Устройство для спектрометрирования рентгеновского излучения

 

Использование: измерение спектральных характеристик рентгеновского излучения; возникающего в плазме для исследования свойств последней. Сущность изобретения: устройство содержит селективный фильтр, блок детектирования и диспергирующий элемент, выполненный в виде рентгеновского зеркала, на котором закреплено средство, обеспечивающее возбуждение акустической поверхности волны. 1 ил.

Изобретение относится к технической физике, в частности к методам исследования свойств плазмы по характеристикам ее импульсного излучения. Устройство может быть использовано для получения данных о температуре, плотности, корональном равенстве сил и др. параметрах плазмы по характеристикам энергетического спектра рентгеновского излучения. Известно устройство для диагностики импульсного рентгеновского излучения плазмы [1] конструктивно построенное по принципу дисперсионного отражателя рентгеновского излучения, источником которого является плазма, от диспергирующего элемента, в качестве которого использован изогнутый кристалл-анализатор, и регистрации этого отраженного излучения блоком детектора. В зависимости от угла падения (и соответственно отражения) потока излучения на диспергирующий элемент будет зарегистрирован сигнал, соответствующий той или иной энергии излучения. Для регистрации сигнала в другой энергетической точке необходимо проводит юстировку диспергирующего элемента относительно источника путем поворота его на определенный угол в ту или иную сторону. Однако такая юстировка сложна, нужно знать точно под каким углом установлен диспергирующий элемент относительно источника в каждом отдельном случае юстировки. Функциональные возможности устройства также ограничены. В ряде экспериментов диспергирующий элемент должен располагаться в закрытой камере, куда выводят пучок, например при диагностике рентгеновского излучения плазмы, возникающей при взаимодействии лазерного пучка с мишенью. При такой постановке эксперимента резко ограничены возможности манипулирования с диспергирующим элементом, а в эксперименте необходимо снимать энергетическое необходимо снимать энергетическое распределение излучения в определенном спектральном диапазоне. Известно устройство для рентгеновской диагностики плазмы [2] в котором в качестве диспергирующего элемента используется плоский кристалл-анализатор. Устройству [2] свойственны те же недостатки, что и [1] Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для спектрометрии рентгеновского излучения монохроматизации мягкого синхронного излучения [3] Устройство содержит входной коллиматор, диспергирующий элемент в виде плоской дифракционной решетки, нанесенной, например, на кремниевую пластину, блок детектирования и селективный фильтр, размещенный на его входе. Элементы устройства расположены последовательно друг за другом по ходу распространения пучка рентгеновского излучения, причем угол скольжения отображенного луча выбран в соответствии с законами отражения рентгеновского излучения от дифракционной решетки при заданном угле падающего луча. В устройстве (3) для регистрации энергетического спектра источника также необходима механическая юстировка диспергирующего элемента, что является недостатком устройства и ограничением его функциональных возможностей. Цель изобретения упрощение юстировки и расширение функциональных возможностей. Для этого в устройстве для рентгеновской диагностики плазмы, содержащем входной коллиматор рентгеновского излучения, диспергирующий элемент, селективный фильтр и блок детектирования рентгеновского излучения, расположенные последовательно друг за другом по ходу распространения пучка рентгеновского излучения, причем угол скольжения отраженного луча выбран в соответствии с законами отражения рентгеновского излучения от дифракционной решетки, диспергирующий элемент выполнен в виде рентгеновского зеркала и снабжен средством, обеспечивающим возбуждение поверхностной акустической волны, к которому подключен генератор переменного напряжения, причем это средство размещено на рентгеновском зеркале в области, не попадающей в поле видимости, создаваемое входным коллиматором. На чертеже представлена принципиальная схема устройства. Плазма является источником 1 рентгеновского излучения. Устройство содержит входной коллиматор 2, плоский диспергирующий элемент 3, селективный фильтр 4 и блок 5 детектирования. Диспергирующий элемент 3 выполнен в виде рентгеновского зеркала 6, на котором закреплено средство, обеспечивающее возбуждение поверхностно-акустической волны (ПАВ) на его поверхности. В качестве такого средства возбуждения ПАВ используется встречно-штыревой преобразователь (ВШП) 7, представляющий собой систему из двух гребенок проводящих электродов, которые формируют путем напыления на пьезоэлектрическую пленку, напротив (4). Эта пленка напылена на часть поверхности рентгеновского зеркала 6. К ВШП 7 подключен генератор 8 переменного напряжения. Рентгеновское зеркало 6 расположено относительно источника 1 и входного коллиматора 2 таким образом, что пучок лучей, проходящих через коллиматор 2 от источника 1, перекрывает часть поверхности зеркала 6, а часть поверхности, занятой ВШП 7, оказывается вне поля зрения входного коллиматора 2. Блок 5 детектирования с селективным фильтром 4, установленным на его входном окне, расположен по ходу распространения отраженного рентгеновского луча. Блок 5 детектирования расположен в области дифракционного максимума рентгеновского излучения (с заданной длиной волны) под углом α+ϕ. Устройство работает следующим образом. Исследуемый источник 1 испускает рентгеновское излучение. Входной коллиматор 2 выделяет из потока рентгеновского излучения узкий пучок, падающий на поверхности рентгеновского зеркала под углом a. На встречно-штыревой преобразователь 7 с генератора 8 подается переменное напряжение определенной частоты и он осуществляет прямое преобразование этого напряжения в акустические волны. Энергия волн сконцентрирована в узком слое вблизи поверхности зеркала 6 и под ее воздействием возникают колебания поверхности зеркала с периодом поверхности волны и амплитудой A ~ 10^-5 λ_o, где λ_a длина акустической волны; c скорость света; ν частота напряжения питания. Модулированная таким образом поверхность рентгеновского зеркала 6 по своей структуре аналогична поверхности отражательной дифракционной решетки с периодом, так как отраженные от рентгеновского зеркала 6 волны интерферируют, образуя дифракционную картину. Дифрагированное от диспергирующего элемента 3 рентгеновское излучение определенной энергии, определяемой законами отражения от дифракционной решетки (5), распространяется в направлении блока 5 детектирования под углом v относительно зеркально отраженного луча (на чертеже показан пунктиром). Участок рентгеновского зеркала 6, занятый ВШП 7 и расположенный вне поля зрения коллиматора 2, не участвует в процессе дифракционного отражения, так как его отражательные характеристики отличаются от аналогичных характеристик рентгеновского зеркала. Селективный фильтр 4 пропускает излучение в определенном спектральном диапазоне. Материал фильтра как и в прототипе, выбирают в зависимости от того, на какую энергию настроен измерительный канал для обеспечения необходимой спектральной характеристики. В исходном состоянии для определения некоторой спектральной точки рентгеновского излучения устанавливают блок 5 детектирования с фильтром 4 под углом a+ϕ к плоскости рентгеновского зеркала 6. Угол v связан с энергией излучения следующим образом. При гармонической структуре поверхностной акустической волны период дифракционной решетки d=λ_a, угол отклонения дифрагированного излучения от зеркально отраженного луча (также под углом, т.к. угол падения равен углу отражения) и длина волны дифрагированного излучения связаны известным соотношением (5): dʹ·sinϕ= ± λ где Таким образом, энергия E излучения, зарегистрированного блоком 5 детектирования, определяется соотношением (1) Из соотношения (1) видно, что при выбранных углах v, α, меняя частоту напряжения генератора 8, меняют регистрируемую энергию излучения. Угол α устанавливают для энергии в середине спектрального диапазона. Таким образом, юстировка диспергирующего элемента 3 сводится к установке определенной частоты питающего напряжения, исключает механические перемещения элементов устройства относительно друг друга и может быть проведена дистанционно. Пример. Блоки устройства, такие как входной коллиматор 2, селективный фильтр 4 и блок 5 детектирования выполнены как в прототипе. Конструкция средства ПАВ из других возможных вариантов, принцип построения которых приведен в (4), выбрана из условия технологии изготовления. Рентгеновское зеркало может быть выполнено в виде пластины, например, из кремния, углерода с полированной поверхностью или в виде многослойного зеркала, например, структуры Ni-C, напыленной на стеклянную подложку, или в виде кристалла (6, 7). В качестве генератора переменного напряжения используют генератор мега- и гигагерцового диапазона. Источник рентгеновского излучения характеризуется определенным энергетическим диапазоном, например 0,05 0,5 кэВ. Для задания угла v выбирают точку в этом диапазоне, например E 0,1 кэВ, тогда для рентгеновского зеркала из кремния при частоте напряжения генератора 1 гГц период поверхностной волны и, соответственно период дифракционной решетки d 3 мкм, а при a 5^o угол v отклонения дифрагированного излучения составляет 2,6^o. Таким образом, расположив блок управления детектирования под углом к поверхности рентгеновского зеркала, равным a+ϕ, зарегистрируют излучение с энергией 0,1 кэВ. Регистрацию излучения в других точках энергетического диапазона проводят, лишь изменяя частоту напряжения генератора. Изменение частоты в пределах 500 6 МГц, например с шагом 10 МГц, позволяет осуществить регистрацию излучения во всем диапазоне энергий от 0,05 до 0,5 кэВ в 450 точках без использования механической юстировки. В случае регистрации спектра излучения в интервале 0,05 0,5 кэВ устройством-прототипом пришлось бы осуществить 450 операций по механической юстировке элементов устройства. При размещении устройства в вакуумной камере для манипулирования с кристалл-анализатором необходима к тому же разработка сложного и громоздкого узла механического сканирования (гониометра).

Формула изобретения

1. Устройство для спектрометрирования рентгеновского излучения, содержащее входной коллиматор рентгеновского излучения, диспергирующий элемент, селективный фильтр и блок детектирования рентгеновского излучения, расположенные последовательно друг за другом по ходу распространения пучка рентгеновского излучения, причем угол скольжения отраженного луча выбран в соответствии с законами отражения рентгеновского излучения от дифракционной решетки при заданном угле подающего луча, отличающееся тем, что, с целью упрощения юстировки и расширения функциональных возможностей устройства, диспергирующий элемент выполнен в виде рентгеновского зеркала и снабжен средством, обеспечивающим возбуждение поверхностной акустической волны, к которому подключен генератор переменного напряжения, причем это средство размещено на рентгеновском зеркале в области, не попадающей в поле видимости, создаваемое входным коллиматором. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство возбуждения поверхностной акустической волны выполнено в виде встречно-штыревого преобразователя с напыленной на него пьезоэлектрической пленкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---