Рентгенівський вимірювально-випробувальний комплекс

1 Вимірювально-випробувальний комплекс для досліджень в рентгенівському діапазоні випромінювання одночасно на кількох аналітичних установках, який містить джерело випромінювання, канали транспортування випромінювання до аналітичних установок і апаратуру аналітичних установок (5), який відрізняється тим, що як джерело випромінювання він містить джерело (1) розбіжного рентгенівського випромінювання, принаймні один канал транспортування випромінювання до аналітичних установок (5) містить рентгенівську лінзу (2) у вигляді сукупності зігнутих каналів (10) з використанням багаторазового повного зовнішнього відбивання рентгенівського випромінювання від їх стінок (11), встановлену і виконану з можливістю захоплення частини (3) розбіжного рентгенівського випромінювання джерела (1) і перетворення його у квазіпаралельний пучок (4) 2 Комплекс за п 1, який відрізняється тим, що він додатково містить рентгенівську лінзу (6) у вигляді сукупності зігнутих каналів з використанням багаторазового повного зовнішнього відбивання рентгенівського випромінювання від їх стінок, встановлену і виконану з можливістю захоплення частини розбіжного рентгенівського випромінювання джерела (1) і його фокусування, а також аналітичну установку (8), розташовану з боку вихідної фокусної області (22) вказаної рентгенівської лінзи (6) і виконану з можливістю позиціонування об'єкта (18) дослідження для суміщення потрібної його частини з вихідною фокусною областю (22) вказаної рентгенівської лінзи (6) 3 Комплекс за п 2, який відрізняється тим, що аналітична установка (8), розташована з боку вихідної фокусної області (22) вказаної рентгенівської лінзи (6), призначена для проведення спектрометричних досліджень і містить детектор (19) випромінювання, збудженого у досліджуваному зразку (18), підключений до виходу детектора спектрометричний тракт (20) і підключений до виходу останнього засіб (21) обробки й відображення інформації 4 Комплекс за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що він як джерело розбіжного рентгенівського випромінювання містить рентгенівську трубку (1) 5 Комплекс за п 4, який відрізняється тим, що рентгенівська трубка (1) виконана з мікрофокусним анодом 6 Комплекс за п 4, який відрізняється тим, що рентгенівська трубка (1) виконана з прострільним анодом 7 Комплекс за п 4, який відрізняється тим, що рентгенівська трубка (1) виконана з обертовим анодом 8 Комплекс за п 4, який відрізняється тим, що рентгенівська трубка (1) виконана зі складним анодом 9 Комплекс за п 4, який відрізняється тим, що рентгенівська трубка (1) виконана з вольфрамовим анодом 10 Комплекс за будь-яким з пп 7-9, який відрізняється тим, що він додатково містить принаймні один монохроматор (33), встановлений з можливістю виділення і відбивання в напрямку аналітичної установки частини (34, 35) квазіпаралельного пучка (4), формованого рентгенівською лінзою (2), встановленою з можливістю захоплення частини розбіжного рентгенівського випромінювання джерела і виконаною з можливістю перетворення його у квазіпаралельний пучок 11 Комплекс за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що він як джерело розбіжного рентгенівського випромінювання містить плазмове або лазерне рентгенівське джерело 12 Комплекс за будь-яким з пп 1-3, 5-9, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для проведення дифрактометричних досліджень і містить засіб (17) для розміщення досліджуваного зразка (18) і орієнтації його О ю о> о> ю 59495 відносно напрямку поширення квазіпаралельного пучка (4), детектор (19) випромінювання, дифрагованого на досліджуваному зразку, і засіб (25) для взаємного позиціонування детектора і досліджуваного зразка, а також підключений до виходу детектора (19) засіб (26) обробки й відображення інформації 13 Комплекс за будь-яким з пп 1-3, 5-9, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для одержання зображення внутрішньої структури об'єкта і містить засіб (17) для позиціонування об'єкта (18) і детектор (27) випромінювання, що пройшло крізь зразок, із засобами візуалізацм і реєстрації зображення 14 Комплекс за будь-яким з пп 1-3, 5-9, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для здійснення рентгенівської літографи і містить засіб (28) для розміщення маски (29) і встановлений за ним засіб (ЗО) для розміщення підкладинки (31) з нанесеним на її поверхню шаром резисту (32) 15 Комплекс за будь-яким з пп 1-3, 5-9, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для проведення спектрометричних досліджень і містить рентгенівську лінзу (23) у вигляді сукупності зігнутих каналів з використанням багаторазового повного зовнішнього відбивання рентгенівського випромінювання від їх стінок, встановлену і виконану з можливістю фокусування квазіпаралельного пучка випромінювання, засіб (17) позиціонування досліджуваного зразка (18) для суміщення потрібної його частини з областю (24) фокусування рентгенівського випромінювання, детектор (19) збудженого у зразку (18) випромінювання, підключений до виходу детектора (19) спектрометричний тракт (20) і підключений до виходу останнього засіб (21) обробки й відображення інформації 16 Комплекс за п 4, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для проведення дифрактометричних досліджень і містить засіб (17) для розміщення досліджуваного зразка (18) і орієнтації його відносно напрямку поширення квазіпаралельного пучка (4), детектор (19) випромінювання, дифрагованого на досліджуваному зразку, і засіб (25) для взаємного позиціонування детектора і досліджуваного зразка, а також підключений до виходу детектора (19) засіб (26) обробки й відображення інформації 17 Комплекс за п 4, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5) , до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для одержання зображення внутрішньої структури об'єкта і містить засіб (17) для позиціонування об'єкта (18) і детектор (27) випромінювання, що пройшло крізь зразок, із засобами візуалізацм і реєстрації зображення 18 Комплекс за п 4, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для здійснення рентгенівської літографи і містить засіб (28) для розміщення маски (29) і встановлений за ним засіб (ЗО) для розміщення підкладинки (31) з нанесеним на и поверхню шаром резисту (32) 19 Комплекс за п 4, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для проведення спектрометричних досліджень і містить рентгенівську лінзу (23) у вигляді сукупності зігнутих каналів з використанням багаторазового повного зовнішнього відбивання рентгенівського випромінювання від їх стінок, встановлену і виконану з можливістю фокусування квазіпаралельного пучка випромінювання, засіб (17) позиціонування досліджуваного зразка (18) для суміщення потрібної його частини з областю (24) фокусування рентгенівського випромінювання, детектор (19) збудженого у зразку (18) випромінювання, підключений до виходу детектора (19) спектрометричний тракт (20) і підключений до виходу останнього засіб (21) обробки й відображення інформації 20 Комплекс за п 10, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для проведення дифрактометричних досліджень і містить засіб (17) для розміщення досліджуваного зразка (18) і орієнтації його відносно напрямку поширення квазіпаралельного пучка (4), детектор (19) випромінювання, дифрагованого на досліджуваному зразку, і засіб (25) для взаємного позиціонування детектора і досліджуваного зразка, а також підключений до виходу детектора (19) засіб (26) обробки й відображення інформації 21 Комплекс за п 10, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для одержання зображення внутрішньої структури об'єкта і містить засіб (17) для позиціонування об'єкта (18) і детектор (27) випромінювання, що пройшло крізь зразок, із засобами візуалізацм і реєстрації зображення 22 Комплекс за п 10, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для здійснення рентгенівської літографи і містить засіб (28) для розміщення маски (29) і встановлений за ним засіб (ЗО) для розміщення підкладинки (31) з нанесеним на и поверхню шаром резисту (32) 23 Комплекс за п 10, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для проведення спектрометричних досліджень і містить рентгенівську лінзу (23) у вигляді сукупності зігнутих каналів з використанням багаторазового 59495 повного зовнішнього відбивання рентгенівського випромінювання від їх стінок, встановлену і виконану з можливістю фокусування квазіпаралельного пучка випромінювання, засіб (17) позиціонування досліджуваного зразка (18) для суміщення потрібної його частини з областю (24) фокусування рентгенівського випромінювання, детектор (19) збудженого у зразку (18) випромінювання, підключений до виходу детектора (19) спектрометричний тракт (20) і підключений до виходу останнього засіб (21) обробки й відображення інформації 24 Комплекс за п 11, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для проведення дифрактометричних досліджень і містить засіб (17) для розміщення досліджуваного зразка (18) і орієнтації його відносно напрямку поширення квазіпаралельного пучка (4), детектор (19) випромінювання, дифрагованого на досліджуваному зразку, і засіб (25) для взаємного позиціонування детектора і досліджуваного зразка, а також підключений до виходу детектора (19) засіб (26) обробки й відображення інформації 25 Комплекс за п 11, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для одержання зображення внутрішньої структури об'єкта і містить засіб (17) для позиціонування об'єкта (18) і Винахід відноситься до техніки дослідження і випробування речовин, матеріалів або приладів з використанням рентгенівського випромінювання ВІДОМІ комплекси для проведення вказаних досліджень і випробувань одночасно на кількох аналітичних установках (див Синхротронное излучение Под ред К Кунца Москва, издательство "Мир", 1981, с 80-89 [1]) В таких комплексах використовується спільне для усіх аналітичних установок джерело випромінювання Останнє являє собою синхротрон або, в більш сучасних комплексах, - накопичувальне кільце Синхротронне випромінювання, яке виводиться з синхротрона чи накопичувального кільця, транспортується до аналітичних установок (робочих станцій) Із досить широкосмугового синхротронного випромінювання виділяється необхідна для проведення конкретних досліджень чи випробувань спектральна смуга (у випадку, до якого відноситься пропонований винахід - смуга в рентгенівському діапазоні) Склад апаратури кожної аналітичної установки визначається спеціалізацією її на тому чи іншому виді досліджень чи випробувань Відомо, проте, що джерела синхротронного випромінювання, в тому числі накопичувальні кільця, являють собою надзвичайно складні капітальні споруди, вартість яких сягає сотень МІЛЬЙОНІВ доларів Так, накопичувальні кільця, спектр випромінювання яких включає детектор (27) випромінювання, що пройшло крізь зразок, із засобами візуалізацм і реєстрації зображення 26 Комплекс за п 11, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для здійснення рентгенівської літографи і містить засіб (28) для розміщення маски (29) і встановлений за ним засіб (ЗО) для розміщення підкладинки (31) з нанесеним на и поверхню шаром резисту (32) 27 Комплекс за п 11, який відрізняється тим, що принаймні одна з аналітичних установок (5), до якої транспортується квазіпаралельний пучок (4) випромінювання, призначена для проведення спектрометричних досліджень і містить рентгенівську лінзу (23) у вигляді сукупності зігнутих каналів з використанням багаторазового повного зовнішнього відбивання рентгенівського випромінювання від їх стінок, встановлену і виконану з можливістю фокусування квазіпаралельного пучка випромінювання, засіб (17) позиціонування досліджуваного зразка (18) для суміщення потрібної його частини з областю (24) фокусування рентгенівського випромінювання, детектор (19) збудженого у зразку (18) випромінювання, підключений до виходу детектора (19) спектрометричний тракт (20) і підключений до виходу останнього засіб (21) обробки й відображення інформації рентгенівський діапазон, мають діаметр не менше 50м ([1], с 80) При їх експлуатації, враховуючи гігантські розміри, найскладнішою проблемою є підтримання прийнятного ступеня вакууму, в тому числі у сполучених з накопичувачем каналах транспортування синхротронного випромінювання до аналітичних установок, віддалених від периферії кільця на десятки метрів, та експериментальному об'ємі кожної аналітичної установки Порушення вакууму в будь-якій з аналітичних установок може вивести з ладу прилади не лише в самому накопичувачі, а й усіх пов'язаних з ним пристроях ([1], с 80) Саме виділення рентгенівського випромінювання і формування кількох пучків за числом аналітичних установок з вузьконаправленого пучка, що виходить з синхротрона чи накопичувального кільця, яке має здійснюватися у вакуумі, являє собою серйозну задачу, яку розв'язують за допомогою системи дзеркал ковзного падіння і кристалів При каналах згаданої протяжності необхідно вжити спеціальних заходів для контролю й утримання положення кожного із сформованих пучків, ширина яких у вертикальній площині складає одиниці мілірадіанів Так, зміщення пучка на відстані 40м всього лише на 10мм означає втрату одного-двох порядків інтенсивності, в залежності від апертури аналітичної установки ([1], с 85) 59495 Для синхротронів і накопичувальних кілець вказаних розмірів досить складно розв'язується також задача захисту від радіації як персоналу, що експлуатує власне синхротрон чи накопичувач, так і дослідницького персоналу аналітичних установок Нарешті, комплекси на основі синхротронів чи накопичувальних кілець є настільки дорогими, що фінансувати їх будівництво може далеко не кожна держава Тому, їх КІЛЬКІСТЬ обчислюється одиницями, і останніми десятиліттями державам доводиться об'єднуватися, щоб побудувати такі комплекси Як приклад можна назвати Європейський центр синхротронного випромінювання (Гренобль, Франція) Незважаючи на відмічені недоліки, джерела синхротронного випромінювання на теперішній час є практично єдиним видом джерел, що дозволяють одержати достатню для цілей досліджень і випробовувань спектральну густину вузько направленого випромінювання у потрібному робочому діапазоні одночасно для кількох аналітичних установок Тому дуже важливим є створення комплексу, легкодоступного для вчених та інженерів, у якому могла б бути одержана висока яскравість випромінювання у ВХІДНІЙ апертурі аналітичних установок при використанні дешевих джерел Задача створення комплексу, позбавленого від названих недоліків (гігантські розміри і надзвичайно висока вартість, проблеми підтримання вакууму і забезпечення радіаційної безпеки, формування кількох пучків і управління ними при транспортуванні випромінювання до аналітичних установок) розв'язується пропонованим винаходом Пропонований вимірювально-випробувальний комплекс для досліджень у рентгенівському діапазоні випромінювання одночасно на кількох аналітичних установках, як і відомий, містить джерело випромінювання, канали транспортування випромінювання до аналітичних установок і апаратуру аналітичних установок На відміну від відомого, пропонований комплекс в ролі джерела випромінювання містить джерело розбіжного рентгенівського випромінювання, кожен канал транспортування випромінювання до аналітичних установок містить рентгенівську лінзу у вигляді сукупності зігнутих каналів з використанням багаторазового повного зовнішнього відбивання рентгенівського випромінювання від їх стінок, встановлену з можливістю захоплення частини розбіжного рентгенівського випромінювання джерела і виконану з можливістю перетворення його у квазіпаралельне В ролі джерела розбіжного рентгенівського випромінювання можуть бути використані рентгенівська трубка, лазерний або плазмовий джерела Таким чином, одержання названих видів технічного результату забезпечується пропонованим винаходом завдяки ВІДМОВІ ВІД використання синхротрона чи накопичу вального кільця як джерела випромінювання і застосування в ролі такого джерела, зокрема, стандартної рентгенівської трубки, і рентгенівських лінз для відбирання випромінювання і формування 8 вузьконаправлених квазіпаралельних пучків, що транспортують рентгенівське випромінювання до аналітичних установок Крім того/ комплекс додатково може містити рентгенівську лінзу у вигляді сукупності зігнутих каналів з використанням багаторазового повного зовнішнього відбивання рентгенівського випромінювання від їх стінок, встановлену з можливістю захоплення частини розбіжного рентгенівського випромінювання джерела і виконану з можливістю його фокусування, а також аналітичну установку, виконану з можливістю розміщення об'єкта дослідження із суміщенням потрібної його частини з областю фокусування рентгенівського випромінювання При використанні у пропонованому комплексі в ролі джерела розбіжного рентгенівського випромінювання рентгенівської трубки остання може бути виконана з різними видами анода, зокрема, мікрофокусним, прострільним, обертовим, складним, вольфрамовим Використання рентгенівської трубки, в якій анод виконано мікрофокусним або прострільним, є доцільним для одержання випромінювання, розбіжного у великому тілесному куті, трубки зі складним анодом - для забезпечення можливості одержання різних спектральних ЛІНІЙ випромінювання ВІДПОВІДНО ДО ХІМІЧНИХ елементів, що входять до складу анода, трубки з обертовим анодом - для забезпечення можливості одержання великої потужності завдяки покращенню відводу тепла, трубки з вольфрамовим анодом - для одержання широкосмугового рентгенівського випромінювання У випадках, коли в ролі джерела розбіжного рентгенівського випромінювання пропонований комплекс містить рентгенівську трубку з обертовим або складним або вольфрамовим анодом, він може додатково містити принаймні один монохроматор, встановлений на шляху квазіпаралельного пучка, що формується рентгенівською лінзою, з можливістю виділення і відбивання частини цього пучка в напрямку до аналітичної установки У цих випадках квазіпаралельний пучок, що формується однією рентгенівською лінзою, використовується для забезпечення рентгенівським випромінюванням щонайменше двох аналітичних установок У випадку, коли аналітична установка, що входить до складу пропонованого комплексу, призначена для проведення спектрометричних досліджень, вона містить засіб для розміщення досліджуваного зразка, детектор збудженого t у зразку випромінювання, підключений до виходу детектора спектрометричний тракт і підключений до виходу останнього засіб обробки й відображення інформації Така аналітична установка розміщується з боку вихідної фокусної області рентгенівської лінзи, що входить до складу комплексу, встановленої з можливістю захоплення частини розбіжного рентгенівського випромінювання джерела і виконаної з можливістю його фокусування Ця аналітична установка повинна бути виконана з можливістю суміщення потрібної частини досліджуваного зразка з фокусною областю вказаної лінзи В аналітичних установках, до яких транспортується квазіпаралельний пучок випромінювання, є, зокрема, наступні можливості Якщо така аналітична установка призначена для проведення спектрометричних досліджень, можна містить рентгенівську лінзу у вигляді сукупності зігнутих каналів з використанням багаторазового повного зовнішнього відбивання рентгенівського випромінювання від їх стінок, встановлену з можливістю фокусування квазіпаралельного пучка випромінювання, і засіб для розміщення досліджуваного зразка із суміщенням потрібної його частини з областю фокусування рентгенівського випромінювання Крім того, аналітична установка, що розглядається, містить детектор збудженого у досліджуваному зразку випромінювання, підключений до виходу детектора спектрометричний тракт і підключений до виходу останнього засіб обробки й відображення інформації У випадку, якщо аналітична установка у складі пропонованого комплексу, до якої транспортується квазіпаралельний пучок випромінювання, призначена для проведення дифрактометричних досліджень, вона містить засіб для розміщення досліджуваного зразка й орієнтації його відносно напрямку поширення пучка, детектор випромінювання, дифрагованого на досліджуваному зразку, і засіб для взаємного позиціонування детектора і досліджуваного зразка, а також підключений до виходу детектора засіб обробки й відображення інформації У випадку, якщо аналітична установка у складі пропонованого комплексу, до якої транспортується квазіпаралельний пучок випромінювання, призначена для одержання зображення внутрішньої структури об'єктів, вона містить засіб для позиціонування об'єкта і детектор випромінювання, що пройшло крізь об'єкт, із засобами візуалізацм і реєстрації зображення У випадку, якщо аналітична установка у складі пропонованого комплексу, до якої транспортується квазіпаралельний пучок випромінювання, призначена для здійснення рентгенівської літографи, вона містить засіб для розміщення маски і встановлений за ним засіб для розміщення підкладинки з нанесеним на м поверхню шаром резисту Пропонований винахід ілюструється кресленнями, на яких показані на Фіг 1 - склад і взаємне розташування основних частин пропонованого комплексу, на Фіг 2 - поширення рентгенівського випромінювання з багаторазовим повним ЗОВНІШНІМ відбиванням вздовж окремого каналу рентгенівської лінзи, на Фіг 3 схематичне зображення рентгенівської лінзи для фокусування розбіжного випромінювання ("повної" лінзи), на Фіг 4 схематичне зображення рентгенівської лінзи для перетворення розбіжного випромінювання у квазіпаралельне ("ПІВЛІНЗИ'}, на Фіг 5 - склад і взаємне розташування апаратури аналітичної установки, призначеної для проведення спектрометричних досліджень, у 59495 10 випадку, коли випромінювання джерела транспортується до цієї установки "повною" рентгенівською лінзою, що фокусує розбіжне випромінювання джерела, на Фіг 6 - те ж саме у випадку, коли до аналітичної установки транспортується квазіпаралельне випромінювання, сформоване "ПІВЛІНЗОЮ", на Фіг 7 - склад і взаємне розташування апаратури аналітичної установки, до якої транспортується квазіпаралельне випромінювання, призначеної для проведення дифрактометричних досліджень, на Фіг 8 - склад і взаємне розташування апаратури аналітичної установки, до якої транспортується квазіпаралельне випромінювання, призначеної для одержання зображення внутрішньої структури об'єкта, на Фіг 9 - склад і взаємне розташування апаратури аналітичної установки, до якої транспортується квазіпаралельне випромінювання, призначеної для здійснення рентгенівської літографи, на Фіг 10 - варіант "геометри" розташування складових частин пропонованого комплексу при використанні монохроматорів для "розщеплення" квазіпаралельного пучка на частини, що транспортуються до кількох аналітичних установок Пропонований комплекс (Фіг 1) містить рентгенівську трубку 1, що є спільним джерелом рентгенівського випромінювання для аналітичних установок (робочих станцій) 5, кожна з яких має склад апаратури, що відповідає спеціалізації аналітичної установки на певному виді досліджень, вимірювань чи випробувань У тілесному куті, що відповідає формованому рентгенівською трубкою 1 випромінюванню, розташовано кілька (по числу аналітичних установок 5) рентгенівських лінз 2, кожна з яких захоплює частину випромінювання рентгенівської трубки 1 в тілесному куті 3 і перетворює розбіжне випромінювання, що нею сприймається, в пучок 4 квазіпаралельного випромінювання Фокусні області рентгенівських лінз 2 з боку їх вхідних торців, по можливості, суміщені одна з одною та з центром вихідної апертури рентгенівської трубки 1 Вихідний пучок 4 кожної з лінз 2 направлений на вхідну апертуру відповідної аналітичної установки 5 Аналітичні установки 5 розташовані від рентгенівських лінз 2 на відстані, обраній з міркувань зручності розміщення (щоб відстань між пучками в зоні розміщення аналітичних установок була достатньою для розміщення апаратури і персоналу) Рентгенівські лінзи 2, виконані з можливістю перетворення розбіжного рентгенівського випромінювання у квазіпаралельне, разом з квазіпаралельними пучками 4, що ними формуються, утворюють канали транспортування рентгенівського випромінювання від джерела (рентгенівської трубки 1) до аналітичних установок (робочих станцій) 5 У наступному випадку комплекс може містити також одну чи кілька рентгенівських лінз 6, що 12 11 59495 фокусують захоплене ними розбіжне фокусування такого випромінювання випромінювання рентгенівської трубки в малій В подальшому для позначення лінз двох області, яка знаходиться в заданому МІСЦІ на вході названих типів, в тому числі й таких, що мають спеціалізованої аналітичної установки 8, яка відмінне від описаного конструктивне виконання, потребує саме такого характеру рентгенівського закріпилися ВІДПОВІДНО терміни "повна лінза" й випромінювання, що діє на досліджуваний об'єкт "півлінза" Відповідна термінологія Сфокусованому вихідному пучку рентгенівського використовується і нижче при описанні випромінювання лінзи 6 на Фіг 1 відповідає пропонованого винаходу тілесний кут 7 При необхідності в комплексі, що не Відома також лінза, в якій стінки сусідніх має фокусувальних лінз 6 безпосередньо в зоні каналів транспортування випромінювання випромінювання рентгенівської трубки, контактують одна з одною по всій довжині, а самі еквівалентна названій вище дія може бути канали мають змінний по довжині поперечний одержана шляхом включення до складу переріз, що змінюється за тим же законом, що й аналітичної установки 5 лінзи, аналогічної одній із повний поперечний переріз лінзи (V М Andreevsky, лінз 2, але орієнтованої протилежно їй Така лінза М V Gubarev, P I Zhidkin, M A Kumakhov, перетворює квазіпаралельний пучок 4 А V Noskm, I Yu Ponomarev, Kh Z Ustok X-ray рентгенівського випромінювання у сфокусований waveguide system with a variable cross-section of the пучок sections The IV-th All-Umon Conference on Interaction of Radiation with Solids Book of Abstracts Захист персоналу аналітичних установок від (May 15-19, 1990, Elbrus settlement, Kabardinoпрямого рентгенівського випромінювання трубки 1 Balkarian ASSR, USSR, pp 177-178) [4], патент забезпечується екраном 9, що має отвори за США №5,570,408 {опубл 29 10 96) [5]) "Повна розмірами перерізів пучків 4, 7 Захисний екран 9 лінза" і "півлінза" з такими каналами схематично може знаходитися як поблизу аналітичних показані на Фіг 3 і Фіг 4 ВІДПОВІДНО установок 5, 8 (цей випадок показано на Фіг 1) , так і поблизу вихідних торців рентгенівських лінз 2, 6 "Повна" лінза (ФігЗ) має канали, зігнуті таким Оскільки довжина пучків 4 може становити кілька чином, що продовження їх ліворуч та праворуч від метрів і більше, у першому випадку розміри екрану ВІДПОВІДНИХ торців сходяться у ЛІВІЙ 13 і правій 14 фокусних областях, розмір яких має порядок 9 є значно більшими, ніж у другому Однак у діаметра окремого каналу Кривина каналів, другому випадку слід очікувати більшого впливу розташованих ближче до периферії "повної" лінзи, неточностей виготовлення захисного екрану на більше, ніж каналів, що знаходяться ближче до и імовірність дії на персонал прямого оптичної осі 15, яка збігається з повздовжньою випромінювання рентгенівської трубки 1 віссю симетрії Для забезпечення фокусування Найважливішими елементами пропонованого розбіжного рентгенівського випромінювання комплексу, завдяки використанню яких вдається квазіточкове джерело має знаходитися в одній з забезпечити досягнення технічного результату, фокусних областей, тоді фокусування складові якого були перелічені вище при розкритті відбувається в ІНШІЙ фокусній області винаходу, є рентгенівські лінзи Перші лінзи для керування рентгенівським "Півлінза", показана на Фіг 4, при подачі випромінюванням (фокусування розбіжного розбіжного випромінювання зліва забезпечує випромінювання, формування паралельного перетворення його у квазіпаралельне потоку з розбіжного випромінювання, фокусування випромінювання, що виходить з правого торця паралельного випромінювання та ш), являли Вигин каналів, різний на різній віддалі від оптичної собою сукупність зігнутих потрібним чином каналів осі 15 "ПІВЛІНЗИ", забезпечує перетин продовжень їх лівих КІНЦІВ у фокусній області 16 "ПІВЛІНЗИ", яка 10 (Фіг 2) транспортування випромінювання, у яких повинна збігатися з розміщенням квазіточкового випромінювання зазнає багаторазового повного джерела розбіжного рентгенівського зовнішнього відбивання від стінок 11 Процес багаторазового повного зовнішнього відбивання випромінювання, у вихідного торця (правого за окремого кванта рентгенівського випромінювання Фіг 4) канали "ПІВЛІНЗИ" паралельні При подачі при поширенні вздовж одного з каналів 10 квазіпаралельного рентгенівського рентгенівської лінзи показано на Фіг 2 ламаною випромінювання на правий за Фіг 4 торець ЛІНІЄЮ 12 Такі лінзи виготовляються у вигляді "ПІВЛІНЗИ" ВОНО фокусується у фокусній області 16, великої КІЛЬКОСТІ капілярів або пол і капілярі в, що розташованій біля лівого торця проходять крізь отвори чи комірки Оскільки використовується джерело підтримувальних структур, встановлених на певній (рентгенівська трубка), що дає безпосередньо відстані вздовж довжини лінзи (див В А Аркадьев, рентгенівське випромінювання, ніяких засобів для А И Коломийцев, М А Кумахов и др виділення випромінювання рентгенівського Широкополосная рентгеновская оптика з большой діапазону з випромінювання джерела в угловой апертурой Успехи физических наук, 1989, описуваному комплексі не вимагається Відбір том 157, випуск З, с 529-537 [2], патент США випромінювання і розподіл його по каналах №5,192,869 (опубл 09 03 93) [3]) Лінза в цілому транспортування до аналітичних установок також має форму бочки (тобто звужується до обох не потребує застосування яких-небудь торців), якщо вона призначена для фокусування спеціальних засобів чи технічний прийомів розбіжного випромінювання, або півбочки (тобто достатньо розташувати лінзи 2, 6 в зоні виходу звужується лише до одного з торців) , якщо вона випромінювання з трубки 1 на відстані, що призначена для перетворення розбіжного забезпечує близькість фокусних областей лінз до випомінювання у квазіпаралельне або для ефективного геометричного центру 14 13 59495 випромінювання трубки 1 збудженого у зразку випромінювання, підключений до виходу детектора 19 спектрометричний тракт Не вимагається також ніяких особливих засобів для підтримання потрібної траєкторії 20 і підключений до виходу останнього засіб 21 сформованих променів (рентгенівських пучків 4, 7) обробки й відображення інформації Така на шляху до аналітичних установок 5, 8 достатньо аналітична установка 8 розміщується з боку забезпечити взаємну механічну нерухомість вихідної фокусної області 22 "повної" рентгенівської трубки 1 і лінз 2, 6 Властивості рентгенівської лінзи 6, що входить до складу рентгенівської трубки 1 і рентгенівських лінз 2, 6 комплексу (див також Фіг 1), встановленої з стабільні і дозволяють обходитися без якихможливістю захоплення частини розбіжного небудь підстроювань після правильного рентгенівського випромінювання джерела 1 і початкового встановлення виконаної з можливістю його фокусування Засіб 17 для розміщення досліджуваного зразка повинен Оскільки довжина пучка транспортованого забезпечувати можливість суміщення потрібної квазіпаралельного випромінювання, тобто частини досліджуваного зразка 18 з вихідною відстань між вихідними торцями рентгенівських фокусною областю 22 (правою за Фіг 1, Фіг 5) лінз і аналітичними установкам, не перевищує "повної" лінзи 6 ВІДОМОСТІ про елементи кількох метрів (такої відстані достатньо для спектрометричного тракту 20 (підсилювачі, зручного розміщення апаратури аналітичних режектор накладень, багатоканальний установок і персоналу), загасання і розсіяння амплітудний аналізатор та ш), а також про засіб рентгенівського випромінювання є незначним Тому транспортування випромінювання можливе 21 обробки й відображення інформації наведені, безпосередньо у повітряному середовищі, без зокрема в книжці Р Вольдсет Прикладная вживання яких-небудь заходів з вакуумування, спектрометрия рентгеновского излучения М , завдяки чому ніяких проблем, пов'язаних з Атомиздат, 1977 [6], розділ 2 Основною областю підтриманням вакууму, в пропонованому комплексі застосування спектрометричних досліджень є не існує визначення елементного складу зразка з оцінкою, КІЛЬКІСНОГО вмісту в ньому різних ХІМІЧНИХ Радіаційний захист, що реалізується за елементів допомогою екрану 9, конструктивно є досить простим і при невеликій потужності рентгенівської Аналогічна розглянутій аналітична установка трубки 1 (яка, як буде показано нижче, може може використовувати і квазіпаралельне виявитися цілком прийнятною) може бути рентгенівське випромінювання, пучок якого забезпечений навіть звичайними будівельними сформовано однією з "ПІВЛІНЗ" 2 (Фіг 1) Для цього конструкціями достатньо доповнити установку 8/ показану на Фіг 5, "ПІВЛІНЗОЮ" 23 (див Фіг 6, де показано На відміну від синхротрона, якому властивий установку 5, що одержується в результаті такого імпульсний характер випромінювання, параметри доповнення) Роль вихідної фокусної області якого не можуть бути змінені персоналом "повної" лінзи виконує фокусна область 24 аналітичних установок, випромінювання "ПІВЛІНЗИ" 23 рентгенівської трубки може бути як неперервним, так і імпульсним з бажаними параметрами У випадку, якщо аналітична установка 5 у останнього Завдяки можливості роботи при складі пропонованого комплексу, до якої неперервному випромінюванні в пропонованому транспортується квазіпаралельний пучок комплексі можуть проводитися дослідження, для випромінювання, призначена для проведення яких імпульсне випромінювання неприйнятне дифрактометричних досліджень, вона містить (наприклад, через те, що при однаковій з (Фіг 7) засіб 17 для розміщення досліджуваного неперервним випромінюванням середній зразка 18 і орієнтації його відносно напрямку інтенсивності імпульсного випромінювання поширення пучка 4, детектор 19 випромінювання, можливі прояви нелінійних ефектів у дифрагованого на досліджуваному зразку, і засіб досліджуваному середовищі, викликаних досить 25 для взаємного позиціонування детектора 19 і великою інтенсивністю в імпульсі) досліджуваного зразка 18, а також підключений до виходу детектора 19 засіб 26 обробки й Аналітичні установки в складі пропонованого відображення інформації До засобу 25 для комплексу можуть бути призначені для взаємного позиціонування детектора і розв'язання великої КІЛЬКОСТІ ДОСИТЬ різноманітних досліджуваного зразка і засобу 17 для розміщення фундаментальних і прикладних задач Це досліджуваного зразка і орієнтації його відносно дифрактометрія і топографія простих, складних, а напрямку поширення пучка ставиться вимога також білкових кристалів, це забезпечення високої кутової точності, і вони рентгенофлуоресцентний аналіз за допомогою виконуються у вигляді гоніометричних механізмів сфокусованих рентгенівських пучків, це Основною областю застосування такої аналітичної одержання внутрішньої структури різних об'єктів, установки є дослідження кристалічних зразків включаючи біологічні, в тому числі в медичних цілях, це - аналіз нових матеріалів і лікарських У випадку, якщо аналітична установка 5 у засобів, аналіз "чипів", властивостей і якості складі пропонованого комплексу, до якої поверхонь і т д транспортується квазіпаралельний пучок випромінювання, призначена для одержання У випадку, якщо аналітична установка, що зображення внутрішньої структури об'єктів, вона входить до складу пропонованого комплексу, містить (Фіг 8) засіб 17 для розміщення об'єкта 18 і призначена для проведення спектрометричних детектор 27 випромінювання, що крізь нього досліджень, вона містить (Фіг 5) засіб 17 для пройшло У найпростішому випадку в ролі такого розміщення досліджуваного зразка 18, детектор 19 16 15 59495 детектора використовується звичайна обертовим анодом При використанні такої трубки рентгенівська плівка в упаковці, яка захищає и від джерело випромінювання є ЛІНІЙНИМ Трубка має дії світла Така плівка одночасно виконує функцію два вихідних вікна Рентгенівські оптичні пристрої засобу реєстрації зображення, а після проявлення можуть "забирати" лише випромінювання, що - також функцію засобу його візуалізацм Інші виходить з цих двох вікон Для забезпечення схеми одержання зображень, застосовувані в можливості роботи великої КІЛЬКОСТІ аналітичних аналітичних установках пропонованого комплексу, установок на шляху сформованого рентгенівською описані, наприклад, у європейській заявці "ПІВЛІНЗОЮ" 2 квазіпаралельного пучка 4 №ЕР0742150 (опубл 31 07 96) [7] розташовано під різними кутами кілька (5-10) монохроматорів 33, які "перехоплюють" різні У випадку, якщо аналітична установка 5 у частини 34 поперечного перерізу початкового складі пропонованого комплексу, до якої пучка 4, що виходить з "ПІВЛІНЗИ" 2, і направляюсь транспортується квазіпаралельний пучок відбиті частини 35 початкового пучка 4 до випромінювання, призначена для здійснення аналітичних установок 5 В ролі монохроматорів рентгенівської літографи, вона містить (Фіг 9) засіб 33 можуть бути використані, наприклад, кристали з 28 для розміщення маски 29 і встановлений за ним площинами зрізу, не паралельними кристалічним засіб ЗО для розміщення під клад инки 31 з площинам, та шаруваті структури Тип нанесеним на м поверхню шаром резисту 32 монохроматора і кут його орієнтації відносно Більш складні схеми див , наприклад, в патенті напрямку пучка рентгенівського випромінювання, США №5,175,755 (опубл 29 12 92) [8] що виходить з "ПІВЛІНЗИ", визначають потрібний Низка інших прикладів структури аналітичних ступінь колімації дифрагованої на ньому частини установок, в тому числі з використанням у їх складі пучка рентгенівських "повних" лінз і "ПІВЛІНЗ", описані, наприклад, в патенті США №5,497,008 (опубл Таким чином, при використанні в ролі джерела 05 03 96) [9]) і європейському патенті розбіжного випромінювання рентгенівської трубки №ЕР0555376 (опубл 18 03 98) [10] канали транспортування випромінювання до аналітичних установок можуть бути поділені на Якщо в ролі матеріалу анода трубки наступні частини використовується вольфрам, то за допомогою монохроматорів можна відбирати в геометри, показаній на Фіг 1 найрізноманітніші довжини хвиль, оскільки проміжок рентгенівська трубка 1 (точніше, м випромінювання вольфраму є досить анод) - вхідний торець рентгенівської лінзи 2 або 7 широкосмуговим та інтенсивним (в межах тілесного кута 3), Якщо в ролі анода використовується складна канали рентгенівської лінзи 2 або 7, мішень, виконана з кількох ХІМІЧНИХ елементів, то проміжок вихідний торець рентгенівської лінзи монохроматори будуть селективно відбирати ті чи 2 або 7 - аналітична установка 5 або 8 (в межах ІНШІ довжини хвиль характеристичних поперечного перерізу вихідного пучка 4 лінзи 2 або випромінювань складного анода тілесного кута 7, який відповідає вихідному пучку лінзи 6), Вибір типу використовуваного джерела розбіжного рентгенівського випромінювання в геометри, показаній на Фіг 10 визначається, зокрема, розв'язуваною задачею проміжок рентгенівська трубка 1 (точніше, м Так, випромінювання лазерних і плазмових анод) - вхідний торець рентгенівської лінзи 2 (в джерел, що лежить у м'якому рентгенівському межах тілесного кута 3), діапазоні, можна використовувати при проведенні канали рентгенівської лінзи 2, досліджень у біологи, медицині, для мікроскопи та проміжок вихідний торець рентгенівської лінзи ін Крім того, такі джерела, а також рентгенівські 2 - монохроматор 33 (в межах поперечного трубки достатньої потужності можуть бути перерізу частини 34 вихідного пучка 4 лінзи 2), використані в комплексах, що містять аналітичні проміжок монохроматор 33 - аналітична установки (робочі станції), за допомогою яких установка 5 (в межах поперечного перерізу розв'язуються задачі рентгенівської літографи (як відбитого монохроматором пучка 35) контактної, так і проекційної) та LIGA-технологп Наведемо порівняння параметрів випромінювання сучасних синхротронів і В залежності від типу рентгенівської трубки рентгенівської трубки в комплексі пропонованої можна використовувати різну "геометрію" конструкції розташування анода трубки, рентгенівської лінзи й аналітичної установки В книжці [1] на рис 15 (с 20) наведено криву яскравості випромінювання англійського Розглянута вище "геометрія", показана на синхротрона "Dons" (Е=2Г еВ, струм ЗООмА) Як Фіг 1, коли кожній аналітичній установці відповідає видно з цього рисунка, в околі 10кеВ цей своя рентгенівська лінза, що формує пучок синхротрон випромінює 10 10 фотон/с еВ (мрад)2, випромінювання тільки для цієї аналітичної тобто у вузькому тілесному куті, рівному 1 мрад, і установки, є однією з можливих У цій "геометри" вузькому спектральному діапазоні, рівному 1еВ доцільно використовувати, наприклад, трубки з "Dons" випромінює протягом секунди близько 101 прострільним або мікрофокусним анодом Такі фотонів Рентгенівська трубка потужністю 1Вт за трубки випромінюють практично у півпростір, тому такий же час випромінює ізотропно приблизно в тілесному куті їх випромінювання можна 31011 фотонів Це - квазімонохроматичні фотони в розмістити велику КІЛЬКІСТЬ "ПІВЛІНЗ" І "ПОВНИХ" ЛІНЗ спектральному діапазоні шириною близько ЮеВ На Фіг 10 показано іншу "геометрію", в більшій ВІДПОВІДНО, трубка потужністю 10кВт випромінює мірі характерну для рентгенівського джерела у 31015 фотонів за 1 секунду вигляді трубки (умовно показану позицією 1) з 17 59495 За допомогою рентгенівської "ПІВЛІНЗИ", що перетворює розбіжне випромінювання у квазіпаралельне і використовується в пропонованому комплексі, можна одержати наступне число фотонів, транспортованих квазіпаралельно з кутовою розбіжністю близько Змрад М=31015ДЕ(эТ3)2/4Ефот/с(Змрад)210еВ, где эТз - апертура захоплення випромінювання рентгенівської трубки "ПІВЛІНЗОЮ", Д - коефіцієнт передачі "ПІВЛІНЗИ" Вважаючи, що эТз=0,1рад, Д=0,3, одержуємо М=2,51011фот/сеВ (мрад)2, тобто в пропонованому комплексі рентгенівська трубка з середньою потужністю 10кВт, сполучена з оптикою, дає в тому ж спектральному і кутовому інтервалі в 25 разів більшу інтенсивність, ніж синхротрон "Dons" Звідси ВИДНО, ЩО однакову з синхротроном "Dons" густину випромінювання в околі ЮкеВ можна одержати в пропонованому комплексі при потужності трубки лише 400Вт Такі і навіть більш потужні трубки широко використовуються в наукових дослідженнях, наприклад, в дифрактометрм Так, компанія Philips використовує для дифрактометрм трубку потужністю 2,5кВт Зараз виготовляються і вільно продаються трубки з обертовим анодом потужністю від ЗО до 100кВт Вартість цих трубок разом з генератором складає близько 100 тисяч доларів, що приблизно на 3 порядки менше вартості синхротрона З наведених розрахунків і прикладів видно, наскільки ефективним і доцільним є використання пропонованого рішення Пропонований комплекс внаслідок своєї, відносної простоти і дешевизни в порівнянні з 18 традиційними засобами є доступним для широкого кола спеціалістів і дозволяє суттєво розширити масштаби використання рентгенівських досліджень, випробовувань та вимірювань, забезпечуючи прийнятну яскравість випромінювання у ВХІДНІЙ апертурі аналітичних установок Можна припустити, що в перспективі він зможе знайти широке застосування у великих і середніх фізичних лабораторіях Джерела інформації 1 Синхротронное излучение Под ред К Кунца Москва, издательство "Мир", 1981 2 В А Аркадьев, А И Коломийцев, М А Кумахов и др Широкополосная рентгеновская оптика з большой угловой апертурой Успехи физических наук, 1989, том 157, выпуск 3, с 529-537 3 Патент США №5,192,869 (опубл 09 03 93) 4 V М Andreevsky, M V Gubarev, P I Zhidkin, М A Kumakhov, A V Noskm, I Yu Ponomarev, Kh Z Ustok X-ray waveguide system with a variable cross-section of the sections The IV-th Ail-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 2910 96) 6 P Вольдсет Прикладная спектрометрия рентгеновского излучения Москава, Атомиздат, 1977 7 Европейская заявка №ЕР0742150 (опубл 31 07 96) 8 Патент США №5,175,755 (опубл 2912 92) 9 Патент США №5,497,008 (опубл 05 03 96) 10 Европейский патент №ЕР0555376 (опубл 18 03 98) Фіг. З Фіг. 1 15Фіг. 2 Фіг. 4 19 1 20 59495 6 Фіг. 8 Фіг. 5 Фіг. 6 Фіг. 10 Фіг. 7 Комп'ютерна верстка О. Воробей Підписано до друку 06.10.2003 Тираж39 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м. Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул. Артема, 77, м. Київ, 04050, Україна