RU28552U1 - X-ray measuring and testing complex - Google Patents

X-ray measuring and testing complex Download PDF

Info

Publication number
RU28552U1
RU28552U1 RU2002127376/20U RU2002127376U RU28552U1 RU 28552 U1 RU28552 U1 RU 28552U1 RU 2002127376/20 U RU2002127376/20 U RU 2002127376/20U RU 2002127376 U RU2002127376 U RU 2002127376U RU 28552 U1 RU28552 U1 RU 28552U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
ray
analytical
quasi
complex according
Prior art date
Application number
RU2002127376/20U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
М.А. Кумахов
Original Assignee
Кумахов Мурадин Абубекирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кумахов Мурадин Абубекирович filed Critical Кумахов Мурадин Абубекирович
Priority to RU2002127376/20U priority Critical patent/RU28552U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU28552U1 publication Critical patent/RU28552U1/en

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

Рентгеновский измерительно-испытательный комплексX-ray measuring and testing complex

Полезная модель относится к технике исследования и испытания веществ, материалов или приборов с использованием рентгеновского излучения.The utility model relates to techniques for the study and testing of substances, materials or devices using x-ray radiation.

Известны комплексы для проведения указанных исследований и испытания одновременно на нескольких аналитических установках, (см.: Синхротронное излучение. Под ред. К.Кунца. Москва, издательство «Мир, 1981, с. 80 - 89 1). В таких комплексах используется общий для всех аналитических установок источник излучения. Последний представляет собой синхротрон или, в более современных комплексах, - накопительное кольцо. Выводимое из синхротрона или накопительного кольца Синхротронное излучение транспортируется к аналитическим установкам (рабочим станциям). Из весьма широкополосного синхротронного излучения выделяется необходимая для проведения конкретных исследований или испытаний спектральная полоса (в случае, к которому относится предлагаемая полезная модель - полоса в рентгеновском диапазоне). Состав аппаратуры каждой аналитической установки определяется специализацией ее на том или ином виде исследований или испытаний.There are known complexes for carrying out these studies and testing simultaneously on several analytical facilities (see: Synchrotron radiation. Edited by K. Kunts. Moscow, Mir Publishing House, 1981, p. 80 - 89 1). In such complexes, a radiation source common to all analytical facilities is used. The latter is a synchrotron or, in more modern complexes, the storage ring. The synchrotron radiation output from the synchrotron or the storage ring is transported to analytical facilities (workstations). From a very broadband synchrotron radiation, the spectral band necessary for carrying out specific studies or tests is distinguished (in the case to which the proposed utility model relates, the band in the X-ray range). The composition of the equipment of each analytical setup is determined by its specialization in one form or another of research or testing.

Известно, однако, что источники синхротронного излучения, в том числе накопительные кольца, представляют собой сложнейшие капитальные сооружения, стоимость которых достигает сотен миллионов долларов. Так, накопительные кольца, спектр излучения которых включает рентгеновский диапазон, имеют диаметр не менее 50 м (1, с. 80).It is known, however, that synchrotron radiation sources, including storage rings, are the most complex capital structures, the cost of which reaches hundreds of millions of dollars. So, storage rings, the emission spectrum of which includes the X-ray range, have a diameter of at least 50 m (1, p. 80).

При их эксплуатации, учитывая гигантские размеры, сложнейшей проблемой является поддержание приемлемой степени вакуума, в том числе в сообщающихся с накопителем каналах транспортировки синхротронного излучения к аналитическим установкам, удаленным от периферии кольца на десятки метров, и экспериментальном объеме каждой аналитической установки. Нарушение вакуума вDuring their operation, taking into account the gigantic dimensions, the most difficult problem is maintaining an acceptable degree of vacuum, including in the channels for transporting synchrotron radiation to analytical facilities that are tens of meters away from the periphery of the ring and the experimental volume of each analytical facility. Vacuum breaking in

МПК7СОШ23/20 НО и 35/00MPK7SOSH23 / 20 BUT and 35/00

любой из аналитических установок может вывести из строя приборы не только в самом накопителе, но и во всех связанных с ним устройствах (1, с. 80).any of the analytical facilities can disable the devices not only in the drive itself, but also in all devices connected with it (1, p. 80).

Само выделение рентгеновского излучения и формирование нескольких пучков по числу аналитических установок из узконаправленного пучка, выходящего из синхротрона или накопительного кольца, которое должно осуществляться в вакууме, представляет собой серьезную задачу, решаемую системой зеркал скользящего падения и кристаллов. При каналах упомянутой протяженности необходимо принятие специальных мер для контроля и поддержания положения каждого из сформированных пучков, ширина которых в вертикальной плоскости составляет единицы миллирадианов. Так, смещение пучка на расстоянии 40 м всего на 10 мм означает потерю одного-двух порядков интенсивности, в зависимости от апертуры аналитической установки (1, с. 85).The extraction of x-rays and the formation of several beams by the number of analytical installations from a narrow beam leaving the synchrotron or storage ring, which should be carried out in vacuum, is a serious problem solved by a system of sliding incidence mirrors and crystals. With the channels of the mentioned length, special measures must be taken to control and maintain the position of each of the formed beams, the width of which in the vertical plane is units of milliradians. So, a beam shift at a distance of 40 m by only 10 mm means a loss of one or two orders of intensity, depending on the aperture of the analytical setup (1, p. 85).

Для синхротронов и накопительных колец указанных размеров весьма сложно решается также задача защиты от радиации как персонала, эксплуатирующего собственно синхротрон или накопитель, так и исследовательского персонала аналитических установок.For synchrotrons and storage rings of the indicated sizes, the task of protecting against radiation both the personnel operating the synchrotron or the drive itself and the research personnel of the analytical facilities is also very difficult.

Наконец, комплексы на основе синхротронов или накопительных колец настолько дороги, что финансировать их строительство может далеко не каждое государство. Поэтому их количество исчисляется единицами, и в последние десятилетия государствам приходится объединяться, чтобы построить такие комплексы. В качестве примера может быть назван Европейский центр синхротронного излучения (Гренобль, Франция).Finally, complexes based on synchrotrons or storage rings are so expensive that not every state can finance their construction. Therefore, their number is calculated in units, and in recent decades, states have to unite in order to build such complexes. An example is the European Center for Synchrotron Radiation (Grenoble, France).

Несмотря на отмеченные недостатки источники синхротронного излучения в настоящее время являются практически единственным видом источников, позволяющих получить достаточную для целей исследований и испытаний спектральную плотность узконаправленного излучения в требуемом рабочем диапазоне одновременно для нескольких аналитических установок.Despite the noted drawbacks, synchrotron radiation sources are currently almost the only type of sources that allows obtaining, for research and testing, the spectral density of narrowly directed radiation in the required operating range simultaneously for several analytical facilities.

Поэтому очень важным является создание комплекса, легко доступного для ученых и инженеров, в котором могла бы быть получена высокая яркость излучения во входной апертуре аналитических установок при использовании дешевых источников.Therefore, it is very important to create a complex that is easily accessible to scientists and engineers, in which a high brightness of radiation in the input aperture of analytical facilities could be obtained using cheap sources.

Задача создания комплекса, свободного от названных недостатков (гигантские размеры и чрезвычайно высокая стоимость, проблемы поддержания вакуума и обеспечения радиационной безопасности, формирования нескольких пучков и управления ими при транспортировании излучения к аналитическим установкам) решается предлагаемой полезной моделью.The task of creating a complex that is free from these shortcomings (gigantic size and extremely high cost, problems of maintaining a vacuum and ensuring radiation safety, the formation of several beams and controlling them when transporting radiation to analytical facilities) is solved by the proposed utility model.

Предлагаемый измерительно-испытательный комплекс для исследований в рентгеновском диапазоне излучения одновременно на нескольких аналитических установках, как и известный, содержит источник излучения, каналы транспортировки излучения к аналитическим установкам и аппаратуру аналитических установок.The proposed measuring and testing complex for research in the x-ray range of radiation simultaneously on several analytical facilities, as well as the known one, contains a radiation source, channels for transporting radiation to analytical facilities and equipment of analytical facilities.

В отличие от известного, предлагаемый комплекс в качестве источника излучения содержит рентгеновскую трубку, каждый канал транспортировки излучения к аналитическим установкам содержит рентгеновскую линзу в виде совокупности изогнутых каналов с использованием многократного полного внешнего отражения рентгеновского излучения от их стенок, установленную с возможностью захвата части расходящегося излучения рентгеновской трубки и выполненную с возможностью преобразования его в квазипараллельное.Unlike the known one, the proposed complex as an radiation source contains an x-ray tube, each channel for transporting radiation to analytical facilities contains an x-ray lens in the form of a set of curved channels using multiple total external reflection of x-ray radiation from their walls, installed with the possibility of capturing part of the diverging x-ray radiation tube and made with the possibility of converting it into quasi-parallel.

Таким образом, получение названных видов технического результата обеспечивается предлагаемой полезной моделью благодаря отказу от использования синхротрона или накопительного кольца как источника излучения и применению в качестве такого источника стандартной рентгеновской трубки, и рентгеновских линз для отбора излучения и формирования узконаправленных квазипараллельных пучков, транспортирующих рентгеновское излучение к аналитическим установкам.Thus, the obtaining of the mentioned types of technical result is ensured by the proposed utility model due to the rejection of the use of a synchrotron or storage ring as a radiation source and the use of a standard X-ray tube as such a source, and X-ray lenses for selecting radiation and forming narrowly directed quasi-parallel beams transporting X-ray radiation to analytical installations.

Кроме того, комплекс дополнительно может содержать рентгеновскую линзу в виде совокупности изогнутых каналов с использованием многократного полного внешнего отражения рентгеновского излучения от их стенок, установленную с возможностью захвата части расходящегося излучения рентгеновской трубки и выполненную с возможностью его фокусирования, а также аналитическую установку, выполненную с возможностью размещения объекта исследования с совмещением требуемой его части с областью фокусирования рентгеновского излучения.In addition, the complex may additionally contain an x-ray lens in the form of a set of curved channels using multiple total external reflection of x-ray radiation from their walls, mounted to capture part of the diverging radiation of the x-ray tube and made with the possibility of focusing, as well as an analytical setup made with the possibility placement of the object of study with the combination of the required part with the focus area of x-ray radiation.

ным, вращающимся, сложным, вольфрамовым. Использование рентгеновской трубки, в которой анод выполнен микрофокусным или прострельным, целесообразно для получения излучения, расходящегося в большом телесном угле; трубки со сложным анодом - для обеспечения возможности получения различных спектральных линий излучения соответственно химическим элементам, входящим в состав анода; трубки с вращающимся анодом - для обеспечения возможности получения большой мощности благодаря улучшению отвода тепла; трубки с вольфрамовым анодом - для получения щирокополосного рентгеновского излучения.rotating, complex, tungsten. The use of an x-ray tube in which the anode is microfocus or shot, it is advisable to obtain radiation diverging in a large solid angle; tubes with a complex anode - to provide the possibility of obtaining various spectral lines of radiation according to the chemical elements that make up the anode; tubes with a rotating anode - to provide the possibility of obtaining high power due to improved heat dissipation; tubes with a tungsten anode - to obtain broadband x-ray radiation.

В случаях, когда предлагаемый комплекс содержит рентгеновскую трубку с вращающимся или сложным либо вольфрамовым анодом, он может дополнительно содержать, по меньшей мере, один монохроматор, установленный на пути квазипараллельного пучка, формируемого рентгеновской линзой, с возможностью выделения и отражения части этого пучка в направлении аналитической установки. В этих случаях квазипараллельный пучок, формируемый одной рентгеновской линзой, используется для обеспечения рентгеновским излучением, по меньшей мере, двух аналитических установок.In cases where the proposed complex contains an x-ray tube with a rotating or complex or tungsten anode, it may additionally contain at least one monochromator mounted on the path of the quasi-parallel beam formed by the x-ray lens, with the possibility of separation and reflection of part of this beam in the direction of the analytical installation. In these cases, a quasi-parallel beam formed by one x-ray lens is used to provide at least two analytical facilities with x-ray radiation.

В случае, когда аналитическая установка, входящая в состав предлагаемого комплекса, предназначена для проведения спектрометрических исследований, она содержит средство для размещения исследуемого образца, детектор возбужденного в образце излучения, подключенный к выходу детектора спектрометрический тракт и подключенное к выходу последнего средство обработки и отображения информации. Такая аналитическая установка размещается со стороны выходной фокусной области входящей в состав комплекса рентгеновской линзы, установленной с возможностью захвата части расходящегося излучения рентгеновской трубки и выполненной с возможностью его фокусирования. Эта аналитическая установка должна быть выполнена с возможностью совмещения требуемой части исследуемого образца с фокусной областью указанной линзы.In the case when the analytical facility, which is part of the proposed complex, is intended for spectrometric studies, it contains means for placing the test sample, a detector excited in the radiation sample, a spectrometric path connected to the detector output and information processing and display means connected to the output of the latter. Such an analytical setup is placed on the side of the output focal region of the x-ray lens complex, which is installed with the ability to capture part of the diverging radiation of the x-ray tube and made with the possibility of focusing. This analytical setup should be able to combine the required part of the test sample with the focal region of the specified lens.

В аналитических установках, к которым транспортируется квазипараллельный пучок излучения, имеются, в частности, следующие возможности.In analytical installations, to which a quasi-parallel radiation beam is transported, there are, in particular, the following possibilities.

Если такая аналитическая установка предназначена для проведения спектрометрических исследований, она содержит рентгеновскую линзу в виде совокупности изогнутых каналов с использованием многократного полного внешнего отражения рентгеновского излучения от их стенок, установленную и выполненную с возможностью фокусирования квазинараллельного пучка излучения, и средство для размещения исследуемого образца с совмещением требуемой его части с областью фокусирования рентгеновского излучения. Кроме того, данная аналитическая установка содержит детектор возбужденного в исследуемом образце излучения, подключенный к выходу детектора спектрометрический тракт и подключенное к выходу последнего средство обработки и отображения информации.If such an analytical setup is intended for spectrometric studies, it contains an x-ray lens in the form of a set of bent channels using multiple total external reflection of x-ray radiation from their walls, mounted and configured to focus a quasi-parallel radiation beam, and means for placing the test sample with the desired combination its parts with the focus area of x-ray radiation. In addition, this analytical setup contains a detector of radiation excited in the sample under study, a spectrometric path connected to the detector output, and information processing and display means connected to the output of the latter.

В случае, если аналитическая установка в составе предлагаемого комплекса, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для проведения дифрактометрических исследований, она содержит средство для размещения исследуемого образца и ориентации его относительно направления распространения пучка, детектор излучения, дифрагированного на исследуемом образце, и средство для взаимного позиционирования детектора и исследуемого образца, а также подключенное к выходу детектора средство обработки и отображения информации.If the analytical setup as part of the proposed complex, to which the quasi-parallel radiation beam is transported, is intended for diffractometric studies, it contains a means for placing the test sample and its orientation relative to the beam propagation direction, a radiation detector diffracted on the test sample, and a tool for mutual positioning of the detector and the test sample, as well as processing and display means connected to the output of the detector, and formation.

В случае, если аналитическая установка в составе предлагаемого комплекса, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для получения изображения внутренней структуры объектов, она содержит средство для позиционирования объекта и детектор прошедшего через объект излучения со средствами визуализации и регистрации изображения.If the analytical setup as part of the proposed complex, to which the quasi-parallel radiation beam is transported, is designed to obtain an image of the internal structure of objects, it contains means for positioning the object and a detector of radiation transmitted through the object with image visualization and registration tools.

В случае, если аналитическая установка в составе предлагаемого комплекса, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для осуществления рентгеновской литографии, она содержит средство для размещения маски и установленное за ним средство для размещения подложки с нанесенным на ее поверхность слоем резиста.If the analytical setup as part of the proposed complex, to which the quasi-parallel radiation beam is transported, is intended for X-ray lithography, it contains means for placing the mask and means installed behind it for placing the substrate with a resist layer deposited on its surface.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируются чертежами, на которых показаны:The proposed utility model is illustrated by drawings, which show:

-на фиг. 1 - состав и взаимное расположение основных частей предлагаемого комплекса;FIG. 1 - the composition and relative position of the main parts of the proposed complex;

-на фиг. 3 - схематическое изображение рентгеновской линзы для фокусирования расходящегося излучения («полной линзы);FIG. 3 is a schematic illustration of an x-ray lens for focusing diverging radiation (“full lens”);

-на фиг. 4 - схематическое изображение рентгеновской линзы для преобразования расходящегося излучения в квазипараллельное («полулинзы);FIG. 4 is a schematic illustration of an x-ray lens for converting diverging radiation into quasi-parallel (“half lenses”);

-на фиг. 5 - состав и взаимное расположение аппаратуры аналитической установки, предназначенной для проведения спектрометрических исследований, в случае, когда излучение источника транспортируется к этой установке «полной рентгеновской линзой, фокусирующей расходящееся излучение источника;FIG. 5 - the composition and relative position of the equipment of the analytical setup intended for spectrometric studies, in the case when the radiation of the source is transported to this setup by a “full x-ray lens focusing the divergent radiation of the source;

-на фиг. 6 - то же в случае, когда к аналитической установке транспортируется квазипараллельное излучение, сформированное «полулинзой ;FIG. 6 - the same in the case when the quasi-parallel radiation generated by the “half-lens” is transported to the analytical setup;

-на фиг. 7 - состав и взаимное расположение аппаратуры аналитической установки, к которой транспортируется квазипараллельное излучение, предназначенной для проведения дифрактометрических исследований;FIG. 7 - the composition and relative position of the equipment of the analytical setup, to which quasi-parallel radiation is transported, intended for diffractometric studies;

-на фиг. 8 - состав и взаимное расположение аппаратуры аналитической установки, к которой транспортируется квазипараллельное излучение, предназначенной для получения изображения внутренней структуры объекта;FIG. 8 - the composition and relative position of the equipment of the analytical setup, to which quasi-parallel radiation is transported, intended to obtain an image of the internal structure of the object;

-на фиг. 9 - состав и взаимное расположение аппаратуры аналитической установки, к которой транспортируется квазипараллельное излучение, предназначенной для осуществления рентгеновской литографии;FIG. 9 - the composition and relative position of the equipment of the analytical setup, to which quasi-parallel radiation is transported, designed for x-ray lithography;

-ча фиг. 10 - вариант «геометрии расположения составных частей предлагаемого комплекса при использовании монохроматоров для «расщепления квазипараллельного пучка на части, транспортируемые к нескольким аналитическим установкам.FIG. 10 is a variant of the "geometry of the arrangement of the constituent parts of the proposed complex when using monochromators for" splitting the quasiparallel beam into parts transported to several analytical plants.

Предлагаемый комплекс (фиг. 1) содержит рентгеновскую трубку 1, являющуюся общим источником рентгеновского излучения для аналитических установок (рабочих станций) 5, каждая из которых имеет состав аппаратуры, соответствующий специализации аналитической установки на определенном виде исследований, измерений или испытаний. В телесном угле, соответствующем формируемому рентгеновской трубкой 1 излучению, размещено несколько (по числу аналитических установок 5) рентгеновских линз 2, каждая из которых захватывает часть излучения рентгеновской трубки 1 в телесном угле 3 и преобразует воспринимаемое ею расходящееся излучение в пучок 4 квазипараллельного излучения. Фокусные области рентгеновских линз 2 со стороны их входных торцов, по возможности, совмещены друг с другом и с центром выходной апертуры рентгеновской трубки 1.The proposed complex (Fig. 1) contains an x-ray tube 1, which is a common source of x-ray radiation for analytical facilities (workstations) 5, each of which has a composition of equipment that corresponds to the specialization of the analytical setup for a particular type of research, measurement or test. In the solid angle corresponding to the radiation generated by the x-ray tube 1, several (by the number of analytical units 5) x-ray lenses 2 are placed, each of which captures part of the radiation of the x-ray tube 1 in solid angle 3 and converts the divergent radiation that it perceives into a quasiparallel beam 4. The focal areas of the x-ray lenses 2 from the side of their input ends, if possible, are aligned with each other and with the center of the output aperture of the x-ray tube 1.

Выходной пучок 4 каждой из линз 2 направлен на входную апертуру соответствующей аналитической установки 5. Аналитические установки 5 расположены от рентгеновских линз 2 на расстоянии, выбираемом из соображений удобства размещения (чтобы расстояние между пучками в зоне размещения аналитических установок было достаточно для размещения аппаратуры и персонала).The output beam 4 of each of the lenses 2 is directed to the input aperture of the corresponding analytical unit 5. The analytical units 5 are located from the x-ray lens 2 at a distance chosen for reasons of placement convenience (so that the distance between the beams in the area where the analytical units are located is sufficient to accommodate the equipment and personnel) .

Рентгеновские линзы 2, выполненные с возможностью преобразования расходящегося рентгеновского излучения в квазипараллельное, вместе с формируемыми ими квазипараллельными пучками 4 образуют каналы транспортировки рентгеновского излучения от рентгеновской трубки 1 к аналитическим установкам (рабочим станциям) 5.X-ray lenses 2, made with the possibility of converting diverging x-ray radiation into quasi-parallel, together with the quasi-parallel beams 4 formed by them form channels for transporting x-ray radiation from the x-ray tube 1 to analytical facilities (workstations) 5.

В частном случае комплекс может содержать также одну или несколько рентгеновских линз 6, фокусирующих воспринимаемое ими расходящееся излучение рентгеновской трубки в малой области, находящейся в заданном месте на входе специализированной аналитической установки 8, требующей именно такого характера воздействующего на исследуемый объект рентгеновского излучения. Сфокусированному выходному пучку рентгеновского излучения линзы 6 на фиг. 1 соответствует телесный угол 7. При необходимости в комплексе, не имеющем фокусирующих линз 6 непосредственно в зоне излучения рентгеновской трубки, эквивалентное названному выше воздействие может быть получено путем включения в состав аналитической установки 5 линзы, аналогичной одной из линз 2, но ориентированной противоположно ей. Такая линза преобразует квазипараллельный пучок 4 рентгеновского излучения в сфокусированный пучок.In a particular case, the complex may also contain one or several x-ray lenses 6 focusing the divergent radiation of the x-ray tube perceived by them in a small area located in a predetermined place at the entrance of a specialized analytical setup 8, requiring exactly this type of x-ray radiation affecting the object under study. The focused x-ray output beam of the lens 6 in FIG. 1 corresponds to a solid angle of 7. If necessary, in a complex that does not have focusing lenses 6 directly in the radiation zone of the x-ray tube, an equivalent effect can be obtained by including in the analytical setup 5 a lens similar to one of lenses 2, but oriented opposite to it. Such a lens converts a quasi-parallel X-ray beam 4 into a focused beam.

Защита персонала аналитических установок от прямого рентгеновского излучения трубки 1 обеспечивается экраном 9, имеющим отверстия по размеру сечения пучков 4, 7. Защитный экран 9 может находиться как вблизи аналитических установок 5, 8 (этот случай показан на фиг. 1), так и вблизи выходных торцов рентгеновских линз 2, 6. Поскольку длина пучков 4 может составлять несколько метров и более, в первом случае размеры экрана 9 значительно больше, чем во втором. Однако во втором случае следует ожидать большего влияния неточностей изготовления заш,итного экрана на вероятность воздействия на персонал прямого излучения рентгеновской трубки 1.The personnel of the analytical facilities from direct x-ray radiation of the tube 1 are protected by a screen 9 having openings in the size of the beam section 4, 7. The protective screen 9 can be located near the analytical facilities 5, 8 (this case is shown in Fig. 1), and near the weekend the ends of the x-ray lenses 2, 6. Since the length of the beams 4 can be several meters or more, in the first case, the dimensions of the screen 9 are much larger than in the second. However, in the second case, one should expect a greater influence of inaccuracies in the manufacture of a backscreens, the final screen on the probability of exposure to personnel of direct radiation of the x-ray tube 1.

Важнейшими элементами предлагаемого комплекса, благодаря использованию которых удается обеспечить достижение технического результата, составляюш;ие которого были перечислены выше при раскрытии полезной модели, являются рентгеновские линзы.The most important elements of the proposed complex, through the use of which it is possible to achieve a technical result, constitute; of which were listed above when disclosing a utility model, are x-ray lenses.

Первые линзы для управления рентгеновским излучением (фокусирования расходяш,егося излучения, формирования параллельного потока из расходящегося излучения, фокусирования параллельного излучения и др.), представляли собой совокупность изогнутых требуемым образом каналов 10 (фиг. 2) транспортировки излучения, в которых излучение испытывает многократное полное внешнее отражение от стенок 11. Процесс многократного полного внешнего отражения отдельного кванта рентгеновского излучения при распространении по одному из каналов 10 рентгеновской линзы показан на фиг. 2 ломаной линией 12. Такие линзы изготавливались в виде множества капилляров или поликапилляров, проходяш,их через отверстия или ячейки поддерживающих структур, установленных на определенном расстоянии по длине линзы (см.: В.А.Аркадьев, А.И.Коломийцев, М.А.Кумахов и др. Широкополосная рентгеновская оптика с большой угловой апертурой. Успехи физических наук, 1989, том 157, выпуск 3, с. 529-537 патент США №5,192,869 (опубл. 09.03.93) 3). Линза в целом имеет форму бочки (т.е. сужается к обоим торцам), если она предназначена для фокусирования расходящегося излучения, или полубочки (т.е. сужается только к одному из торцов), если она предназначена для преобразования расходящегося излучения в квазипараллельное или для фокусирования такого излучения.The first lenses for controlling x-ray radiation (focusing divergent radiation, forming a parallel stream from diverging radiation, focusing parallel radiation, etc.) were a set of radiation transportation channels 10 (Fig. 2) bent as required, in which the radiation experiences multiple full external reflection from the walls 11. The process of multiple total external reflection of an individual quantum of x-ray radiation during propagation through one of the channels 10 x-ray The lenses shown in FIG. 2 with a broken line 12. Such lenses were made in the form of many capillaries or polycapillaries, passing through the holes or cells of supporting structures installed at a certain distance along the length of the lens (see: V.A. Arkadiev, A.I. Kolomiytsev, M. A. Kumakhov et al. Broadband X-ray optics with a large angular aperture. Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1989, Volume 157, Issue 3, pp. 529-537, US Patent No. 5,192,869 (publ. 09.03.93) 3). The lens as a whole has the shape of a barrel (i.e., tapers toward both ends) if it is designed to focus the diverging radiation, or half-barrel (i.e., tapers toward only one of the ends) if it is designed to convert the diverging radiation to quasi-parallel or to focus such radiation.

В дальнейшем для обозначения линз двух названных типов, в том числе и имеющих отличное от описанного конструктивное выполнение, получили распространение соответственно термины «полная линза и «полулинза. Соответствующая терминология используется и ниже при описании предлагаемой полезной модели.In the future, to designate the lenses of the two named types, including those having a different design than the one described above, the terms “full lens and” half lens, respectively, became widespread. The corresponding terminology is used below in the description of the proposed utility model.

Известна также линза, в которой стенки соседних каналов транспортировки излучения контактируют друг с другом по всей длине, а сами каналы имеют переменное по длине поперечное сечение, изменяющееся по тому же закону, что и полное поперечное сечение линзы (V.M.Andreevsky, M.V.Gubarev, P.I.Zhidkin, M.A.Kumakhov, A.V.Noskin, I.Yu. Ponomarev, Kh.Z.Ustok. X-ray waveguide system with a variable cross-section of the sections. The IV-th All-Union Conference on Interaction of Radiation with Solids. Book of Abstracts (May 15-19, 1990, Elbrus settlement, Kabardino-Balkarian ASSR, USSR, pp. 177-178) патент США №5,570,408 (опубл. 29.10.96) 5). «Полная линза и «полулинза с такими каналами схематически показаны на фиг. 3 и фиг. 4 соответственно.A lens is also known in which the walls of adjacent radiation transport channels are in contact with each other along the entire length, and the channels themselves have a cross section of variable length, changing according to the same law as the full cross section of the lens (VMAndreevsky, MVGubarev, PIZhidkin , MAKumakhov, AVNoskin, I.Yu. Ponomarev, Kh.Z.Ustok. X-ray waveguide system with a variable cross-section of the sections. The IV-th All-Union Conference on Interaction of Radiation with Solids. Book of Abstracts (May 15-19, 1990, Elbrus settlement, Kabardino-Balkarian ASSR, USSR, pp. 177-178) U.S. Patent No. 5,570,408 (publ. 10/29/96) 5). The "full lens and" half lens with such channels are shown schematically in FIG. 3 and FIG. 4 respectively.

«Полная линза (фиг. 3) имеет каналы, изогнутые таким образом, что продолжения их влево и вправо от соответствующих торцов сходятся в левой 13 и правой 14 фокусных областях, размер которых имеет порядок диаметра отдельного канала. Кривизна каналов, расположенных ближе к периферии «полной линзы, больше, чем каналов, находящихся ближе к ее оптической оси 15, совпадающей с продольной осью симметрии. Для обеспечения фокусирования расходящегося рентгеновского излучения квазиточечный источник должен находиться в одной из фокусных областей, тогда фокусирование происходит в другой фокусной области.“A full lens (Fig. 3) has channels bent in such a way that their extensions to the left and to the right of the corresponding ends converge in the left 13 and right 14 focal areas, the size of which is on the order of the diameter of an individual channel. The curvature of the channels located closer to the periphery of the full lens is greater than the channels closer to its optical axis 15, which coincides with the longitudinal axis of symmetry. To ensure focusing of the diverging x-ray radiation, the quasi-point source must be in one of the focal regions, then focusing occurs in the other focal region.

«Полулинза, показанная на фиг. 4, при подаче расходящегося излучения слева обеспечивает преобразование его в квазипараллельное излучение, выходящее из правого торца. Изгиб каналов, различный на разном удалении от оптической оси 15 «полулинзы, обеспечивает пересечение продолжений их левых концов в фокусной области 16 «полулинзы, которая должна совпадать с расположением квазиточечного источника расходящегося рентгеновского излучения; у выходного торца (правого по фиг. 4) каналы «полулинзы параллельны. При подаче квазипараллельного рентгеновского излучения на правый по фиг. 4 торец «полулинзы оно фокусируется в фокусной области 16, расположенной у левого торца.“The half lens shown in FIG. 4, when diverging radiation is supplied to the left, it is converted into quasi-parallel radiation emerging from the right end. The bending of the channels, different at different distances from the optical axis 15 "of the half-lens, ensures the intersection of the extensions of their left ends in the focal region 16" of the half-lens, which should coincide with the location of the quasi-point source of diverging x-ray radiation; at the output end (right in Fig. 4), the channels of the half-lens are parallel. When applying quasi-parallel x-ray radiation to the right one in FIG. 4 end “of the half lens, it focuses in the focal region 16 located at the left end.

Благодаря использованию в качестве источника излучения рентгеновской трубки, создающей непосредственно рентгеновское излучение, никаких средств для выделения излучения рентгеновского диапазона из излучения источника в описываемом комплексе не требуется. Отбор излучения и распределение его по каналам транспортировки к аналитическим установкам тоже не требует применения какихлибо специальных средств или технических приемов: достаточно расположить линзы 2, 6 в зоне выхода излучения из трубки 1 на расстоянии, обеспечивающем близость фокусных областей линз к эффективному геометрическому центру излучения трубки 1.Due to the use of an x-ray tube as the source of radiation, which generates directly x-ray radiation, no means are required for extracting the x-ray range radiation from the source radiation in the described complex. The selection of radiation and its distribution along the transportation channels to analytical facilities also does not require the use of any special means or technical methods: it is enough to place lenses 2, 6 in the zone of radiation exit from tube 1 at a distance that ensures that the focal regions of the lenses are close to the effective geometric center of radiation of tube 1 .

Не требуется также никаких особых средств для поддержания требуемой траектории сформированных лучей (рентгеновских пучков 4, 7) на пути к аналитическим установкам 5, 8: достаточно обеспечить взаимную механическую неподвижность рентгеновской трубки 1 и линз 2, 6. Свойства рентгеновской трубки 1 и рентгеновских линз 2, 6 стабильны и позволяют обходиться без каких-либо подстроек после правильной первоначальной установки.No special tools are also required to maintain the required trajectory of the formed rays (X-ray beams 4, 7) on the way to analytical facilities 5, 8: it is sufficient to ensure mutual mechanical immobility of the X-ray tube 1 and lenses 2, 6. Properties of the X-ray tube 1 and X-ray lenses 2 , 6 are stable and can do without any adjustments after the correct initial installation.

Поскольку длина пучка транспортируемого квазипараллельного излучения, т.е. расстояние между выходными торцами рентгеновских линз и аналитическими установками, не превышает нескольких метров (такое расстояние достаточно для удобного размещения аппаратуры аналитических установок и персонала), затухание и рассеяние рентгеновского излучения невелико. Поэтому транспортировка излучения возможна непосредственно в воздушной среде, без принятия каких-либо мер по вакуумированию, благодаря чему никаких проблем, связанных с поддержанием вакуума, в предлагаемом комплексе не существует.Since the beam length of the transported quasi-parallel radiation, i.e. the distance between the output ends of the x-ray lenses and the analytical facilities does not exceed several meters (this distance is sufficient for convenient placement of the equipment of the analytical facilities and personnel), the attenuation and scattering of the x-ray radiation is small. Therefore, the transportation of radiation is possible directly in the air, without taking any measures for evacuation, due to which there are no problems associated with maintaining the vacuum in the proposed complex.

Радиационная защита, реализуемая с помощью экрана 9, конструктивно весьма проста и при небольшой мощности рентгеновской трубки 1 (которая, как будет показано ниже, может оказаться вполне приемлемой) может быть обеспечена даже обычными строительными конструкциями.Radiation protection implemented using the screen 9, is structurally very simple and with a small power of the x-ray tube 1 (which, as will be shown below, may be quite acceptable) can be provided even by conventional building structures.

В отличие от синхротрона, которому присущ импульсный характер излучения, параметры которого не могут быть изменены персоналом аналитических установок, излучение рентгеновской трубки может быть как непрерывным, так и импульсным с желаемыми параметрами последнего. Благодаря возможности работы при непрерывном излучении в предлагаемом комплексе могут проводиться исследования, для которых импульсное излучение неприемлемо (например, из-за того, что при одинаковой с непрерывным излучением средней интенсивности импульсного излучения возможны проявления нелинейных эффектов в исследуемой среде, вызванных весьма большой интенсивностью в импульсе).Unlike a synchrotron, which has a pulsed nature of the radiation, the parameters of which cannot be changed by the personnel of the analytical facilities, the radiation of the x-ray tube can be either continuous or pulsed with the desired parameters of the latter. Due to the possibility of working with continuous radiation in the proposed complex, studies can be carried out for which pulsed radiation is unacceptable (for example, due to the fact that, with the average intensity of pulsed radiation being the same as continuous radiation, nonlinear effects in the medium can be caused by a very high pulse intensity )

Аналитические установки в составе предлагаемого комплекса могут быть предназначены для решения большого количества весьма разнообразных фундаментальных и прикладных задач. Это - дифрактометрия и топография простых, сложных а также белковых кристаллов; это - рентгенофлуоресцентный анализ с помощью сфокусированных рентгеновских пучков; это - получение изображения внутренней структуры различных объектов, включая биологические, в том числе в медицинских целях; это - анализ новых материалов и лекарственных средств, анализ «чипов, свойств и качества поверхностей, и т.д.Analytical installations as part of the proposed complex can be designed to solve a large number of very diverse fundamental and applied problems. These are diffractometry and topography of simple, complex and also protein crystals; this is x-ray fluorescence analysis using focused x-ray beams; this is an image of the internal structure of various objects, including biological ones, including for medical purposes; this is an analysis of new materials and medicines, analysis of “chips, properties and quality of surfaces, etc.

В случае, если аналитическая установка, входящая в состав предлагаемого комплекса, предназначена для проведения спектрометрических исследований, она содержит (фиг. 5) средство 17 для размещения исследуемого образца 18, детектор 19 возбужденного в образце излучения, подключенный к выходу детектора 19 спектрометрический тракт 20 и подключенное к выходу последнего средство 21 обработки и отображения информации. Такая аналитическая установка 8 размещается со стороны выходной фокусной области 22 «полной рентгеновской линзы 6, входящей в состав комплекса (см. также фиг. 1), установленной с возможностью захвата части расходящегося излучения рентгеновской трубки 1 и выполненной с возможностью его фокусирования. Средство 17 для размещения исследуемого образца должно обеспечивать возможность совмещения требуемой части исследуемого образца 18с выходной фокусной областью 22 (правой по фиг. 1, фиг. 5) «полной линзы 6. Сведения об элементах спектрометрического тракта 20 (усилителях, режекторе наложений, многоканальном амплитудном анализаторе и др.), а также о средстве 21 обработки и отображения информации приведены, в частности в книге: Р. Вольдсет. Прикладная спектрометрия рентгеновского излучения. Москва, Атомиздат, 1977 6, глава 2. Основной областью применения спектрометрических исследований является определение элементного состава образца с оценкой количественного содержания в нем различных химических элементов.If the analytical setup, which is part of the proposed complex, is intended for spectrometric studies, it contains (Fig. 5) means 17 for placing the test sample 18, a detector 19 of the radiation excited in the sample, connected to the output of the detector 19 spectrometric path 20 and connected to the output of the latter means 21 for processing and displaying information. Such an analytical setup 8 is placed on the side of the output focal region 22 ″ of the full x-ray lens 6, which is part of the complex (see also Fig. 1), which is mounted to capture part of the diverging radiation of the x-ray tube 1 and made with the possibility of focusing. The means 17 for placing the test sample should provide the opportunity to combine the required part of the test sample 18 with the output focal region 22 (right in Fig. 1, Fig. 5) of the “full lens 6. Information about the elements of the spectrometric path 20 (amplifiers, overlay cutter, multi-channel amplitude analyzer and others), as well as about the means 21 for processing and displaying information are given, in particular in the book: R. Woldset. Applied X-ray spectrometry. Moscow, Atomizdat, 1977 6, chapter 2. The main field of application of spectrometric studies is the determination of the elemental composition of a sample with an estimate of the quantitative content of various chemical elements in it.

Аналогичная рассмотренной аналитическая установка может использовать и квазипараллельное рентгеновское излучение, пучок которого сформирован одной из «полулинз 2 (фиг. 1). Для этого достаточно дополнить установку 8, показанную на фиг. 5, «полулинзой 23 (см. фиг. 6, где показана получившаяся в результате такогоA similar analytical setup can also use quasi-parallel x-ray radiation, the beam of which is formed by one of the "half lenses 2 (Fig. 1). For this, it is sufficient to supplement the installation 8 shown in FIG. 5, “half lens 23 (see FIG. 6, which shows the resulting

дополнения установка 5). Роль выходной фокусной области «полной линзы выполняет фокусная область 24 «полулинзы 23.add-on installation 5). The role of the output focal region "full lens performs the focal region 24" of the half lens 23.

В случае, если аналитическая установка 5 в составе предлагаемого комплекса, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для проведения дифрактометрических исследований, она содержит (фиг. 7) средство 17 для размещения исследуемого образца 18 и ориентации его относительно направления распространения пучка 4, детектор 19 излучения, дифрагированного на исследуемом образце, и средство 25 для взаимного позиционирования детектора 19 и исследуемого образца 18, а также подключенное к выходу детектора 19 средство 26 обработки и отображения информации. К средству 25 для взаимного позиционирования детектора и исследуемого образца и средству 17 для размещения исследуемого образца и ориентации его относительно направления распространения пучка предъявляется требование обеспечения высокой угловой точности, и они выполняются в виде гониометрических механизмов. Основной областью применения такой аналитической установки являются исследования кристаллических образцов.If the analytical setup 5 as part of the proposed complex, to which the quasi-parallel radiation beam is transported, is intended for diffractometric studies, it contains (Fig. 7) means 17 for placing the test sample 18 and orienting it relative to the beam propagation direction 4, detector 19 radiation diffracted on the test sample, and means 25 for the relative positioning of the detector 19 and the test sample 18, as well as means 26 of the image connected to the output of the detector 19 bots and display information. The means 25 for the mutual positioning of the detector and the test sample and the means 17 for placing the test sample and its orientation relative to the beam propagation direction are required to ensure high angular accuracy, and they are implemented in the form of goniometric mechanisms. The main field of application of such an analytical setup is the study of crystalline samples.

В случае, если аналитическая установка 5 в составе предлагаемого комплекса, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для получения изображения внутренней структуры объектов, она содержит (фиг. 8) средство 17 для размещения объекта 18 и детектор 27 прощедшего через объект излучения. В простейшем случае в качестве такого детектора используется обычная рентгеновская пленка в защищающей ее от воздействия света упаковке. Такая пленка одновременно выполняет функцию средства регистрации изображения, а после проявления - также функцию средства его визуализации. Другие схемы получения изображений, применимые в аналитических установках предлагаемого комплекса, описаны, например, в европейской заявке N°EP О 742 150 (опубл. 31.07.96) 7.If the analytical installation 5 as part of the proposed complex, to which the quasi-parallel radiation beam is transported, is designed to image the internal structure of objects, it contains (Fig. 8) means 17 for placing object 18 and a detector 27 of radiation that has passed through the object. In the simplest case, a conventional X-ray film is used as such a detector in a package that protects it from exposure to light. Such a film at the same time performs the function of an image registration means, and after development, also the function of its visualization means. Other image acquisition schemes applicable in the analytical facilities of the proposed complex are described, for example, in European application N ° EP O 742 150 (publ. 31.07.96) 7.

В случае, если аналитическая установка 5 в составе предлагаемого комплекса, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для осуществления рентгеновской литографии, она содержит (фиг. 9) средство 28 для размещения маски 29 и установленное за ним средство 30 для размещения подложки 31 с нанесенным на ее поверхность слоем резиста 32. Более сложные схемы см., например, в патенте США №5,175,755 (опубл. 29.12.92) 8. В аналитическойIf the analytical setup 5 as part of the proposed complex, to which the quasi-parallel radiation beam is transported, is intended for X-ray lithography, it contains (Fig. 9) means 28 for accommodating the mask 29 and installed behind it means 30 for placing the substrate 31 with the applied on its surface with a resist layer 32. For more complex schemes, see, for example, in US patent No. 5,175,755 (publ. 29.12.92) 8. In the analytical

установке (рабочей станции) могут быть реализованы процессы не только контактной, но и проекционной литографии, а также LIGA - технологии.installation (workstation) can be implemented processes not only contact, but also projection lithography, as well as LIGA - technology.

Ряд других примеров структуры аналитических установок, в том числе с использованием в их составе рентгеновских «полных линз и «полулинз описан, например, в патенте США №5,497,008 (опубл. 05.03.96) 9 и европейском патенте №ЕР О 555 376 (опубл. 18.03.98) 10.A number of other examples of the structure of analytical facilities, including the use of X-ray “full lenses” and “half-lenses” in their composition, are described, for example, in US Pat. No. 5,497,008 (publ. 05.03.96) 9 and European Patent No. EP O 555 376 (publ. 03/18/98) 10.

Если в качестве материала анода трубки используется вольфрам, то с помощью монохроматоров можно отбирать самые разные длины волн, так как излучение вольфрама - весьма широкополосное и интенсивное.If tungsten is used as the material of the tube anode, then with the help of monochromators, it is possible to select a variety of wavelengths, since tungsten radiation is very broadband and intense.

Если в качестве анода используется сложная мишень, выполненная из нескольких химических элементов, то монохроматоры будут селективно отбирать те или иные длины волн характеристических излучений сложного анода.If a complex target made of several chemical elements is used as an anode, then monochromators will selectively select particular wavelengths of characteristic radiation from the complex anode.

В зависимости от типа рентгеновской трубки можно использовать различную «геометрию расположения анода трубки, рентгеновской линзы и аналитической установки.Depending on the type of x-ray tube, various “geometry of the location of the tube anode, x-ray lens and analytical setup can be used.

Рассмотренная выше «геометрия, показанная на фиг. 1, когда каждой аналитической установке соответствует своя рентгеновская линза, формирующая пучок излучения только для этой аналитической установки, является одной из возможных. В этой «геометрии целесообразно применение, например, трубок с прострельным или микрофокусным анодом. Такие трубки излучают практически в полупространство, поэтому в телесном угле их излучения можно расположить большое число «полулинз и «полных линз.The “geometry shown above in FIG. 1, when each analytical setup has its own x-ray lens, which forms a beam of radiation only for this analytical setup, is one of the possible ones. In this "geometry, it is advisable to use, for example, tubes with a shooting or microfocus anode. Such tubes emit practically into half-space; therefore, a large number of “half-lenses” and “full lenses” can be arranged in the solid angle of their radiation.

На фиг. 10 показана иная «геометрия, в большей степени характерная для рентгеновского источника в виде трубки (условно показана позицией 1) с вращающимся анодом. Для обеспечения возможности работы большого количества аналитических установок на пути сформированного рентгеновской «полулинзой 2 квазипараллельного пучка 4 расположено под разными углами несколько (5-10) монохроматоров 33, которые «перехватывают различные части 34 поперечного сечения первоначального пучка 4, выходящего из «полулинзы 2, и направляют отраженные части 35 первоначального пучка 4 к аналитическим установкам 5. В качестве монохроматоров 33 могут быть использованы, например, кристаллы с плоскостями среза, не параллельными кристаллическим плоскостям, и слоистые структуры. Тип монохроматора и угол его ориентации относительно направления пучка рентгеновского излучения, выходящего из «полулинзы, определяют требуемую степень коллимации дифрагированной на нем части пучка.In FIG. 10 shows a different "geometry, which is more characteristic of an x-ray source in the form of a tube (conventionally shown at 1) with a rotating anode. To enable the operation of a large number of analytical facilities, several (5-10) monochromators 33 are located at different angles along the path of the quasi-parallel beam 4 formed by the x-ray half-lens 2, which “intercept various parts 34 of the cross section of the original beam 4 emerging from the“ half-lens 2, and direct the reflected parts 35 of the initial beam 4 to the analytical units 5. For example, crystals with cut planes not parallel to the crystal can be used as monochromators 33 deciduous planes, and layered structures. The type of monochromator and the angle of its orientation with respect to the direction of the x-ray beam emerging from the half-lens determine the required degree of collimation of the part of the beam diffracted on it.

Таким образом, при использовании в качестве источника расходящегося излучения рентгеновской трубки каналы транспортировки излучения к аналитическим установкам могут быть подразделены на следующие части:Thus, when using an x-ray tube as a source of diverging radiation, the radiation transport channels to analytical facilities can be divided into the following parts:

в «геометрии, показанной на фиг. 1:in the geometry shown in FIG. 1:

-промежуток рентгеновская трубка 1 (точнее - ее анод)-входной торец рентгеновской линзы 2 или 7 (в пределах телесного угла 3);-the interval of the x-ray tube 1 (more precisely, its anode) -the input end of the x-ray lens 2 or 7 (within the solid angle 3);

-каналы рентгеновской линзы 2 или 7;- channels of an x-ray lens 2 or 7;

-промежуток выходной торец рентгеновской линзы 2 или 7 - аналитическая установка 5 или 8 (в пределах поперечного сечения выходного пучка 4 линзы 2 или телесного угла 7, соответствующего выходному пучку линзы 6);-the interval is the output end of the x-ray lens 2 or 7 — analytical setup 5 or 8 (within the cross section of the output beam 4 of the lens 2 or solid angle 7 corresponding to the output beam of the lens 6);

в «геометрии показанной на фиг. 10:in the “geometry shown in FIG. 10:

-промежуток рентгеновская трубка 1 (точнее - ее анод) -входной торец рентгеновской линзы 2 (в пределах телесного угла 3);-the gap of the x-ray tube 1 (more precisely, its anode); -the input end of the x-ray lens 2 (within the solid angle 3);

-каналы рентгеновской линзы 2;-channels of an x-ray lens 2;

-промежуток выходной торец рентгеновской линзы 2 - монохроматор 33 (в пределах поперечного сечения части 34 выходного пучка 4 линзы 2);- interval the output end of the x-ray lens 2 is a monochromator 33 (within the cross section of part 34 of the output beam 4 of the lens 2);

-промежуток монохроматор 33 - аналитическая установка 5 (в пределах поперечного сечения отраженного монохроматором пучка 35).- interval monochromator 33 — analytical setup 5 (within the cross section of the beam 35 reflected by the monochromator).

Проведем сравнение параметров излучения современных синхротронов и рентгеновской трубки в комплексе предлагаемой конструкции.Let us compare the radiation parameters of modern synchrotrons and an X-ray tube in the complex of the proposed design.

В книге 1 на рис. 15 (с. 20) приведена кривая яркости излучения английского синхротрона «Doris (Е 2 ГэВ, ток 300 мА). Как видно из этого рисунка, вIn book 1 in Fig. Fig. 15 (p. 20) shows the radiation brightness curve of the English Doris synchrotron (E 2 GeV, current 300 mA). As can be seen from this figure, in

окрестности 10 кэБ этот синхротрон излучает 10 фотон/СэВ-(мрад) , т.е. в узком телесном угле, равном 1 мрад, и узком спектральном диапазоне, равном 1 эВ, «Doris излучает в течение секунды порядка 10° фотонов. Рентгеновская трубка мощностью 1 Вт за такое же время излучает изотропно примерно 3-10 фотонов. Это - квазимонохроматические фотоны в спектральном диапазоне щириной около 10 эВ. Соответственно, трубка мощностью 10 кВт излучает З-Ю фотонов за 1 секунду.In the vicinity of 10 keB, this synchrotron emits 10 photons / SeV- (mrad), i.e. in a narrow solid angle of 1 mrad and a narrow spectral range of 1 eV, “Doris emits about 10 ° photons within a second. An X-ray tube with a power of 1 W during the same time emits approximately 3-10 photons isotropically. These are quasimonochromatic photons in the spectral range with a width of about 10 eV. Accordingly, a 10-kW tube emits 3-U photons in 1 second.

I л«лI l “l

С помощью рентгеновской «полулинзы, преобразующей расходящееся излучение в квазипараллельное, используемой в предлагаемом комплексе, можно получить следующее количество фотонов, транспортируемых квазипараллельно с угловой расходимостью около 3 мрад:With the help of an X-ray “half-lens, converting diverging radiation into quasiparallel, used in the proposed complex, one can obtain the following number of photons transported quasi-parallel with an angular divergence of about 3 mrad:

N 3-10 -а-л-(дез)/471 фот/с-(3 мрад) -10 эВ,N 3-10-a-l- (des) / 471 ph / s- (3 mrad) -10 eV,

где А03 - апертура захвата излучения рентгеновской трубки «полулинзой,where A03 is the aperture of the capture of radiation of the x-ray tube "half lens,

а - коэффициент передачи «полулинзы.and - transmission coefficient "half lens.

Считая, что А03 0,1 рад, а 0,3, получаемAssuming that A03 is 0.1 rad, and 0.3, we get

N 2,5-10 фoт/cэB.(мpaд)N 2.5-10 foto / CEB. (Mrad)

т.е. в предлагаемом комплексе рентгеновская трубка со средней мощностью 10 кВт, сопряженная с оптикой, дает в том же спектральном и угловом интервале в 25 раз более высокую интенсивность, чем синхротрон «Doris. Отсюда видно, что одинаковую с синхротроном «Doris плотность излучения в окрестности 10 кэВ можно получить в предлагаемом комплексе при мощности трубки всего 400 Вт. Такие и даже более мощные трубки широко используются в научных исследованиях, например в дифрактометрии. Так, компания Philips использует для дифрактометрии трубку мощностью 2,5 кВт.those. in the proposed complex, an x-ray tube with an average power of 10 kW, coupled with optics, gives in the same spectral and angular range 25 times higher intensity than the Doris synchrotron. This shows that the radiation density identical to the Doris synchrotron in the vicinity of 10 keV can be obtained in the proposed complex with a tube power of only 400 watts. Such and even more powerful tubes are widely used in scientific research, for example, in diffractometry. So, Philips uses a 2.5 kW tube for diffractometry.

В настоящее время изготавливаются и свободно продаются трубки с вращающимся анодом мощностью от 30 до 100 кВт. Стоимость этих трубок вместе с генератором составляет около 100 тысяч долларов, что примерно на 3 порядка ниже стоимости синхротрона.Currently, tubes with a rotating anode with a capacity of 30 to 100 kW are manufactured and freely sold. The cost of these tubes together with the generator is about 100 thousand dollars, which is about 3 orders of magnitude lower than the cost of a synchrotron.

Из приведенных расчетов и примеров видны эффективность и целесообразность использования предлагаемого решения.From the above calculations and examples, the effectiveness and feasibility of using the proposed solution are visible.

Предлагаемый комплекс в силу своей относительной простоты и дещевизны по сравнению с традиционными средствами доступен для щирокого круга специалистов и позволяет существенно расширить масштабы применения рентгеновских исследований, испытаний и измерений, обеспечивая приемлемую яркость излучения во входной апертуре аналитических установок. Можно предположить, что в перспективе он сможет найти широкое применение в крупных и средних физических лабораториях.The proposed complex, due to its relative simplicity and cheapness compared to traditional tools, is available for a wide circle of specialists and allows us to significantly expand the scope of X-ray research, testing, and measurement, providing an acceptable radiation brightness in the input aperture of analytical plants. It can be assumed that in the future it will be able to find wide application in large and medium physical laboratories.

Источники информацииSources of information

1.Синхротронное излучение. Под ред. К.Кунца. Москва, издательство «Мир, 1981.1. Synchrotron radiation. Ed. K. Kuntsa. Moscow, Mir Publishing House, 1981.

2.В.А.Аркадьев, А.И.Коломийцев, М.А.Кумахов и др. Широкополосная рентгеновская оптика с большой угловой апертурой. Успехи физических наук, 1989, том 157, выпуск 3, с. 529-537.2. V.A. Arkadiev, A. I. Kolomiytsev, M. A. Kumakhov and others. Broadband X-ray optics with a large angular aperture. Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1989, Volume 157, Issue 3, p. 529-537.

3.Патент США №5,192,869 (опубл. 09.03.93).3. US patent No. 5,192,869 (publ. 09.03.93).

4.V.M.Andreevsky, M.V.Gubarev, P.I.Zhidkin, M.A.Kumakhov, A.V.Noskin, I.Yu. Ponomarev, JQi.Z.Ustok. X-ray waveguide system with a variable cross-section of the sections. The IV-th All-Union Conference on Interaction of Radiation with Solids. Book of Abstracts (May 15-19, 1990, Elbrus settlement, Kabardino-Balkarian ASSR, USSR, pp. 177-178).4.V.M. Andreevsky, M.V. Gubarev, P.I. Zhidkin, M.A. Kumakhov, A.V. Noskin, I.Yu. Ponomarev, JQi.Z.Ustok. X-ray waveguide system with a variable cross-section of the sections. The IV-th All-Union Conference on Interaction of Radiation with Solids. Book of Abstracts (May 15-19, 1990, Elbrus settlement, Kabardino-Balkarian ASSR, USSR, pp. 177-178).

5.Патент США №5,570,408 (опубл. 29.10.96).5. U.S. Patent No. 5,570,408 (publ. 10/29/96).

6.P. Вольдсет. Прикладная спектрометрия рентгеновского излучения. Москва, Атомиздат, 1977.6.P. Woldset. Applied X-ray spectrometry. Moscow, Atomizdat, 1977.

7.Европейская заявка №ЕР О 742 150 (опубл. 31.07.96).7. European application No. EP O 742 150 (published on July 31, 1996).

8.Патент США №5,175,755 (опубл. 29.12.92).8. U.S. Patent No. 5,175,755 (publ. 29.12.92).

9.Патент США №5,497,008 (опубл. 05.03.96).9. U.S. Patent No. 5,497,008 (publ. 03/05/96).

10.Европейский патент №ЕР О 555 376 (опубл. 18.03.98).10.European patent No. EP O 555 376 (publ. 18.03.98).

Claims (13)

1. Измерительно-испытательный комплекс для исследований в рентгеновском диапазоне излучения одновременно на нескольких аналитических установках, содержащий источник излучения, каналы транспортировки излучения к аналитическим установкам и аппаратуру аналитических установок, отличающийся тем, что в качестве источника излучения он содержит рентгеновскую трубку, по меньшей мере, один канал транспортировки излучения к аналитическим установкам содержит рентгеновскую линзу, установленную и выполненную с возможностью захвата части расходящегося излучения рентгеновской трубки и преобразования его в квазипараллельный пучок.1. Measurement and testing complex for research in the x-ray range of radiation simultaneously on several analytical facilities, containing a radiation source, channels for transporting radiation to analytical facilities and equipment of analytical facilities, characterized in that as a radiation source it contains an x-ray tube, at least one channel for transporting radiation to analytical facilities contains an x-ray lens mounted and configured to capture part of the flow x-ray tube radiation and converting it into a quasi-parallel beam. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из аналитических установок, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для проведения дифрактометрических исследований и содержит средство для размещения исследуемого образца и ориентации его относительно направления распространения квазипараллельного пучка, детектор излучения, дифрагированного на исследуемом образце, и средство для взаимного позиционирования детектора и исследуемого образца, а также подключенное к выходу детектора средство обработки и отображения информации.2. The complex according to claim 1, characterized in that at least one of the analytical facilities to which the quasi-parallel radiation beam is transported is designed for diffractometric studies and contains means for placing the sample under study and orienting it relative to the direction of propagation of the quasi-parallel beam, a detector of radiation diffracted on the test sample, and means for the mutual positioning of the detector and the test sample, as well as connected to the output of the detector GUSTs processing and displaying information. 3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из аналитических установок, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для получения изображения внутренней структуры объекта и содержит средство для позиционирования объекта и детектор прошедшего через объект излучения со средствами визуализации и регистрации изображения.3. The complex according to claim 1, characterized in that at least one of the analytical facilities to which the quasi-parallel radiation beam is transported is intended to obtain an image of the internal structure of the object and contains means for positioning the object and a detector of radiation transmitted through the object with means visualization and registration of the image. 4. Комплекс по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из аналитических установок, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для проведения спектрометрических исследований и содержит рентгеновскую линзу, установленную и выполненную с возможностью фокусирования квазипараллельного пучка излучения, средство позиционирования исследуемого образца для совмещения требуемой его части с областью фокусирования рентгеновского излучения, детектор возбужденного в исследуемом образце излучения, подключенный к выходу детектора спектрометрический тракт и подключенное к выходу последнего средство обработки и отображения информации.4. The complex according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one of the analytical facilities to which the quasi-parallel radiation beam is transported is intended for spectrometric studies and contains an x-ray lens mounted and configured to focus the quasiparallel radiation beam, means for positioning the test sample to combine the required part with the focus area of x-ray radiation, a detector of radiation excited in the test sample A spectrometric path connected to the detector output and a means for processing and displaying information connected to the output of the latter. 5. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из аналитических установок, к которой транспортируется квазипараллельный пучок излучения, предназначена для осуществления рентгеновской литографии и содержит средство для размещения маски и установленное за ним средство для размещения подложки с нанесенным на ее поверхность слоем резиста.5. The complex according to claim 1, characterized in that at least one of the analytical facilities to which the quasi-parallel beam of radiation is transported is designed to perform X-ray lithography and comprises means for placing a mask and means for placing a substrate behind it applied on its surface with a resist layer. 6. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит рентгеновскую линзу, установленную и выполненную с возможностью захвата части расходящегося излучения рентгеновской трубки и его фокусирования, а также аналитическую установку, размещенную со стороны выходной фокусной области этой рентгеновской линзы и выполненную с возможностью позиционирования объекта исследования для совмещения требуемой его части с выходной фокусной областью этой рентгеновской линзы.6. The complex according to claim 1, characterized in that it further comprises an x-ray lens mounted and configured to capture part of the diverging radiation of the x-ray tube and focusing it, as well as an analytical setup placed on the side of the output focal region of this x-ray lens and made with the ability to position the object of study to combine the required part with the output focal region of this x-ray lens. 7. Комплекс по п.6, отличающийся тем, что аналитическая установка, размещенная со стороны выходной фокусной области указанной рентгеновской линзы, выполненной с возможностью захвата части расходящегося излучения рентгеновской трубки и его фокусирования, предназначена для проведения спектрометрических исследований и содержит детектор излучения, возбужденного в исследуемом образце, подключенный к выходу детектора спектрометрический тракт и подключенное к выходу последнего средство обработки и отображения информации.7. The complex according to claim 6, characterized in that the analytical setup, located on the output focal region of the specified x-ray lens, configured to capture part of the diverging radiation of the x-ray tube and focus it, is intended for spectrometric studies and contains a radiation detector excited in the studied sample, the spectrometric path connected to the detector output and the means for processing and displaying information connected to the output of the latter. 8. Комплекс по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что рентгеновская трубка выполнена с микрофокусным анодом.8. The complex according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the x-ray tube is made with microfocus anode. 9. Комплекс по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что рентгеновская трубка выполнена с прострельным анодом.9. The complex according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the x-ray tube is made with a shooting anode. 10. Комплекс по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что рентгеновская трубка выполнена с вращающимся анодом.10. The complex according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the x-ray tube is made with a rotating anode. 11. Комплекс по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что рентгеновская трубка выполнена со сложным анодом.11. The complex according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the x-ray tube is made with a complex anode. 12. Комплекс по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что рентгеновская трубка выполнена с вольфрамовым анодом.12. The complex according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the x-ray tube is made with a tungsten anode. 13. Комплекс по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, по меньшей мере, один монохроматор, установленный с возможностью выделения и отражения в направлении аналитической установки части квазипараллельного пучка, формируемого рентгеновской линзой, установленной и выполненной с возможностью захвата части расходящегося излучения рентгеновской трубки и преобразования его в квазипараллельный пучок.13. The complex according to any one of paragraphs.10-12, characterized in that it further comprises at least one monochromator installed with the possibility of separation and reflection in the direction of the analytical installation of a part of a quasi-parallel beam formed by an x-ray lens mounted and configured capture part of the diverging radiation of the x-ray tube and converting it into a quasi-parallel beam.
Figure 00000001
Figure 00000001
RU2002127376/20U 2002-10-16 2002-10-16 X-ray measuring and testing complex RU28552U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002127376/20U RU28552U1 (en) 2002-10-16 2002-10-16 X-ray measuring and testing complex

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002127376/20U RU28552U1 (en) 2002-10-16 2002-10-16 X-ray measuring and testing complex

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001119066 Division 2000-08-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU28552U1 true RU28552U1 (en) 2003-03-27

Family

ID=48233577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002127376/20U RU28552U1 (en) 2002-10-16 2002-10-16 X-ray measuring and testing complex

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU28552U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU167810U1 (en) * 2016-07-05 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) Stand for the study of radiation-protective properties of materials
  • 2002

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU167810U1 (en) * 2016-07-05 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) Stand for the study of radiation-protective properties of materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2208227C2 (en) X-ray measuring and testing complex
US5497008A (en) Use of a Kumakhov lens in analytic instruments
Wilkins et al. On the concentration, focusing, and collimation of x‐rays and neutrons using microchannel plates and configurations of holes
US7634052B2 (en) Two-stage x-ray concentrator
US6934359B2 (en) Wavelength dispersive XRF system using focusing optic for excitation and a focusing monochromator for collection
Liermann et al. The Extreme Conditions Beamline at PETRA III, DESY: Possibilities to conduct time resolved monochromatic diffraction experiments in dynamic and laser heated DAC
WO2009083605A1 (en) X-ray beam device
GB2266040A (en) X-ray analysis apparatus
Erko et al. Novel parallel vacuum ultra-violet/X-ray fluorescence spectrometer
Strocov Concept of a spectrometer for resonant inelastic X-ray scattering with parallel detection in incoming and outgoing photon energies
RU28552U1 (en) X-ray measuring and testing complex
US6487269B2 (en) Apparatus for analysing a sample
US20040066894A1 (en) Device for x-ray analytical applications
Lennie et al. A novel facility using a Laue focusing monochromator for high-pressure diffraction at the SRS, Daresbury, UK
Creagh Synchrotron radiation and its use in art, archaeometry, and cultural heritage studies
Hofmann et al. Focusing of synchrotron radiation with polycapillary optics
Owens et al. Polycapillary X-ray optics for macromolecular crystallography
Vis et al. On the development of X-ray microprobes using synchrotron radiation
Ullrich et al. Potential for concentration of synchrotron beams with capillary optics
Arkadiev et al. X-ray focusing by polycapillary arrays
Rehanek et al. A case study of novel X-ray Optics for FEL sources
Ullrich et al. Development of monolithic capillary optics for x-ray diffraction applications
Daymond et al. An experimental test of a neutron silicon lens
Arndt et al. New developments in X-ray optics for macromolecular crystallography using laboratory X-ray sources
Huang et al. Polycapillary optics beam divergence

Legal Events

Date Code Title Description
ND1K Extending utility model patent duration