Способ изготовления рентгенооптических систем

 

Использование: в технике получения высокой плотности рентгеновского излучения, в рентгенотомографии, в радиационном материаловедении. Сущность: цилиндрические рентгеноводы укладывают из многоканальных заготовок, концы которых травят, получая переменное по длине сечение, изменяющееся по тому же закону, что и наружный диаметр всей системы.

Изобретение относится к рентгенооптическим устройствам и может быть использовано в технике получения высокой плотности мощности рентгеновского излучения, в рентгенотомографии, а также в радиационном материаловедении.

Известны способы изготовления рентгенооптических систем, в которых нагревают пучок плотно уложенных цилиндрических рентгеноводов и симметрично оттягивают концы заготовок, при этом внутренний диаметр капилляров доводят на концах системы до субмикронных размеров.

Недостатками этих способов являются невоспроизводимость формы и низкая производительность.

Известна технология изготовления, согласно которой пропускают цилиндрические рентгеноводы через ряд последовательных опорных сеток с различным шагом отверстий, соответствующим взаимному расположению рентгеноводов в конкретном сечении системы. Таким образом формируют систему бочкообразной формы.

Однако данная технология не обеспечивает точность сборки рентгеноводов и достаточно трудоемка.

Наиболее близким к предлагаемому является способ фокусирования и направления рентгеновских лучей при помощи сужающихся к концу капилляров и устройство для его осуществления. В устройстве для направления и концентрирования рентгеновских лучей имеется линза, состоящая из капилляра с открытыми входным и выходным концами. Капилляр постепенно сужается от входного к выходному концу и состоит из нескольких отрезков, на каждом из которых угол сужения постоянный. На каждом шаге угол сужения в три раза больше, чем на предыдущем.

Длина первого (ближайшего к входному концу) отрезка меньше, чем путь, проходимый рентгеновским лучом в капилляре между точкой его первого падения на внутреннюю поверхность капилляра под углом, меньше критического, и точкой второго падения. Получают такой капилляр тепловым способом поэтапной оттяжкой до обеспечения требуемого размера узкой части.

Недостатками способа-прототипа являются сложность в воспроизводимости результатов, так как способ требует высокой прецизионности нагревательных и вытягивающих устройств, и низкая производительность.

Задачей изобретения является повышение производительности и воспроизводимости результатов, расширение энергетического диапазона работы системы, увеличение степени концентрации излучения и снижение трудоемкости изготовления.

Для этого в предлагаемом способе цилиндрические трубки из стекла вытягивают при нагревании в капилляры, из которых формируют рентгенооптическую систему, имеющую форму бочкообразной поверхности вращения, при этом вытягивают в капилляры комплект вставленных одна в другую трубок: внешней из легкоплавкого и внутренней из тугоплавкого стекла, полученные капилляры укладывают в пакеты и повторно вытягивают при нагревании каждый пакет в многоканальную заготовку, например, шестигранной формы, концы которой травят в кислоте, получая переменное по длине сечение заготовок, повторяющее требуемый закон изменения диаметра всей рентгенооптической системы, и формируют систему, укладывая полученные заготовки в пакет, один торец которого фиксируют зажимами.

Укладка макрозаготовок с субмикронными размерами каналов со стравленными на определенную глубину и длину концами позволяет получать любые геометрические параметры бочкообразной формы, как самой широкой ее части, так и минимальные размеры входа и выхода линзы. Изменяя длину и глубину травления, можно получать любую требуемую форму линзы.

Использование многоканальных заготовок рентгеноводов, каждая из которых содержит 1500-5000 каналов субмикронных размеров, позволит уменьшить трудоемкость процесса укладки, так как размеры таких заготовок составляют 0,5-2 мм.

Предлагаемый способ позволяет получать рентгенооптическую систему, состоящую из капилляров, бочкообразная форма которой получается за счет стравливания каждой многоканальной заготовки на определенную длину с двух сторон.

По предлагаемому способу первоначально изготавливают из расплава трубки двух марок стекла легкоплавкого и тугоплавкого. Затем составляют комплект: трубка из легкоплавкого стекла снаружи, рубка из тугоплавкого стекла внутри. Этот комплект нагревают и перетягивают в капилляры, которые затем укладывают в пакет шестигранной формы. Собранный пакет вновь нагревают и перетягивают в многоканальную заготовку, причем благодаря использованию легкоплавкого стекла в качестве оболочки каждого капилляра в вытянутых заготовках отсутствуют межканальные отверстия. Многоканальные заготовки режут на отрезки определенной длины и травят, например, в плавиковой кислоте, сначала с одного конца на определенную длину и глубину, затем аналогично поступают с другим концом заготовки. Из полученных таким образом заготовок далее собирают линзу, фиксируя зажимами торцы.

П р и м е р. Из расплавленной массы стекла марки 6 Ва 4 (Т_пл ≈720^оС) вытягивают трубки с наружным диаметром 8,5 мм и внутренним 6 мм. Из стекла марки С 95 2 (Т_пл ≈ 800^оС) вытягивают трубки с наружным размером 5,75 мм и внутренним 5,26 мм.

Затем составляют комплект: в трубку из стекла 6 Ва 4 вставляют трубку из стекла С 95 2, который закрепляют в механизме подачи, нагревают до температуры размягчения (640^оС) и со скоростью подачи 5,7 мм/мин и вытяжки 0,72 м/мин получают капилляры с наружным диаметром 0,74 мм.

Вытянутые капилляры в количестве 3169 шт. укладывают в пакет шестигранной формы с размером по двойной апофеме 41,5 мм.

Сформированный таким образом пакет перетягивают в шестигранные многоканальные заготовки с размером по двойной апофеме 1 мм, диаметром канала 7 мкм. Многоканальные заготовки затем режут на отрезки по 140 мм длиной, запаивают и погружают в раствор плавиковой кислоты 0,4%-ной концентрации при комнатной температуре на 15-20 мин одним концом на глубину 70 мм. Глубина травления в этом случае составляет 7-8 мкм. Далее такие заготовки укладывают в пакет, причем один торец фиксируют зажимом. Так как заготовка имеет переменное по длине сечения (широкое у нетравленного конца и узкое у химически обработанного конца), следовательно, и уложенный пакет будет иметь переменное сечение, повторяющее сечение единичной заготовки. Таким образом и получают бочкообразные коаксиальные поверхности вращения требуемой геометрии и размеров.

Данный способ технологически прост и производителен. Кроме того, он позволяет получать любые геометрические параметры сложных поверхностей при наименьшей трудоемкости.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕНТГЕНООПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ, заключающийся в том, что цилиндрические трубки из стекла вытягивают при нагревании в капилляры, из которых формируют рентгенооптическую систему, имеющую форму бочкообразной поверхности вращения, отличающийся тем, что вытягивают в капилляры комплект вставленных одна в другую трубок: внешней из легкоплавкого и внутренней из тугоплавкого стекла, полученные капилляры укладывают в пакеты и повторно вытягивают при нагревании каждый пакет в многоканальную заготовку, например, шестигранной формы, концы которой травят в кислоте, получая переменное по длине сечение заготовок, повторяющее требуемый закон изменения диаметра всей рентгенооптической системы, и формируют систему, укладывая полученные заготовки в пакет, один конец которого фиксируют зажимами.