Устройство для монохроматизации и фокусировки синхротронного рентгеновского излучения

 

.1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ MOHQXPOМАТЙЗАЦИИ И ФОКУСИРОВКИ СИНХРОТРОНHOIO РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее корятус, расположенные в нем пару недодвижных роликовых опор и пару подвижных опор, фокусируюш1й кристалл-монохроматор, расположённый между парой неподвижных и парой подвижных опор, средства приложения нагрузки к паре подвижных опор, выполненные в виде источников нагрузки и передаточных элементов , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения срока службы кристалла-монохроматора и улучшения условий фокусировки, под вижные опоры выполнены в внце круглых валов с опорными концевыми участками и расположенным эксцентрично относительно них .центральным участком, длина которого выбрана не меньшей ширины кpиcтaллa- /Ioнoхроматора в месте их контакта, причем опорные концевые участки установлены в паре разрезных -направляющих с Треугольным или полукруглым профи-, лем, выполненных в корпусе и снабженных каждая плоскими боковыми поверхностями, в контакте с которыми при помощи зажимных планок установлены неподвижные роликовые опоры, длина каждой из которых выбрана равной полуширине кристалла-монохрома:тора в месте их контакта, один опорный концевой участок снабжен консолью, выступающей за разрезные направлякнцие и взаимодействующей с передаточным элементом, и в уст- j ройство дополнительно введена пара S средств приложения упругой нагрузки W к опорным концевым участкам валов в направлении относительно их направляющих , соответствуня«ем направлению действия нагрузки на кристалл-монохроматор , а каждое средств выполнено в виде двух передаточных элементов,расположенных между раз-, резными направляющими, и пружинного . элемента. vl 2. Устройство по п. 1, о т л исо ч а ю щ е е с я тем, что,с .целью обеспечения возможности использоваг00 ния кристсшлов-монохроматоров разной о толщины, передаточные элементы средств приложения нагрузки к паре со подвижных опор снабжены устройством для зажима консолей с возможностью поворота валов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

3(51) G 21 К:1 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21)3509672/18-25 (22) 11..11.82 (46) 15.02.84. Бюл. В 6 (?2). В.Н.Корнеев (71) Институт биологической физики AH СССР (-53) 548.73(088 ° 8) (56) 1.. Патент CuJA Р 3439163, кл. 250-51.5, опублик. 196 9.

2. Авторское свидетельство СССР .

М 915098, кл. G 21 К 1/06, 1981 (прототип)..(54)(57). 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНОХРОИАТИЗАЦИИ И ФОКУСИРОВКИ СННХРОТРОН. НОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ЮЛУЧЕНИЯ, содержащее корпус, расположенные в нем пару неподвижных .роликовых опор и пару подвижных опор, фокусирующий кристалл-монохроматор, расположенный между парой неподвижных и парой подвижных опор, средства приложения нагрузки к паре подвижных опор, выполненные в виде источников нагрузки и передаточных элементов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения срока службы кристалла-монохроматора и улучшения условий фокусировки, под-. вижные опоры выполнены в виде круглых валов с опорными концевыми участками и расположенным эксцейтрично относительно них .центральным участком, длина которого выбрана: не меньшей ширины кристалла-.монохроматора в месте их контакта, причем опорные концевые участки установлены в паре разрезных направляющих .с треугольным или полукруглым профи-, лем, выполненных в корпусе и снабженных каждая плоскими боковыми поверхностями,:в контакте с которыми при помощи зажимных планок установлены неподвижные роликовые опоры, . длина каждой из которых выбрана равной полуширине кристалла-монохроматора в месте их контакта, один опорный концевой участок снаб жен консолью, выступающей за разрезные направляющие и взаимодействующей с передаточным элементом, и в устройство дополнительно введена пара Е средств приложения упругой нагрузки к опорным концевым участкам валов в направлении относительно их направляющих, соответствующем направлению действия нагрузки на кристалл-монохроматор, а каждое из-этих средств выполнено в виде двух передаточных элементов, расположенных между раз-. резными направляющими, и пружинного элемента.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я .тем, что, с .целью обеспечения возможности использова-. ния кристаллов-монохрсматоров разной толщины, передаточные элементы средств приложения нагрузки к паре подвижных опор снабжены устройством для зажима консолей с воэможностью поворота валов.

1073803

Изобретение относится к устройствам для монохроматизацни и фокусировки синхронного рентгеновского излучения, применяемым в рентгено1структурном и рентгеноспектральном анализе.

Известно устройство для монохроматизации и фокусировки рентгеновского излучения, содержащее кристаллическую пластину и держатель с регулируемыми по высоте упорами, в котором крепится пластина и который сообщает пластине изгиб в виде логарифмической спирали (1J .

Однако это устройство требует очень высокой точности при его изго- 15 товлении, изготовлении кристаллической пластины и установке ее в держателе, кроме того, не полно используется рабочая поверхность из-за перекрытия изгибающими элементами. 20

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для монохроматизации и фокусировки синхротронного рентгеновского излучения, содержащее корпус, расположенные в нем пару 25 неподвижных роликовых опор и пару подвижных опор, фокусирующий кристалл-монохроматор, расположенный между парой неподвижных и парой подвижных опор, средства приложения нагруз-30 ки к паре подвижных опор, выполненные в виде источников нагрузки и передаточных элементов (2) .

Данное устройство имеет ограничен-35 ный срок службы кристалла-монохроматора, так как при дифрагировании полихроматического синхротронного потока используется единственная узкая полоса его рабочей поверхности, которая свободна от контакта с неподвижными роликовыми опорами. Это приводит к тому, что оптические свойства рабочей поверхности ухудшаются за короткое время воздействия высокоинтенсивного полихроматического синхро.тронного излучения. Для восстановления кристалла-монохроматора необходимо выполнить дорогостоящие и длительные операции шлифования, полировки и травления его рабочей поверх- 50 ности. Кроме того, фокусировка излучения в.известном устройстве осуществляется при изгибе кристалла-монохроматора от одного источника нагрузки и передаточного элемента. Поэ- .55 тому для достижения нужной формы рабочей поверхности необходимо расположить в заданных координатах точку контакта источника нагрузки с передаточным элементом. При этом необхо- gp димо учитывать расположение подвижных, . роликовых опор и изменение жесткости пластины кристалла-монохроматора по ее длине, что представляет определенные практические трудности в такой связанной системе, которая имеет место в известном устройстве. Данные обстоятельства ограничивают гибкость при создании такой формы рабочей поверхности, которая бы отвечала условиям фокусировки, при которых обеспечивается формирование минимального размера иэображения протяженного источника синхротронного излучения с минимальными абберационными искажениями в широком спектральном диапазоне рентгеновского излучения.

Цель изобретения — увеличение срока службы кристалла-монохроматора, улучшение условий фокусировки и обеспечение возможности использования кристаллов- монохроматоров разной толщины.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для монохроматизации и фокусировки синхротронного рентгеновского излучения, содержащем корпус, .расположенные в нем пару неподвижных роликовых опор и пару подвижных опор, фокусирующий кристалл-монохроматор, расположенный между парой неподвижных и парой подвижных опор, средства приложения нагрузки к паре подвижных опор, выполненные в виде источников нагрузки и передаточных элементов, подвижные опоры выполнены в виде круглых валов с опорными концевыми участками и расположенным концентрично относительно них центральным участком, длина которого выбрана не меньшей ширины кристалла-монохроматора в месте их контакта, причем опорные концевые участки установлены в паре разрезных направляющих с треугольным или полукруглым профилем, выполненных в корпусе и снабженных каждая плоскими боковыми поверхностями, в контакте с которыми при помощи зажимных планок установлены неподвижные роликовые опоры, длина каждой из которых выбрана равнои полуширине кристалла-монохроматора в месте их .контакт, .один опорный концевой участок снабжен консолью, выступающей за разрезные направляющие и взаимодействующей с передаточным элементом,и в устройство дополнительно введена пара средств приложения упругой нагрузки к опорным концевым участкам валов в нап равлении относительно их направляю-: щих,,соответствующем направлению ,действия нагрузки на кристалл-монохроматор, а каждое из этих средств выполнено в виде двух передаточных элементов, расположенных между разрезными направляющими, и пружинного элемента.

При этом передаточные элементы средств приложения нагрузки к паре подвижных .опор снабжены устройством для зажима консолей с возможностью поворота валов.

Н фиг 1 показано предлагаемое а

2устройство, вид .с торца, на фиг.

1073803 то же, вид сбоку; на фиг. 3 схема изги(>а фокусирующего кристалла-монохроматора на примере одной из консоли °

Устройство для монохроматизации и фокусировки синхронного рентгеновского излучения содержит корпус

1, на котором установлены пара источников нагрузки 2. В корпусе 1 расположена пара опор 4, передаточные элементы 5 средств приложения 10 нагрузки к паре подвижных опор 4, передаточные элементы 6 средств приложения упругой нагрузки к паре подвижных опор.4 с пружинными элементами 7 и расположенный между парами 1.5 опор 3 и 4 фокусирующий кристалл-монохроматор 8.

Подвижные опоры 4 выполнены в виде круглых валОв с опорными концевыми участками и центральным участ ком, расположенным от них с эксцентриситетом e . Длина центрального участка выполнена не меньше ширины фокусирующего кристалла-монохроматора

8 в месте их контакта. Опорные кон.цевые участки подвижных опор 4 уста- новлены в паре разных направляющих

9 с треугольным (или полукруглым). профилем. Направляющие 9, изготовленные в корпусе 1 с разрезом, имеют плоские боковые поверхности С, к которым установлены с помощью зажимных планок 10 неподвижные роликовые опоры 3.

Каждая подвижная опора 4 прижата к 35 своим разрезным направляющим 9 пружинным элементом 7. Упругая нагрузка от данных элементов 7 действует на два передаточных элемента 6, которые расположены в разрезе направляющих 9 40 и взаимодействуют с опорными концевыми участками подвижных опор 4 °

Указанное взаимодействие происходит таким образом, чтобы равнодействующая сил действия пру>хинных элементов 7 на подвижные опоры 4 была нап-, равлена к направляющим 9, т.е. соответствовала направленио нагрузки на фокусирующий кристалл-монохроматор, которая возникает при контакте с ним центрального участка вала 4 от. крутящего момента, создаваемого источниками 2 °

Передаточные элементы 5 снабжены устройством зажима, содержащим, например, разрезное отверстие с винтом 55

11. Зажим осуществляется на консоль опорного концевого участка подвижной опоры 4, которая снабжена шлицевой прорезью, выступающей за передаточный элемент 5. 60

На фиг ° 3 представлена схема изгиба одной консоли кристалла-монохроматора 8 и показано место излучения синхротронного полихроматического потока 12 (источник), созданное при изменении траектории движения электронов е по орбите, и изображение источника 13, полученное в плоскости фокусировки.

Устройство работает следующим образом.

Вначале подвижные опоры поворачивают относительно осей вращения их опорных концевых участков (точка О) и устанавливают вручную в положение

Х с помощью шлицевой прорези при разжатом зажиме передаточных элементов 5. Эатем располагают кристаллмонохроматор 8 на неподвижных роликовых опорах 3 и устанавливают пос>чередно центральные участки подвижных опор 4 в положение. II, т.е. поворачивают их относительно осей О на угол Ы > до возникновения контакта с кристаллом-монохроматором 8. Последующую .работу осуществляют в автоматическом режиме или дистанционно после установки устройства на пучок синхротронного полихроматического излучен.ия.

При приложении нагрузки от источников 2 передаточные элементы 5 поворачивают относительно опорных концевых участков подвижных опор. 4 (О).

При этом создается крутящий момент на подвижных опорах 4, с помощью которого их центральный участок,, поворачиваясь на угол (4„ +аж -Жt,), перемещает линию контакта с кристаллом-монохроматором 8 на величну 6 . При взаимодействии кристалла-монохроматора 8 с подвижными 4 и неподвижными 3 парами опор возникает момент сил, который осуществляет изгиб. Источники 2 имеют возможность работать одновременно или поочередно в зависю ости от требуемых условий фокусировки. По достйжении необходимой формы рабочей поверхности кристалла-монохроматора 8 или радиуса изгиба приложения к передаточному .элементу 5. нагрузка фиксируется.

Для обеспечения фокусировки синхротронного рентгеновского излучения с минимальными аберрациями необходимо вытолнить условия изгиба кристалламонохроматора 8 без его скручивания.

Это достигается изготовлением рабочих поверхностей кристалла -монохроматора 8 с хорошей плоскостностью и параллельностью, а также обеспечением строгой параллельности всех подвижных 4;и неподвижных 3 опор, расположенных в корпусе 1. Последнее обстоятельство редъявляет особые требования к взаимному расположению направляющих 9. В предлагаемом устройстве направляющие 9 и корпус 1 представляет единое целое, поэтому упрощается способ изготовления корпуса 1, при этом обеспечиваются минжально допустимые погрешности взаимного расположения поверхнос

1073803 тей С. Это достигается по следующим соображениям.

Известно, что любая перестановка детали в процессе ее изготовления приводит к погрешностям взаимного расположения поверхностей, обработанных при различных установках, причем эти погрешности имеют место даже при базировании каждый раз по одной и той же поверхности. Причиной погрешностей являются погрешности закрепления, величина которых зависит от нестабильности усилий зажима и деформаций стыков по эакрепляемым поверхностям. С учетом изложенного, при изготовлении 15 ответственных поверхностей, точность взаимного расположения которых особенно важна для обеспечения параллельности подвижных 4 и неподвижных 3 опор (поверхности С и поверх- gQ ности направляющих 9, образующие треугольный или полукруглый профиль), следует их обрабатывать от одной баэы В и при одной, установке, т.е. когда при одном зажиме детали "начис-25 то" обрабатываются все требуемые поверхности. данную операцию можно проводить на плоско-шлифовальных станках. При этом, исходя из паспортных данных, достигается хорошая плоскостность поверхностей при М :

0,8 и их параллельность значительно меньше 1 мкм по всей длине корпуса 1.

Требуемые параметры различиыХ элементов предлагаемого устройства и режим работы при осуществлении. изгиба фокусирующего кристалла-монохроматора могут быть определены из .. условий фокусировки пучка параксиаль ной оптикой (что допустимо, так как синхротронное излучение распростра- 4О няется в мапом угле расхождения пучка) и чувствительности кинематики приводов устройства в эависююсти от пространственного разрешения уст.ройств, регистрирующих изображение 45 источника излучения

e(sos g„-cosa„»„) < (Ь-(ц е з ва„дк1) х

„ьЧ(алев пм мс пВ... 5()

4v(V a, где расстояние между осями вращения: подвижных опор, расстояние между осью вращения подвижной опорю и неподвижной опорой угол скольжения или угол Брегга при использовании кристаллоъ-монохроматоров с нулевой асимметрией) расстояние от кристалла-монохроматора до изображения источника синхротронного рентгенов-,." ского излучения; глубина фокусировки, т.е. расстояние между передней и задней плоскостью, ограничивающей то прэстранство в плоскости иэображения, в котором изменение границы изображения источника коррелируют с пространственным разрешением устройства, регистрирующего это изображен ие;

- параметры средства приложения н агрузки к подвижным опорам (фиг. 3).

Предлагаемое устройство обеспечивает увеличение срока службы кристалла-монохром4тора, т.е. удлиняет цикл его работы непосредственно на мощном синхротронном пучке. Это достигается за счет переустановки .рабочей поверхности кристалла-моиохроматора относительно пучка вначале по одной поверхности, равно половине em ширины, эа счет перемещения всего устройства в вертикальной плоскости по направлению, перпендикулярному пучку, а затем, после йерестановки кристалла-монохроматора - Йо другой половине его поверхности. улучшаются усло-.вия фокусировки за счет.,гибкости в выборе режима работы Ъсточников нагрузки. Конструкция устройства позволяет также упростить способ изготовления основной детали - корпуса с направляющими для опор кристалла-монохроматора при обеспечении высокой точности его изготовления.

1073803

Составитель К. Кононов

Редактор А, Гулько Техред T.Ìàòo÷êà .. Корректор О. Билак

Заказ 338/49 Тираж 414 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4