RU2678430C1 - X-ray beam convergence control method - Google Patents
X-ray beam convergence control method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678430C1 RU2678430C1 RU2018115615A RU2018115615A RU2678430C1 RU 2678430 C1 RU2678430 C1 RU 2678430C1 RU 2018115615 A RU2018115615 A RU 2018115615A RU 2018115615 A RU2018115615 A RU 2018115615A RU 2678430 C1 RU2678430 C1 RU 2678430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- crystal plate
- piezoelectric
- working surface
- ray beam
- Prior art date
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
Abstract
Description
Изобретение относится к рентгеновской оптике и предназначено для управления соответствующей заданному условию сходимости рентгеновского пучка кривизной рабочей поверхности монокристаллической пластины в составе дифракционного блока, образованного указанной пластиной, выполняющей функцию дифракционного элемента, на котором происходит дифракция рентгеновского пучка по Брэггу, и приклеенной к пластине пьезоэлемента, имеющей предварительно напыленные на обе противоположные поверхности указанной пластины два плоских электрода, для изгиба указанной монокристаллической пластины вместе с пластиной пьезоэлемента при воздействии на последнюю электрического поля, и может быть использовано в рентгеновской микроскопии, рентгеновской спектроскопии, в дифрактометрах, а также в астрономии, физике, биологии, медицине и других областях.The invention relates to x-ray optics and is intended to control the corresponding condition for the convergence of the x-ray beam by the curvature of the working surface of the single crystal plate as part of a diffraction block formed by the specified plate, which performs the function of a diffraction element on which Bragg diffraction of the x-ray occurs, and glued to the plate of a piezoelectric element having two flat electrodes previously sprayed on both opposite surfaces of the specified plate, for bending the specified single-crystal plate together with the piezoelectric plate when exposed to the last electric field, and can be used in x-ray microscopy, x-ray spectroscopy, diffractometers, as well as in astronomy, physics, biology, medicine and other fields.
Практической задачей рентгеновской оптики является обеспечение соответствующего условию двумерной коллимации или фокусировки рентгеновского пучка статического изгиба рабочей поверхности монокристаллической пластины, выполняющей функцию дифракционного элемента, на котором происходит дифракция рентгеновского пучка по Брэггу. При этом возможности управления сходимостью рентгеновского пучка значительно возрастают при расширенном управлении кривизной рабочей поверхности такой монокристаллической пластины при получении или настроечном регулировании ее рабочего профиля.The practical task of x-ray optics is to provide a static bending of the working surface of a single-crystal plate corresponding to the condition of two-dimensional collimation or focusing of the x-ray beam, which acts as a diffraction element on which the Bragg diffraction of the x-ray beam occurs. Moreover, the ability to control the convergence of the x-ray beam increases significantly with advanced control of the curvature of the working surface of such a single-crystal plate when receiving or adjusting its working profile.
Известен способ управления сходимостью рентгеновского пучка, являющийся основой работы устройства для управления сходимостью рентгеновского пучка по патенту РФ №175420, G21K 1/06, 2017 на полезную модель с этим наименованием, включающий воздействие электрическим полем на пластину пьезоэлемента, имеющую предварительно напыленные на обе противоположные поверхности указанной пластины два электрода и приклеенную к монокристаллической пластине с образованием указанного дифракционного блока, приводящего к получению рабочего профиля монокристаллической пластины, соответствующего требуемой сходимости рентгеновского пучка, за счет изменения кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины в результате воздействия на опирающуюся своими двумя боковыми поверхностями на прижатые по одному на каждую боковую поверхность фиксирующие боковые держатели пластину пьезоэлемента электрического поля, обеспечивающего одновременный изгиб приклеенных друг к другу пластины пьезоэлемента и монокристаллической пластины, причем требуемую сходимость рентгеновского пучка задают подбором толщины и формы исходных монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента.A known method for controlling the convergence of the X-ray beam, which is the basis of the device for controlling the convergence of the X-ray beam according to the patent of the Russian Federation No. 175420,
Однако, в указанном способе, выбранном в качестве прототипа заявляемого способа, возможности изгиба монокристаллической пластины исчерпываются результатом (ограничены возможностями) одновременного действия следующих двух факторов (задающих требуемый указанный изгиб): первого фактора - воздействия на пластину пьезолемента электрического поля и второго фактора - предварительного подбора толщины и формы исходных монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента.However, in the specified method, selected as a prototype of the proposed method, the possibilities of bending a single-crystal plate are limited by the result (limited by capabilities) of the simultaneous action of the following two factors (setting the required specified bend): the first factor - the effect of an electric field on the piezoelectric element and the second factor - preliminary selection thickness and shape of the initial single-crystal plate and piezoelectric plate.
Технический результат от использования предлагаемого способа управления сходимостью рентгеновского пучка - расширение возможности изгиба рабочей поверхности монокристаллической пластины, заключающееся в дополнительном изменении кривизны указанной поверхности, за счет продольного смещения максимального прогиба изогнутых приклеенных друг к другу монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента в результате воздействия на пластину пьезоэлемента электрического поля (первого фактора) при получении рабочего профиля монокристаллической пластины в условиях симметричного смещения обоих фиксирующих боковых держателей вдоль боковых поверхностей пластины пьезоэлемента (третьего нового фактора) и предварительного подбора толщины и формы монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента (второго фактора), т.е. за счет одновременного действия трех указанных факторов изменения кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластиныThe technical result from the use of the proposed method for controlling the x-ray convergence is the expansion of the possibility of bending the working surface of the single crystal plate, which consists in additionally changing the curvature of the specified surface due to the longitudinal shift of the maximum deflection of the bent glued to each other single crystal plate and the piezoelectric plate as a result of the action of the electric element on the piezoelectric element field (first factor) upon receipt of the working profile of a monocrist a plate under the conditions of a symmetric displacement of both fixing side holders along the side surfaces of the piezoelectric element plate (the third new factor) and preliminary selection of the thickness and shape of the single crystal plate and the piezoelectric element plate (second factor), i.e. due to the simultaneous action of three of these factors, changes in the curvature of the working surface of a single-crystal plate
Для достижения указанного технического результата предлагается способ управления сходимостью рентгеновского пучка, получаемого в результате облучения исходным рентгеновским пучком дифракционного блока, путем воздействия электрическим полем на пластину пьезоэлемента, имеющую предварительно напыленные на обе противоположные поверхности указанной пластины два электрода и приклеенную к монокристаллической пластине с образованием указанного дифракционного блока, приводящего к получению рабочего профиля монокристаллической пластины, соответствующего требуемой сходимости рентгеновского пучка, за счет изменения кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины в результате воздействия на опирающуюся своими двумя боковыми поверхностями на прижатые по одному на каждую боковую поверхность фиксирующие боковые держатели пластину пьезоэлемента электрического поля, обеспечивающего одновременный изгиб приклеенных друг к другу монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента, причем требуемый вид сходимости рентгеновского пучка задают подбором толщины и формы исходных монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента, а для дополнительного изменения кривизны рабочей поверхности монокристаллической пластины за счет продольного смещения максимального прогиба изогнутых приклеенных друг к другу монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента в результате воздействия на последнюю электрического поля при получении рабочего профиля монокристаллической пластины, симметрично смещают оба фиксирующих боковых держателя вдоль боковых поверхностей пластины пьезоэлемента.To achieve the technical result, a method is proposed for controlling the convergence of an X-ray beam obtained by irradiating an initial X-ray beam with a diffraction unit by applying an electric field to a piezoelectric element plate having two electrodes preliminarily deposited on both opposite surfaces of the specified plate and glued to the single-crystal plate to form the specified diffraction a block leading to a working profile of a single crystal face of the corresponding X-ray beam convergence due to a change in the curvature of the working surface of the single-crystal plate as a result of the action of the electric field, which simultaneously bends the single-crystal plates glued to each other, resting on the lateral holders supported by its two side surfaces, onto the fixing side plates of the piezoelectric element, which are pressed against each side surface and piezoelectric plate, and the required type of convergence of the x-ray beam is set by the selection of thicknesses the forms and shapes of the initial single-crystal plate and the piezoelectric plate, and for an additional change in the curvature of the working surface of the single-crystal plate due to the longitudinal displacement of the maximum deflection of the bent glued to each other single-crystal plate and the piezoelectric plate as a result of exposure to the last electric field upon receipt of the working profile of the single-crystal plate, symmetrically displace both fixing side holders along the side surfaces of the piezoelectric element plate.
В частных случаях осуществления предлагаемого способа:In special cases, the implementation of the proposed method:
при получении рабочего профиля монокристаллической пластины, соответствующего условию коллимации рентгеновского пучка, для формирования симметричного параболического профиля рабочей поверхности монокристаллической пластины с радиусом кривизны указанной поверхности 20 м вдоль большей стороны этой пластины и максимальным прогибом параболической рабочей поверхности указанной пластины, расположенным в ее центре, воздействуют электрическим полем напряженностью 20 В/мм на пластину пьезоэлемента при размещении двух фиксирующих держателей в плоскости центрального поперечного сечения данной пластины и для формирования асимметричных параболических профилей рабочей поверхности этой же монокристаллической пластины с радиусами кривизны указанной поверхности 23, 28 и 35 м вдоль большей стороны указанной пластины и максимальными прогибами параболической рабочей поверхности указанной пластины, смещенными от ее центра на 3.0, 4.5 и 6.0 мм, воздействуют таким же электрическим полем на эту же пластину пьезоэлемента при таких же по величине симметричных смещениях двух фиксирующих держателей от центрального поперечного сечения данной пластины, при этом в качестве монокристаллической пластины используют пластину, изготовленную из Si (111) в виде исходно имеющей основание в форме прямоугольника плоскопараллельной пластины толщиной 400 мкм, приклеенной с помощью клеевого слоя фотополимера ОКМ-2 толщиной 50 мкм при комнатной температуре к изготовленной из пьезокерамики PZT-5H исходно имеющей основание в форме прямоугольника плоскопараллельной пластине пьезоэлемента толщиной 1 мм, имеющей предварительно напыленные с двух сторон плоские алюминиевые электроды толщиной 20 мкм, с сохранением монокристаллической пластиной и пластиной пьезоэлемента плоскопараллельных форм после затвердевания указанного клеевого слоя;upon receipt of the working profile of a single-crystal plate corresponding to the condition of collimation of the x-ray beam, for forming a symmetrical parabolic profile of the working surface of the single-crystal plate with a radius of curvature of the specified surface of 20 m along the greater side of this plate and the maximum deflection of the parabolic working surface of the specified plate located in its center, field of 20 V / mm on the piezoelectric element plate when placing two locking holders lei in the plane of the central cross section of this plate and for the formation of asymmetric parabolic profiles of the working surface of the same single crystal plate with the radii of curvature of the specified surface 23, 28 and 35 m along the greater side of the specified plate and the maximum deflections of the parabolic working surface of the specified plate, offset from its center by 3.0, 4.5 and 6.0 mm, act with the same electric field on the same piezoelectric element plate at the same symmetrical displacements of the two fixing d finger guides from the central cross section of this plate, while a single crystal plate is a plate made of Si (111) in the form of an initially having a base in the form of a rectangle of a plane-parallel plate 400 μm thick, glued using an adhesive layer of an OKM-2
при получении рабочего профиля дифракционного элемента, соответствующего условию фокусировки рентгеновского пучка, для формирования симметричного эллиптического профиля рабочей поверхности монокристаллической пластины с радиусом кривизны указанной поверхности 15 м вдоль большей полуоси эллиптической рабочей поверхности этой пластины и максимальным прогибом указанной поверхности, расположенным в ее центре, воздействуют электрическим полем напряженностью 20 В/мм на пластину пьезоэлемента при размещении двух фиксирующих держателей в плоскости центрального поперечного сечения данной пластины и для формирования асимметричных эллиптических профилей рабочей поверхности этой же монокристаллической пластины с радиусами кривизны указанной поверхности 22 и 38 м вдоль большей полуоси эллиптической рабочей поверхности этой же пластины и максимальными прогибами эллиптической рабочей поверхности указанной пластины, смещенными от ее центра на 5.5 и 11.0 мм, воздействуют таким же электрическим полем на эту же пластину пьезоэлемента при таких же по величине симметричных смещениях двух фиксирующих держателей от центрального поперечного сечения данной пластины, при этом в качестве монокристаллической пластины используют пластину, изготовленную из Si (111) в виде исходно имеющей основание в форме эллипса плоскопараллельной пластины толщиной 400 мкм, приклеенной с помощью клеевого слоя фотополимера ОКМ-2 толщиной 50 мкм при комнатной температуре к изготовленной из пьезокерамики PZT-5H и исходно имеющей основание в форме эллипса плоскопараллельной пластине пьезоэлемента толщиной 1 мм, имеющей предварительно напыленные с двух сторон плоские алюминиевые электроды толщиной 20 мкм, с сохранением монокристаллической пластиной и пластиной пьезоэлемента плоскопараллельных форм после затвердевания указанного клеевого слоя.upon receipt of the working profile of the diffraction element corresponding to the focusing condition of the x-ray beam, for the formation of a symmetric elliptical profile of the working surface of the single crystal plate with a radius of curvature of the specified surface of 15 m along the major axis of the elliptical working surface of this plate and the maximum deflection of the specified surface located in its center, is affected by electric 20 V / mm field on the piezoelectric element plate when placing two fixing holders in the plane of the central cross section of this plate and for the formation of asymmetric elliptical profiles of the working surface of the same single-crystal plate with the radii of curvature of the indicated surface of 22 and 38 m along the major axis of the elliptical working surface of the same plate and the maximum deflections of the elliptical working surface of the specified plate offset from its center 5.5 and 11.0 mm, they act with the same electric field on the same piezoelectric element plate with the same symmetrical displacements two fixing holders from the central cross section of this plate, while a single crystal plate is made of a Si (111) plate in the form of an initially elliptical base of a plane-parallel plate 400 μm thick, glued with an adhesive layer of OKM-2 photopolymer with a
На фиг. 1 схематически показаны установка для осуществления предлагаемого способа управления сходимостью рентгеновского пучка (см. фиг. 1а) и входящая в состав дифракционного блока на фиг. 1а пластина пьезоэлемента с двумя металлическими электродами, предварительно напыленными по одному на обе противоположные поверхности указанной пластины (см. вид сбоку на фиг. 1б); на фиг. 2 и 3 - формы исходных до приклеивания пластины пьезоэлемента и монокристаллической пластины, сохранившиеся после затвердевания распределенного между ними клеевого слоя (см. вид сверху на фиг. 2а и 3а), и построенные методом компьютерного моделирования соответствующие условию коллимации (см. фиг. 2б-в) и фокусировки (см. фиг. 3б-в) 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 в условиях одновременного действия всех трех факторов, влияющих на искривление рабочей поверхности монокристаллической пластины: воздействия на пластину пьезолемента электрического поля, предварительного подбора толщины и формы исходных монокристаллической пластины и пластины пьезоэлемента, и симметричного смещения обоих фиксирующих боковых держателей вдоль боковых поверхностей пластины пьезоэлемента при получении рабочего профиля монокристаллической пластины.In FIG. 1 schematically shows an installation for implementing the proposed method for controlling the convergence of an X-ray beam (see FIG. 1a) and which is part of the diffraction block in FIG. 1a, a piezoelectric plate with two metal electrodes pre-sprayed one at a time on both opposite surfaces of the specified plate (see side view in Fig. 1b); in FIG. 2 and 3 are the forms of the initial piezoelectric element plate and the single-crystal plate that have been preserved after hardening of the adhesive layer distributed between them (see the top view in Figs. 2a and 3a) and constructed by computer simulation corresponding to the collimation condition (see Fig. 2b- c) and focusing (see Fig. 3b-c) of the X-ray beam, the obtained shapes and profiles of the working surface of the Si (111) single crystal wafer as a part of a three-layer (single crystal wafer, hardened adhesive layer and piezoelectric wafer with a napa electrodes) of the structure of the diffraction unit when an electric field is applied to a piezoelectric element plate under conditions of simultaneous action of all three factors affecting the curvature of the working surface of a single-crystal plate: exposure of an electric field to a piezoelectric element plate, preliminary selection of the thickness and shape of the initial single-crystal plate and piezoelectric element plate, and symmetric displacement of both fixing side holders along the side surfaces of the piezoelectric element plate upon receipt working profile of a single-crystal plate.
Установка для осуществления предлагаемого способа управления сходимостью рентгеновского пучка (см. фиг. 1а) содержит дифракционный блок, состоящий из монокристаллической пластины 1, изготовленной из Si (111) (со средней плотностью дислокаций, не превышающей 1000 см-2), приклеенной с помощью имеющего пониженные усадочные свойства клеевого слоя (фотополимер ОКМ-2) 2 к пластине 3 пьезоэлемента, изготовленной из пьезокристалла или пьезокерамики, с сохранением формы исходных до приклеивания пластины 1 и пластины 3 после затвердевания клеевого слоя 2, и два плоских металлических электрода 4 (см. фиг. 1б), предварительно перед приклеиванием пластины 1 к пластине 3 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 и 3в). Причем указанные два металлических электрода 4 могут быть изготовлены толщиной 1 мкм из меди, серебра или алюминия.Installation for implementing the proposed method for controlling the convergence of the x-ray beam (see Fig. 1a) contains a diffraction block consisting of a
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 видов (параболического и эллиптического) профиля рабочей поверхности монокристаллической пластины 1, задаваемого кривизной этой поверхности и соответствующего требуемому виду 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, а также затвердевший клеевой слой 2 на фиг. 2б и 3б 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 forms (bases in the form of a rectangle and an ellipse), selected to obtain two types (parabolic and elliptical) of the profile of the working surface of a single-
Два электрода 4, подключены 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, приводящем к получению рабочего профиля монокристаллической пластины 1, 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 комнатной температуре) вследствие воздействия на последнюю электрического поля.Two
При этом для регулирования воздействия электрическим полем (установления необходимой величины напряженности электрического поля) установка для осуществления предлагаемого способа (см. фиг. 1а) оснащена 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 control the impact of the electric field (to establish the necessary value of the electric field strength), the installation for implementing the proposed method (see Fig. 1a) is equipped with hardware and software for controlling the
При этом дифракционный блок фиксируется с помощью двух выполненных с возможностью смещения вдоль боковых поверхностей пластины 3 пьезоэлемента фиксирующих боковых держателей 8, прижатых после соответствующего требуемому ассимметричному рабочему профилю монокристаллической пластины 1 симметричного смещения по одному на каждую боковую поверхность пластины 3 пьезоэлемента.In this case, the diffraction unit is fixed by means of two detachable lateral holders 8 arranged along the lateral surfaces of the
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.
При управлении сходимостью рентгеновского пучка, получаемого в результате облучения исходным монохроматическим рентгеновским пучком дифракционного блока, представляющего собой трехслойную гибкую структуру (монокристаллическая пластина 1, затвердевший клеевой слой 2 и пластина 3 пьезоэлемента с предварительно напыленными электродами), на пластину 3 пьезоэлемента воздействуют электрическим полем при различных смещенных вдоль боковых поверхностей пластины 3 фиксирующих боковых держателей 8, получая асимметричные параболический и эллиптический профили рабочей поверхности монокристаллической пластины 1, соответствующие условиям коллимации (см. фиг. 2в) и фокусировки (см. фиг. 3в) рентгеновского пучка.When controlling the convergence of the x-ray beam obtained by irradiating the original monochromatic x-ray beam of the diffraction unit, which is a three-layer flexible structure (
В нижеприведенных двух примерах осуществления предлагаемого способа 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 Multiphasics, 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 method, the obtained profile of the working surface of a single-crystal plate 1 (indicated in Figs. 2 and 3 by 1.1 and 1.2, respectively) was constructed by computer simulation based on the use of the COMSOL Multiphasics software package, which is designed to build scenario models for solving differential equations by the finite element method and representing a software environment that provides all stages of modeling (determination of geometric pairs meters, description of physics, visualization) and which allows to simulate 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-
Для этого решались определяющие уравнения пьезоэлектричестваFor this, the governing equations of piezoelectricity were solved.
где 
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 (при различных смещенных положениях фиксирующих боковых держателей 8) 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 с толщиной слоев напыленных электродов 4, равной 20 мкм.The changes (at various displaced positions of the fixing side holders 8) of the profile and radius of curvature of the working surface of the Si single crystal plate as a part of the diffraction block — a triple bending module taking into account the thickness and shape of its component parts: a single crystal plate made of Si, a hardened
При этом использовались приведенные ниже расчетные аналитические формулы, полученные программным методом для описания сечений и поверхностей, используемых для коллимации и фокусировки рентгеновского пучка.In this case, we used the following analytical analytical formulas obtained by the software method to describe the cross sections and surfaces used to collimate and focus the x-ray beam.
Условию коллимации рентгеновского пучка соответствуют сечения профиля поверхности монокристаллической пластины, изображенные на фиг. 2в:The X-ray beam collimation condition corresponds to sections of the surface profile of a single-crystal plate shown in FIG. 2c:
кривая А - у=0.0025х2-0.037х+0.1121curve A - y = 0.0025x 2 -0.037x + 0.1121
- представляет собой симметричную дугу параболы с вершиной, находящейся в центре монокристаллической пластины;- represents a symmetric arc of a parabola with a vertex located in the center of a single-crystal plate;
кривая Б - у=0.0025х2-0.0231х+0.0287curve B - y = 0.0025x 2 -0.0231x + 0.0287
- представляет собой асимметричную дугу параболы с вершиной, смещенной (влево) от центра монокристаллической пластины на 3.0 мм (смещение вправо зеркально симметрично смещению влево);- represents an asymmetric arc of a parabola with a vertex offset (to the left) from the center of the single-crystal plate by 3.0 mm (a shift to the right is mirror symmetric to a shift to the left);
кривая В - у=0.0025х2-0.0143х-0.0007curve B - y = 0.0025x 2 -0.0143x-0.0007
- представляет собой асимметричную дугу параболы с вершиной, смещенной (влево) от центра образца на 4.5 мм;- represents an asymmetric arc of a parabola with a vertex offset (to the left) from the center of the sample by 4.5 mm;
кривая Г - у=0.0024х2-0.0065х-0.0206curve Г - у = 0.0024х 2 -0.0065х-0.0206
- представляет собой асимметричную дугу параболы с вершиной, смещенной (влево) от центра образца на 6.0 мм.- represents an asymmetric arc of a parabola with a vertex offset (to the left) from the center of the sample by 6.0 mm.
Условию фокусировки рентгеновского пучка соответствуют сечения профиля поверхности монокристаллической пластины, изображенные на фиг. 3в:The focusing condition of the X-ray beam corresponds to sections of the surface profile of the single-crystal plate shown in FIG. 3c:
кривая Д - у=1.66(0.0441-х2)0.5 curve D - y = 1.66 (0.0441-x 2 ) 0.5
- представляет собой симметричную дугу эллипса с вершиной, находящейся в центре монокристаллической пластины;- represents a symmetric arc of an ellipse with a vertex located in the center of a single-crystal plate;
кривая Е - у=1.71(0.0357-х2)0 5 curve E - y = 1.71 (0.0357-x 2 ) 0 5
- представляет собой асимметричную дугу эллипса с вершиной, смещенной (влево) от центра монокристаллической пластины на 5.5 мм;- represents an asymmetric arc of an ellipse with a vertex offset (to the left) from the center of a single-crystal plate by 5.5 mm;
кривая Ж - у=2.1(0.0322а2-х2)0 5 curve Ж - у = 2.1 (0.0322а 2 -х 2 ) 0 5
- представляет собой асимметричную дугу эллипса с вершиной, смещенной (влево) от центра монокристаллической пластины на 11.0 мм. - represents an asymmetric arc of an ellipse with a vertex offset (to the left) from the center of the single-crystal plate by 11.0 mm.
Первый пример осуществления предлагаемого способа: при получении рабочего профиля монокристаллической пластины 1.1 (см. фиг. 2б), соответствующего условию коллимации рентгеновского пучка, для формирования симметричного параболического профиля (см. на фиг. 2в профиль А) рабочей поверхности монокристаллической пластины 1.1 с радиусом кривизны указанной поверхности 20 м вдоль большей стороны этой пластины и максимальным прогибом параболической рабочей поверхности указанной пластины, расположенным в ее центре, воздействуют электрическим полем напряженностью 20 В/мм на пластину 3.1 пьезоэлемента при размещении двух фиксирующих держателей 8 (см. фиг. 2б) в плоскости центрального поперечного сечения данной пластины и для формирования асимметричных параболических профилей (см. на фиг. 2в профили Б, В и Г) рабочей поверхности этой же монокристаллической пластины 1.1 с радиусами кривизны указанной поверхности 23, 28 и 35 м вдоль большей стороны указанной пластины и максимальными прогибами параболической рабочей поверхности указанной пластины, смещенными (влево) от ее центра на 3.0, 4.5 и 6.0 мм, воздействуют таким же электрическим полем (напряженностью 20 В/мм) на эту же пластину 3.1 пьезоэлемента при таких же (совпадающих по величине с указанными смещениями максимальных прогибов) симметричных смещениях (влево) двух фиксирующих держателей 8 (см. фиг. 2б) от центрального поперечного сечения данной пластины (на 3.0, 4.5 и 6.0 мм), при этом в качестве монокристаллической пластины 1.1 могут использовать пластину, изготовленную из Si (111) в виде исходной имеющей основание в форме прямоугольника плоскопараллельной пластины толщиной 400 мкм, приклеенной с помощью клеевого слоя 2 фотополимера ОКМ-2 толщиной 50 мкм при комнатной температуре к изготовленной из пьезокерамики PZT-5H исходно имеющей основание в форме прямоугольника плоскопараллельной пластине 3.1 пьезоэлемента толщиной 1 мм, имеющей предварительно напыленные с двух сторон плоские алюминиевые электроды 4 толщиной 20 мкм, с сохранением монокристаллической пластиной 1.1 и пластиной 3.1 пьезоэлемента плоскопараллельных форм после затвердевания указанного клеевого слоя 2 (последнее условие соответствует частному исполнению, упрощающему настройку предлагаемого способа, который осуществим и при условии промежуточного изгиба указанных пластин из-за затвердевания клеевого слоя без сохранения ими при этом плоскопараллельных форм, и при температуре склеивания, отличной от комнатной, например, при температуре выше или ниже комнатной и последующим сопровождаемым дополнительным технологическим изгибом указанных пластин доведением их температуры от температуры проведения указанного затвердевания до комнатной температуры с усложнением при этих условиях настройки предлагаемого способа). Второй пример осуществления предлагаемого способа: при получении рабочего профиля монокристаллической пластины 1.2 (см. фиг. 3б), соответствующего условию фокусировки рентгеновского пучка, для формирования симметричного эллиптического профиля (см. на фиг. 3в профиль Д) рабочей поверхности монокристаллической пластины 1.2 с радиусом кривизны указанной поверхности 15 м вдоль большей полуоси эллиптической рабочей поверхности этой пластины и максимальным прогибом указанной поверхности, расположенным в ее центре, воздействуют электрическим полем напряженностью 20 В/мм на пластину 3.2 пьезоэлемента при размещении двух фиксирующих держателей 8 (см. фиг. 3б) в плоскости центрального поперечного сечения данной пластины и для формирования асимметричных эллиптических профилей (см. на фиг. 3в профили Е и Ж) рабочей поверхности этой же монокристаллической пластины 3.2 с радиусами кривизны указанной поверхности 22 и 38 м вдоль большей полуоси эллиптической рабочей поверхности этой же пластины и максимальными прогибами эллиптической рабочей поверхности указанной пластины, смещенными (влево) от ее центра на 5.5 и 11.0 мм, воздействуют таким же электрическим полем (напряженностью 20 В/мм) на эту же пластину 3.2 пьезоэлемента при таких же (совпадающих по величине с указанными смещениями максимальных прогибов) симметричных смещениях (влево) двух фиксирующих держателей 8 (см. фиг. 3б) от центрального поперечного сечения данной пластины (на 5.5 и 11.0 мм), при этом в качестве монокристаллической пластины 1.2 могут использовать пластину, изготовленную из Si (111) в виде исходной имеющей основание в форме эллипса плоскопараллельной пластины толщиной 400 мкм, приклеенной с помощью клеевого слоя 2 фотополимера ОКМ-2 толщиной 50 мкм при комнатной температуре к изготовленной из пьезокерамики PZT-5H и исходно имеющей основание в форме эллипса плоскопараллельной пластине 3.2 пьезоэлемента толщиной 1 мм, имеющей предварительно напыленные с двух сторон плоские алюминиевые электроды 4 толщиной 20 мкм, с сохранением монокристаллической пластиной 1.2 и пластиной 3.2 пьезоэлемента плоскопараллельных форм после затвердевания указанного клеевого слоя 2.The first example of the proposed method: upon receipt of the working profile of a single-crystal plate 1.1 (see Fig. 2b), corresponding to the collimation condition of the X-ray beam, to form a symmetric parabolic profile (see in Fig. 2c profile A) of the working surface of a single-crystal plate 1.1 with a radius of curvature the specified surface of 20 m along the greater side of this plate and the maximum deflection of the parabolic working surface of the specified plate, located in its center, is affected by an electric field with a voltage of 20 V / mm per piezoelectric plate 3.1 when placing two fixing holders 8 (see Fig. 2b) in the plane of the central cross section of this plate and for forming asymmetric parabolic profiles (see profiles B, C and D in Fig. 2c) the working surface of the same single-crystal plate 1.1 with the radii of curvature of the specified surface 23, 28 and 35 m along the greater side of the specified plate and the maximum deflections of the parabolic working surface of the specified plate, offset (to the left) from its center by 3.0, 4.5 and 6.0 mm, Exposure to the same electric field (20 V / mm) on the same plate of 3.1 under the same piezoelectric element (coinciding with said largest displacements maximum deflection) symmetric displacements (left) of two fixing holders 8 (see. FIG. 2b) from the central cross section of this plate (by 3.0, 4.5 and 6.0 mm), while a single crystal plate 1.1 can use a plate made of Si (111) in the form of an initial one having a base in the form of a rectangle of a plane-parallel plate 400 μm thick, glued using an adhesive layer 2 of OKM-2 photopolymer with a thickness of 50 μm at room temperature to a PZT-5H made of piezoelectric ceramics initially having a base in the form of a rectangle, a plane-parallel plate 3.1 of a piezoelectric element 1 mm thick having a preliminary but flat aluminum electrodes 4 sprayed on both sides with a thickness of 20 μm, retaining a single-crystal plate 1.1 and a plate 3.1 of a piezoelectric element of plane-parallel forms after hardening of the specified adhesive layer 2 (the latter condition corresponds to a particular embodiment that simplifies the setup of the proposed method, which is feasible and subject to intermediate bending of the specified plates due to hardening of the adhesive layer without maintaining at the same time plane-parallel forms, and at a bonding temperature different from room temperature, e.g. for example, at a temperature above or below room temperature and subsequent followed by additional technological bending of said plates, bringing their temperature from the temperature of said solidification to room temperature with complicating the settings of the proposed method under these conditions). The second example of the proposed method: upon receipt of the working profile of a single-crystal plate 1.2 (see Fig. 3b), corresponding to the focusing condition of the X-ray beam, to form a symmetric elliptical profile (see in Fig. 3c profile D) of the working surface of a single-crystal plate 1.2 with a radius of curvature the specified surface of 15 m along the major axis of the elliptical working surface of this plate and the maximum deflection of the specified surface, located in its center, is affected by electric with a voltage of 20 V / mm on the piezoelectric plate 3.2 when placing two fixing holders 8 (see Fig. 3b) in the plane of the central cross section of this plate and for forming asymmetric elliptical profiles (see profiles E and G in Fig. 3c) of the working surface of the same single-crystal plate 3.2 with the radii of curvature of the indicated surface 22 and 38 m along the major axis of the elliptical working surface of the same plate and the maximum deflections of the elliptical working surface of the specified plate, shifted (to the left) 5.5 and 11.0 mm from its center, they are affected by the same electric field (with a voltage of 20 V / mm) on the same plate 3.2 of the piezoelectric element with the same (left in magnitude with the indicated displacements of the maximum deflections) symmetrical displacements (to the left) of the two fixing holders 8 ( cm. FIG. 3b) from the central cross section of this plate (by 5.5 and 11.0 mm), while a single crystal plate 1.2 can use a plate made of Si (111) in the form of an initial plane-parallel plate 400 mm thick, glued with an ellipse base, glued with
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018115615A RU2678430C1 (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | X-ray beam convergence control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018115615A RU2678430C1 (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | X-ray beam convergence control method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678430C1 true RU2678430C1 (en) | 2019-01-29 |
Family
ID=65273420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018115615A RU2678430C1 (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | X-ray beam convergence control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2678430C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU191608U1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-08-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" | DEVICE FOR EXPANDING A COLLIMATED X-RAY BEAM |
| RU2719395C1 (en) * | 2019-09-03 | 2020-04-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method of controlling working surface curvature of a single-crystal plate of a diffraction unit which provides collimation of an x-ray beam |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1099226A1 (en) * | 1998-07-23 | 2001-05-16 | Bede Scientific Instruments Limited | X-ray focusing apparatus |
| RU2601867C1 (en) * | 2015-12-09 | 2016-11-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Device for control over convergence of x-ray beam and method of making diffraction unit in said device (versions) |
| RU2636261C1 (en) * | 2016-11-11 | 2017-11-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Diffraction unit for controlling convergence of x-ray beam |
| RU175213U1 (en) * | 2017-08-03 | 2017-12-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Device for controlling the convergence of the x-ray beam with its adjustment |
-
2018
- 2018-04-25 RU RU2018115615A patent/RU2678430C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1099226A1 (en) * | 1998-07-23 | 2001-05-16 | Bede Scientific Instruments Limited | X-ray focusing apparatus |
| RU2601867C1 (en) * | 2015-12-09 | 2016-11-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Device for control over convergence of x-ray beam and method of making diffraction unit in said device (versions) |
| RU2636261C1 (en) * | 2016-11-11 | 2017-11-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Diffraction unit for controlling convergence of x-ray beam |
| RU175213U1 (en) * | 2017-08-03 | 2017-12-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Device for controlling the convergence of the x-ray beam with its adjustment |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU191608U1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-08-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" | DEVICE FOR EXPANDING A COLLIMATED X-RAY BEAM |
| RU2719395C1 (en) * | 2019-09-03 | 2020-04-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method of controlling working surface curvature of a single-crystal plate of a diffraction unit which provides collimation of an x-ray beam |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tornabene et al. | Static analysis of functionally graded doubly-curved shells and panels of revolution | |
| Bruno et al. | Properties of piezoceramic materials in high electric field actuator applications | |
| Erturk | Electromechanical modeling of piezoelectric energy harvesters | |
| RU2678430C1 (en) | X-ray beam convergence control method | |
| Adim et al. | Effects of thickness stretching in FGM plates using a quasi-3D higher order shear deformation theory | |
| Afonin | Block diagrams of a multilayer piezoelectric motor for nano-and microdisplacements based on the transverse piezoeffect | |
| Khmelev et al. | Development of the rectangular ultrasonic radiator of the stair-step form | |
| Afonin | Electromagnetoelastic nano-and microactuators for mechatronic systems | |
| RU2601867C1 (en) | Device for control over convergence of x-ray beam and method of making diffraction unit in said device (versions) | |
| Yoon et al. | Compact size ultrasonic linear motor using a dome shaped piezoelectric actuator | |
| Abedin-Nasab et al. | Explicit dispersion relation for strongly nonlinear flexural waves using the homotopy analysis method | |
| RU175213U1 (en) | Device for controlling the convergence of the x-ray beam with its adjustment | |
| Lin et al. | Multimodal suppression of vibration in smart flexible beam using piezoelectric electrode-based switching control | |
| Koszewnik et al. | Quasi-optimal locations of piezo-elements on a rectangular plate | |
| Liu et al. | Interfacial cracks between piezoelectric and elastic materials under in-plane electric loading | |
| RU2636261C1 (en) | Diffraction unit for controlling convergence of x-ray beam | |
| RU2719395C1 (en) | Method of controlling working surface curvature of a single-crystal plate of a diffraction unit which provides collimation of an x-ray beam | |
| RU175420U1 (en) | X-ray convergence control device | |
| Jafari et al. | Transient bending analysis of a functionally graded circular plate with integrated surface piezoelectric layers | |
| Sinev et al. | Reducing thermal mismatch stress in anodically bonded silicon–glass wafers: theoretical estimation | |
| Xiu et al. | Stable transitions between remote equilibria of post-buckled beams using piezoelectric actuation | |
| Bouazza et al. | Thermal stability analysis of functionally graded plates using simple refined plate theory | |
| Ike et al. | Bending analysis of simply supported rectangular Kirchhoff plates under linearly distributed transverse load | |
| Gribko et al. | Control of the Profile and Curvature of the Surface of Single-Crystal Plates of X-Ray Optical Elements Using Piezoelectric Bimorphs | |
| Almajid et al. | 2D-elasticity analysis of FGM piezo-laminates under cylindrical bending |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200426 |