезоэлектрических материалов и методов их крепления к образцу опаловой матрицы в экспериментах, проводимых как при комнатной температуре, так и при охлаждении жидким азотом. Все сравнительные измерения проводились на образах опаловых матриц размером 5×5×3 мм при фиксированном расстоянии центр образца - рентгеновская пленка (50 мм), для сравнения с материалами с небольшим коэффициентом электромеханической связи использовались пластины, вырезанные из кристалла пьезокварца (SiO2).Table 1 shows examples of the implementation of the proposed device using various piezoelectric materials and methods of their attachment to a sample of an opal matrix in experiments conducted both at room temperature and upon cooling with liquid nitrogen. All comparative measurements were carried out on opal matrix images 5 × 5 × 3 mm in size at a fixed distance, the center of the sample is an X-ray film (50 mm); for comparison with materials with a small electromechanical coupling coefficient, plates cut from a piezoelectric crystal (SiO 2 ) were used.
При применении устройства, соответствующего прототипу, без использования пластин на основе пьезоэлектрических материалов происходит генерация рентгеновского излучения, направление распространения которого не воспроизводится и происходит большое расхождение пучка. When using the device corresponding to the prototype, without the use of plates based on piezoelectric materials, x-ray radiation is generated, the propagation direction of which is not reproduced and there is a large beam divergence.
Таким образом, предлагаемое устройство значительно уменьшает разброс единичных импульсов рентгеновского излучения, так что имеет место направленность генерируемого рентгеновского излучения. Данное техническое решение позволяет: создать источник направленного импульсного рентгеновского излучения на основе нового недорогого материала из рентгеноаморфного кремнезема заданного строения.Thus, the proposed device significantly reduces the spread of individual pulses of x-ray radiation, so that there is a directivity of the generated x-ray radiation. This technical solution allows you to: create a source of directional pulsed x-ray radiation based on a new inexpensive material from x-ray amorphous silica of a given structure.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137033/14A RU2480159C1 (en) | 2011-09-08 | 2011-09-08 | Device for generation of targeted pulse x-ray radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137033/14A RU2480159C1 (en) | 2011-09-08 | 2011-09-08 | Device for generation of targeted pulse x-ray radiation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011137033A RU2011137033A (en) | 2013-03-20 |
| RU2480159C1 true RU2480159C1 (en) | 2013-04-27 |
Family
ID=49123386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011137033/14A RU2480159C1 (en) | 2011-09-08 | 2011-09-08 | Device for generation of targeted pulse x-ray radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2480159C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU176453U1 (en) * | 2017-06-16 | 2018-01-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | X-ray generator during deformation of a piezoelectric in vacuum |
| RU199119U1 (en) * | 2020-05-21 | 2020-08-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Pulsed piezoelectric accelerator |
| RU204288U1 (en) * | 2021-03-02 | 2021-05-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Miniature Piezoelectric X-ray Generator |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2224556C2 (en) * | 2001-12-28 | 2004-02-27 | Жаров Владимир Павлович | Device for carrying out combined laser-mediated drug delivery |
| RU2371259C1 (en) * | 2008-06-07 | 2009-10-27 | Открытое акционерное общество ЦНИТИ "Техномаш" (ОАО ЦНИТИ "Техномаш") | Method of generating acoustic waves |
-
2011
- 2011-09-08 RU RU2011137033/14A patent/RU2480159C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2224556C2 (en) * | 2001-12-28 | 2004-02-27 | Жаров Владимир Павлович | Device for carrying out combined laser-mediated drug delivery |
| RU2371259C1 (en) * | 2008-06-07 | 2009-10-27 | Открытое акционерное общество ЦНИТИ "Техномаш" (ОАО ЦНИТИ "Техномаш") | Method of generating acoustic waves |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Платонов К.Ю. и др. Излучение частиц в средах с неоднородностями и когерентное тормозное излучение, УФН, т.160, 1990, N4, с.59, 63. * |
| Чернега Н.В. и др. Генерация электромагнитного и акустического излучений в наноструктурированных системах // Нано и микросхемная техника, 2011, N 4. с.23-26. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU176453U1 (en) * | 2017-06-16 | 2018-01-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | X-ray generator during deformation of a piezoelectric in vacuum |
| RU199119U1 (en) * | 2020-05-21 | 2020-08-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Pulsed piezoelectric accelerator |
| RU204288U1 (en) * | 2021-03-02 | 2021-05-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Miniature Piezoelectric X-ray Generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011137033A (en) | 2013-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Campbell | Recent results from the Nova program at LLNL | |
| RU2480159C1 (en) | Device for generation of targeted pulse x-ray radiation | |
| Landen et al. | X-ray characterization of picosecond laser plasmas | |
| Amano et al. | Laser-plasma extreme ultraviolet source incorporating a cryogenic Xe target | |
| CN116233341A (en) | High-resolution high-brightness backlight photographing method based on picosecond laser driving | |
| US6822249B2 (en) | Radioactive electron emitting microchannel plate | |
| Takahashi et al. | Emission characteristics of debris from CO 2 and Nd: YAG laser-produced tin plasmas for extreme ultraviolet lithography light source | |
| Bugrov et al. | Absorption and scattering of high-power laser radiation in low-density porous media | |
| Tcherniega et al. | Directed UV and X-ray generation in nanomaterials at the optical excitation | |
| JP2002139758A (en) | Device for shortening light wavelength | |
| US3890503A (en) | Stimulated emission light source pumped by electron beam of field emission initiated vacuum arc | |
| RU2469516C1 (en) | Method of generating pulsed x-ray radiation | |
| Higashiguchi et al. | Enhancement of conversion efficiency of extreme ultraviolet radiation from a liquid aqueous solution microjet target by use of dual laser pulses | |
| Gulyaev et al. | Generation of Directed X-ray Radiation in Layered Structures of Opal Matrixes and Piezoelectric Materials for Application in Medicine | |
| JPH01137543A (en) | Laser-excited x-ray generator | |
| Lindberg | Hard X-ray Self-Seeding at the LCLS | |
| Vecchione et al. | High gradient rf gun studies of CsBr photocathodes | |
| JP2005346962A (en) | Hard x-ray generating method and device | |
| US20240237183A1 (en) | Picosecond laser-driven plasma x-ray source | |
| Tateno et al. | Negative effect of crystallization on the mechanism of laser damage in a HfO2/SiO2 multilayer | |
| Mondal et al. | Laser structured micro-targets generate MeV electron temperature at $4\times 10^{16} $ W/cm $^ 2$ | |
| Chen et al. | Extreme focusing of high power x-ray lasers to relativistic intensity with a concave plasma lens | |
| Valle Brozas et al. | X-ray emission from a liquid curtain jet when irradiated by femtosecond laser pulses | |
| Bolshakov et al. | Hot electron generation in a dense plasma by femtosecond laser pulses of subrelativistic intensity | |
| JP2006172898A (en) | Laser plasma x-ray generating device |