RU2790441C1 - X-ray collimator manufacturing method - Google Patents
X-ray collimator manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790441C1 RU2790441C1 RU2022129726A RU2022129726A RU2790441C1 RU 2790441 C1 RU2790441 C1 RU 2790441C1 RU 2022129726 A RU2022129726 A RU 2022129726A RU 2022129726 A RU2022129726 A RU 2022129726A RU 2790441 C1 RU2790441 C1 RU 2790441C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capillary
- punches
- hole
- collimator
- insert
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к приборостроению в экспериментальной физике и технике и касается экранирования нежелательного рентгеновского излучения при проведении экспериментов по дифракции рентгеновского излучения для исследования кристаллических структур химических соединений при высоком давлении и высокой температуре с использованием камер высокого давления с алмазными наковальнями, оборудованных нагревательным элементом.The invention relates to instrumentation in experimental physics and technology and concerns shielding of unwanted X-ray radiation when conducting X-ray diffraction experiments to study the crystal structures of chemical compounds at high pressure and high temperature using high-pressure chambers with diamond anvils equipped with a heating element.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Существует большое количество коллиматоров рентгеновского излучения для проведения экспериментов с использованием камер высокого давления с алмазными наковальнями, но все они могут быть разделены на две категории: коллиматоры, состоящие из одной или нескольких пластин, в которых проделаны необходимые отверстия и коллиматоры в виде трубки с внутренним отверстием.There are a large number of X-ray collimators for conducting experiments using diamond anvil high-pressure chambers, but they can all be divided into two categories: collimators consisting of one or more plates in which the necessary holes are made and collimators in the form of a tube with an internal hole .
Наиболее близким к предложенному способу является способ изготовления коллиматора, представленного в документе (US 4,602,377, опубликован 22.07.1986 [1]). Коллиматор представляет собой обжатую внешним высоким давлением металлическую трубку с одним отверстием, диаметром около 100 мкм. Коллиматор оснащен свинцовым наконечником, в котором просверлено отверстие. Способ изготовления такого коллиматора заключается в просверливании отверстия в свинцовом наконечнике. Свинцовый наконечник ограничивает использование коллиматора в высокотемпературных измерениях.Closest to the proposed method is the method of manufacturing the collimator presented in the document (US 4,602,377, published 22.07.1986 [1]). The collimator is a metal tube compressed by external high pressure with one hole, about 100 µm in diameter. The collimator is equipped with a lead tip, in which a hole is drilled. The method of manufacturing such a collimator is to drill a hole in a lead tip. The lead tip limits the use of the collimator in high temperature measurements.
Дифракция рентгеновских лучей позволяет определять кристаллическую структуру и фазовый состав исследуемого соединения. Известно, что многие соединения имеют структурные фазовые переходы при внешнем высоком давлении и высокой температуре. Знание кристаллической структуры и фазового состава соединения зачастую является необходимым для полного описания и понимания его физических свойств. Большинство экспериментов по дифракции рентгеновских лучей в настоящее время проводятся с использованием синхротронного излучения. Однако дефицит времени на синхротронных источниках делает важным проведение предварительных экспериментов в лабораториях с использованием стандартных рентгеновских дифрактометров.X-ray diffraction makes it possible to determine the crystal structure and phase composition of the compound under study. It is known that many compounds have structural phase transitions at external high pressure and high temperature. Knowledge of the crystal structure and phase composition of a compound is often necessary to fully describe and understand its physical properties. Most X-ray diffraction experiments are currently carried out using synchrotron radiation. However, the shortage of time at synchrotron sources makes it important to carry out preliminary experiments in laboratories using standard X-ray diffractometers.
Технической проблемой, решаемой данным изобретением, является создание способа изготовления коллиматора, который будет состыковываться с лабораторным рентгеновским дифрактометром и позволит проводить дифракционные эксперименты при высоком давлении и высокой температуре.The technical problem solved by this invention is the creation of a method for manufacturing a collimator that will dock with a laboratory X-ray diffractometer and allow diffraction experiments to be carried out at high pressure and high temperature.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Техническая проблема решается способом изготовления коллиматора рентгеновского излучения, заключающимся в том, что используют устройство, содержащее два пуансона и размещенный между ними вкладыш из керамического материала, профиль которого повторяет профиль пуансонов, при этом вкладыш имеет в центральной части форму чечевицы, а на периферии форму тора, по центральной оси которых в пуансонах и вкладыше выполнены отверстия, образующие единое сквозное отверстие, диаметр которого равен внешнему диаметру металлического капилляра, который размещают в сквозном отверстии, сдавливают пуансоны прессом с обеспечением передачи давления, создаваемого во вкладыше, на капилляр, обжатия капилляра и уменьшения его внутреннего диаметра в зоне обжатия, извлекают капилляр из устройства и разрезают поперек в зоне обжатия с получением двух одинаковых коллиматоров.The technical problem is solved by a method for manufacturing an X-ray collimator, which consists in using a device containing two punches and an insert made of ceramic material placed between them, the profile of which repeats the profile of the punches, while the insert has a lentil shape in the central part, and a torus shape on the periphery , along the central axis of which holes are made in the punches and the liner, forming a single through hole, the diameter of which is equal to the outer diameter of the metal capillary, which is placed in the through hole, the punches are squeezed by a press to ensure the transfer of pressure created in the liner to the capillary, compression of the capillary and reduction its inner diameter in the compression zone, the capillary is removed from the device and cut across in the compression zone to obtain two identical collimators.
Кроме того, предпочтительно размещать металлический капилляр в сквозном отверстии таким образом, чтобы торцы капилляра находились на глубине, выбранной из условия их невыхода за пределы отверстия при обжатии капилляра.In addition, it is preferable to place the metal capillary in the through hole in such a way that the ends of the capillary are at a depth selected from the condition that they do not go beyond the hole when the capillary is compressed.
При этом нагрузку пресса выбирают из условия обеспечения требуемого уменьшенного внутреннего диаметра коллиматора.In this case, the press load is selected from the condition of providing the required reduced inner diameter of the collimator.
Кроме того, высоту вкладыша выбирают из условия обеспечения требуемой длины отверстия коллиматора с уменьшенным диаметром.In addition, the height of the liner is chosen from the condition of providing the required length of the collimator hole with a reduced diameter.
Поток фотонов, испущенный из рентгеновской трубки лабораторного дифрактометра, обычно имеет существенное угловое расхождение и большую ширину. Это угловое расхождение и большая ширина пучка должны быть устранены для получения дифракционной картины только от изучаемого объекта, то есть для предотвращения эмиссии нежелательного излучения, которое может рассеяться на окружении образца. Одним из способов уменьшения углового расхождения и получения более узкого параллельного пучка рентгеновских лучей является использование коллиматора. Коллиматор, изготавливаемый предлагаемым способом, может быть представлен как трубка с отверстием, располагаемая между источником рентгеновских лучей и изучаемым объектом. Величина углового расхождения и ширина получаемого на выходе из коллиматора пучка рентгеновских лучей определяются длиной и диаметром отверстия коллиматора, через которое проходят рентгеновские лучи. При использовании коллиматора уменьшается интенсивность потока фотонов.The photon flux emitted from the X-ray tube of a laboratory diffractometer usually has a significant angular divergence and a large width. This angular divergence and large beam width must be eliminated in order to obtain a diffraction pattern only from the object under study, i.e., to prevent the emission of unwanted radiation that can scatter on the sample environment. One way to reduce the angular divergence and obtain a narrower parallel X-ray beam is to use a collimator. The collimator manufactured by the proposed method can be represented as a tube with a hole located between the X-ray source and the object under study. The magnitude of the angular divergence and the width of the X-ray beam obtained at the exit from the collimator are determined by the length and diameter of the collimator hole through which the X-rays pass. When using a collimator, the intensity of the photon flux decreases.
В устройствах с алмазными наковальнями, работающими при высоких давлениях и высоких температурах, размеры исследуемых объектов составляют порядка 10 мкм, диаметр отверстия в гаскете составляет 100 мкм, а ее толщина около 10 мкм. Предлагаемый способ позволяет изготовить коллиматор, который совместим с камерами высокого давления с алмазными наковальнями и позволяет проводить измерения рентгеновских дифрактограмм при высоких температурах в диапазоне 20 - 650°С и высоких давлениях с использованием стандартного лабораторного рентгеновского дифрактометра. Полученные рентгеновские дифрактограммы должны предоставлять возможность при обработке определять количественным образом кристаллическую структуру и фазовый состав исследуемого химического соединения.In devices with diamond anvils operating at high pressures and high temperatures, the dimensions of the objects under study are about 10 µm, the diameter of the hole in the gasket is 100 µm, and its thickness is about 10 µm. The proposed method makes it possible to manufacture a collimator that is compatible with high-pressure chambers with diamond anvils and allows measurements of X-ray diffraction patterns at high temperatures in the range of 20-650°C and high pressures using a standard laboratory X-ray diffractometer. The resulting X-ray diffraction patterns should provide an opportunity during processing to determine quantitatively the crystal structure and phase composition of the chemical compound under study.
Предлагаемый способ позволяет создать металлический коллиматор для рентгеновских лучей упрощенной конструкции с упрощением технологии его изготовления. Коллиматор позволяет получать на выходе параллельный пучок рентгеновских лучей с угловым расхождением до 0.5° и диаметром от 30 мкм. Данный коллиматор привязывается к лабораторному рентгеновскому дифрактометру и камере высокого давления с алмазными наковальнями и высокотемпературным нагревателем.The proposed method allows you to create a metal collimator for x-rays of a simplified design with a simplification of its manufacturing technology. The collimator makes it possible to obtain a parallel X-ray beam at the output with an angular divergence of up to 0.5° and a diameter of 30 µm. This collimator is tied to a laboratory X-ray diffractometer and a high-pressure chamber with diamond anvils and a high-temperature heater.
ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙLIST OF DRAWINGS
На фиг.1 изображен чертеж устройства для изготовления коллиматора в вертикальном разрезе.Figure 1 shows a drawing of a device for the manufacture of a collimator in vertical section.
На фиг.2 изображена область, в которой происходит обдавливание коллиматора, в вертикальном разрезе, в увеличенном масштабе. Стрелками показано направление сил, действующих во вкладыше.Figure 2 shows the area in which the collimator is crushed, in a vertical section, on an enlarged scale. The arrows show the direction of the forces acting in the insert.
На фиг.3 показана зависимость диаметра выходного отверстия капилляра от усилия пресса.Figure 3 shows the dependence of the diameter of the capillary outlet on the force of the press.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Устройство для изготовления коллиматора состоит из двух пуансонов 1, запрессованных в блок матрицы 3, и вкладыша 2 из керамического материала: пирофиллита, литографического камня или прессованных порошковых материалов. В сечении вкладыш 2 повторяет профиль обращенных друг к другу торцевых поверхностей пуансонов 1. В центре пуансонов 1 и вкладыша 2 имеются сквозные отверстия, образующие единое сквозное отверстие. Вкладыш 2 имеет в центре форму чечевицы, а на периферии - форму тора.The collimator manufacturing device consists of two
Способ изготовления коллиматора рентгеновского излучения осуществляется следующим образом.The method of manufacturing an x-ray collimator is carried out as follows.
Для изготовления коллиматора используют металлический капилляр 5, например, из нержавеющей стали, с внешним диаметром 4 мм и диаметром внутреннего отверстия 1 мм или меньше. Этот капилляр 5 размещают в сквозном отверстии устройства таким образом, что оба его торца находятся в отверстиях пуансонов на глубине не менее 3 мм. Длина капилляра 5 ограничивается высотой пуансонов 1 или высотой подкладок 4, которые можно размещать над и под пуансонами 2. Внешний диаметр капилляра 5 равен диаметру сквозного отверстия.For the manufacture of the collimator, a metal capillary 5, for example, stainless steel, with an outer diameter of 4 mm and an inner diameter of 1 mm or less is used. This
Отверстие капилляра 5 предварительно промывают и очищают от посторонних частиц. Капилляр 5 размещают в устройстве в отверстиях пуансонов 1 и вкладыша 2. Всю сборку помещают между наковальнями пресса. Сдавливая сборку прессом, в чечевице и торе вкладыша 2 создают давление, которое деформирует капилляр 5, уменьшая его внутренний диаметр до необходимой величины. Таким образом, можно получать требуемый диаметр внутреннего отверстия в коллиматоре, регулируя нагрузку пресса.The opening of the
Обдавленный капилляр 5 извлекают из устройства и разрезают посередине по диаметру в области обжатия. Таким образом получают два одинаковых металлических коллиматора, которые могут быть присоединены к лабораторному рентгеновскому дифрактометру. Длину отверстия коллиматора можно изменять посредством изменения высоты керамического вкладыша 2, и глубины впадин на поверхностях пуансонов 1. В данном примере высота керамического вкладыша 2 составляла 8.2 мм. При этом длина обжатой части коллиматора составила 3 мм.The crushed
На фиг.3 показано, как зависит внутренний диаметр отверстия в капилляре 5 в зависимости от прилагаемой на пресс нагрузки для капилляра из нержавеющей стали с внешним диаметром 4 мм и внутренним отверстием 1 мм.Figure 3 shows how the inner diameter of the hole in the
Полученный предлагаемым способом металлический коллиматор позволяет проводить измерения рентгеновских дифрактограмм при высоких температурах в диапазоне 20 - 650°С и высоких давлениях с использованием стандартного лабораторного рентгеновского дифрактометра.The metal collimator obtained by the proposed method allows measurements of X-ray diffraction patterns at high temperatures in the range of 20 - 650°C and high pressures using a standard laboratory X-ray diffractometer.
Claims (4)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2790441C1 true RU2790441C1 (en) | 2023-02-21 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU219738U1 (en) * | 2022-12-30 | 2023-08-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" | X-ray Collimation Device for Radiographic Inspection of Circumferential Welded Joints |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4602377A (en) * | 1984-03-30 | 1986-07-22 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Diamond-anvil high-pressure cell with improved X-ray collimation system |
US5295402A (en) * | 1991-10-15 | 1994-03-22 | General Electric Company | Method for achieving high pressure using isotopically-pure diamond anvils |
RU2171979C2 (en) * | 1999-05-28 | 2001-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Новая оптика" | Antidissipating x-ray raster (alternatives) |
RU2239822C2 (en) * | 2002-03-05 | 2004-11-10 | Кумахов Мурадин Абубекирович | X-ray microscope |
JP2016170093A (en) * | 2015-03-13 | 2016-09-23 | 住友金属鉱山株式会社 | Sample holder and x-ray analysis method |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4602377A (en) * | 1984-03-30 | 1986-07-22 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Diamond-anvil high-pressure cell with improved X-ray collimation system |
US5295402A (en) * | 1991-10-15 | 1994-03-22 | General Electric Company | Method for achieving high pressure using isotopically-pure diamond anvils |
RU2171979C2 (en) * | 1999-05-28 | 2001-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Новая оптика" | Antidissipating x-ray raster (alternatives) |
RU2239822C2 (en) * | 2002-03-05 | 2004-11-10 | Кумахов Мурадин Абубекирович | X-ray microscope |
JP2016170093A (en) * | 2015-03-13 | 2016-09-23 | 住友金属鉱山株式会社 | Sample holder and x-ray analysis method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU219738U1 (en) * | 2022-12-30 | 2023-08-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" | X-ray Collimation Device for Radiographic Inspection of Circumferential Welded Joints |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
O’Bannon et al. | Contributed Review: Culet diameter and the achievable pressure of a diamond anvil cell: Implications for the upper pressure limit of a diamond anvil cell | |
Shatskiy et al. | High pressure generation using scaled-up Kawai-cell | |
Chapman et al. | Optimizing high-pressure pair distribution function measurements in diamond anvil cells | |
Ito et al. | Theory and practice—multianvil cells and high-pressure experimental methods | |
DE19724660A1 (en) | Micro-fluorescence X-ray analysing unit with X-ray capillary tube | |
Christiansen et al. | Irreversible compressibility of silica glass as a means of determining the distribution of force in high‐pressure cells | |
RU2790441C1 (en) | X-ray collimator manufacturing method | |
Weidner et al. | Large volume high pressure research using the wiggler port at NSLS | |
Merkel et al. | Multifit/Polydefix: a framework for the analysis of polycrystal deformation using X-rays | |
Zhao et al. | A high P–T cell assembly for neutron diffraction up to 10GPa and 1500 K | |
JPH04270941A (en) | High pressure sample holder for recording infrared absorption spectrum | |
Ahsbahs | Diamond‐anvil high‐pressure cell for improved single‐crystal x‐ray diffraction measurements | |
US4776223A (en) | Double bevel construction of a diamond anvil | |
Wilson et al. | Attenuation corrections for the Paris-Edinburgh cell | |
Bernstein | Application of X-ray fluorescence analysis to process control | |
Yu et al. | An upgraded and integrated large-volume high-pressure facility at the GeoSoilEnviroCARS bending magnet beamline of the Advanced Photon Source | |
Raterron et al. | In situ rheological measurements at extreme pressure and temperature using synchrotron X-ray diffraction and radiography | |
Halleck et al. | A method for the accurate measurement of lattice compressions of low‐Z materials at pressures up to 12 GPa by x‐ray diffraction | |
Gadala et al. | A modified plasticity theory for porous metals | |
Miletich et al. | Static elasticity of cordierite I: Effect of heavy ion irradiation on the compressibility of hydrous cordierite | |
Peterson et al. | A diamond anvil cell for absorption spectral studies of actinides to 30 GPa | |
El Hilal et al. | Radioactive wastes Conditioning. Optimization of operating parameters by experience plan method | |
Ramakrishnan et al. | A compaction study on ceramic powders | |
Uchida et al. | Stress and strain measurements of polycrystalline materials under controlled deformation at high pressure using monochromatic synchrotron radiation | |
Penumadu et al. | Multimodal radiation based tomography and diffraction of granular materials using neutrons and photons and instrumented penetration mechanics |