Широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения

Использование: для определения пространственно-спектральных характеристик рентгеновского излучения. Сущность: заключается в том, что широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения включает герметичный корпус, в котором расположены каналы регистрации, каждый из которых включает в себя последовательно размещенные по направлению излучения входную щель, селективный фильтр, область, ограниченную двумя зеркалами полного внешнего отражения (ПВО), и регистратор рентгеновского излучения, при этом каналы регистрации размещены квазипараллельно, при этом зеркала ПВО объединены в пакет общим корпусом, входная щель является общей для всего пакета, а в качестве регистратора рентгеновского излучения используют фоторегистратор либо ПЗС-матрицу. Технический результат: повышение спектральной избирательности прибора, обеспечение удобства эксплуатации спектрометра за счет взаимозависимой юстировки каналов регистрации спектрометра на источник излучения, а также компактность устройства и снижение массогабаритных характеристик за счет снижения количества крепежных элементов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для определения пространственно-спектральных характеристик рентгеновского излучения, генерируемого плазменными образованиями, источниками рентгена с широким спектральным диапазоном, и может быть использовано в научных и прикладных задачах, например в области термоядерных исследований или при разработке источников рентгеновского излучения для литографических систем и т.п.

Известен спектрометр рентгеновского излучения [Патент RU 2177629, «Спектрометр рентгеновского излучения», МПК: G01T 1/36, опубл. 27.12.2001 г., авторы: Шалата Ф.Г., Эльяш С.Л. и др.], включающий составной корпус, состоящий из двух частей, селективные краевые фильтры рентгеновского излучения, расположенные в сквозных ячейках и зафиксированные прижимной пластиной, регистраторы рентгеновского излучения в виде термолюминесцентных детекторов, закрепленных на пробках. Представленный спектрометр служит для измерения спектральной характеристики, либо пространственного распределения рентгеновского излучения в заданной области спектра. Формирование сигнала происходит с помощью селективного краевого фильтра и детектора.

Недостатком данного устройства является невозможность определения пространственной яркости источника излучения из-за отсутствия системы перепроецирования изображения и низкая спектральная избирательность из-за наличия в сигнале детектора вклада от квантов с энергией выше окна пропускания краевого фильтра.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому устройству является широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения [«DMX: An absolutely calibrated time-resolved broadband soft x-ray spectrometer designed for MJ class laser-produced plasmas», J.L.Bourgade, B.Villette, J.L.Bocher and others, Review of scientific instruments, Vol.72, No.1, Jan 2001, p.1173-1182], который выбран в качестве прототипа и включает в себя герметичный корпус, в котором радиально размещены 12 каналов регистрации, каждый из которых состоит из коллимирующей щели, двух зеркал полного внешнего отражения (ПВО), селективного краевого фильтра, расположенного в сквозной ячейке перед зеркалами ПВО, и регистратора рентгеновского излучения, расположенного на выходе канала регистрации. В качестве регистратора рентгеновского излучения служит вакуумный рентгеновский диод (ВРД). Спектрометр служит для измерения спектрально-временной характеристики рентгеновского излучения. Формирование временного сигнала обеспечивается за счет ВРД, а разделение излучения на спектральные составляющие осуществляется зеркалами ПВО и селективными краевыми фильтрами.

Недостатком прототипа являются:

- невозможность регистрации пространственной яркости источника рентгеновского излучения из-за отсутствия схемы перепроецирования изображения и использование ВРД, не позволяющего регистрировать пространственное распределение;

- недостаточная спектральная избирательность каналов из-за однократного отражения рентгеновского излучения от зеркал ПВО;

- сложность в эксплуатации, требующей настройки каждого канала регистрации в отдельности;

- высокие массогабаритные характеристики.

Решаемая задача - создание новой конструкции спектрометра для получения информации о спектральной яркости рентгеновского источника в различных его пространственных точках в диапазоне энергий квантов от 0,05 кэВ до 12 кэВ с одномерным пространственным разрешением.

Технический результат заключается в обеспечении возможности получения пространственно-спектральной характеристики свечения источника рентгеновского излучения.

Дополнительным техническим результатом является повышение спектральной избирательности прибора; обеспечение удобства эксплуатации спектрометра за счет взаимозависимой юстировки каналов регистрации спектрометра на источник излучения; компактность устройства и снижение массогабаритных характеристик за счет снижения количества крепежных элементов.

Технический результат достигается тем, что широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения включает в себя герметичный корпус, в котором расположены каналы регистрации, каждый из которых включает в себя последовательно размещенные по направлению излучения входную щель, селективный фильтр, область, ограниченную двумя зеркалами полного внешнего отражения (ПВО), и регистратор рентгеновского излучения.

Новым является то, что каналы регистрации размещены квазипараллельно, при этом зеркала ПВО объединены в пакет общим корпусом, входная щель является общей для всего пакета, а в качестве регистратора рентгеновского излучения используют фоторегистратор, либо ПЗС-матрицу. Кроме этого, устройство дополнительно может содержать нулевой канал регистрации, а герметичный корпус может быть прикреплен к камере взаимодействия.

Размещение каналов регистрации квазипараллельно позволяет рентгеновскому излучению испытывать многократные отражения в области, ограниченной двумя зеркалами ПВО, что увеличивает спектральную избирательность каналов; а также использовать только одну щель для регистрации одномерного пространственно-спектрального изображения.

Объединение зеркал ПВО в пакет с общим корпусом дает возможность регистрировать одномерное изображение источника рентгеновского излучения из одного пространственного положения; уменьшает габариты конструкции, обеспечивая удобство эксплуатации за счет взаимозависимой юстировки каналов.

Наличие для всего пакета общей входной щели осуществляет построение одномерного изображения рентгеновского источника на регистраторе, обеспечивает удобство эксплуатации и улучшает массогабаритные характеристики.

Использование в качестве регистратора рентгеновского излучения фоторегистратора либо ПЗС-матрицы позволяет получить регистрацию пространственного распределения спектральной яркости источника.

Дополнительное снабжение устройства нулевым каналом регистрации позволяет обходиться без дополнительных систем для юстировки, что снижает массу и габариты устройства.

Прикрепление герметичного корпуса к камере взаимодействия позволяет повысить удобство эксплуатации за счет облегчения юстировки прибора.

Конструкция широкополосного спектрометра мягкого рентгеновского излучения представлена на фиг.1, где 1 - источник рентгеновского излучения, 2 - рентгеновское излучение, 3 - входная щель, 4 - держатели селективных краевых фильтров, 5 - селективные краевые фильтры, 6 - объединенные в пакет зеркала ПВО, 7 - регистратор рентгеновского излучения, 8 - нулевой канал регистрации, 9 - общий корпус, 10 - герметичный корпус, 11 - камера взаимодействия, 12 - держатель с подвижками.

На фиг.2 приведены спектральные характеристики каналов прибора; на фиг.3 показана модель сложного лазер-плазменного источника, состоящего из двух плазменных источников, разнесенных в пространстве; на фиг.4 дана полученная спектрограмма с помощью фотопленки марки УФ-4; на фиг.5 представлены восстановленные спектральные яркости верхнего и нижнего источников рентгеновского излучения.

В представленном варианте реализации устройство включает в себя герметичный вакуумный корпус цилиндрической формы, выполненный из нержавеющей стали, который вакуумноплотно прикреплен к камере взаимодействия, в которой размещен источник рентгеновского излучения. В герметичном корпусе расположены по направлению излучения: входная щель, состоящая из двух стальных ножей толщиной 200 мкм и щелью 20 мкм между ними; селективные фильтры (в том числе краевые K-, L-типа), приклеенные на держателе фильтров, который, в свою очередь, закреплен на общий корпус из алюминия, в котором собраны в пакет зеркала ПВО, изготовленные из плоского оконного стекла, получаемого методом горячего разлива по поверхности расплавленного олова; и регистратор рентгеновского излучения. Зеркала ПВО расположены квазипараллельно в общем корпусе под требуемым определенным углом. Для одновременной юстировки всех зеркал ПВО дополнительно использован нулевой канал регистрации, расположенный также в пакете. Общий корпус прикреплен к герметичному с помощью держателя с подвижками. В качестве регистратора рентгеновского излучения используют кассету с рентгеновской фотопленкой марки УФ-4, с помощью которой получают изображение источника. Кассета крепится с помощью прижимных пластин к выходу пакета. Сам же пакет, размещенный внутри герметичного корпуса, прикреплен на держателе с подвижками, позволяющем осуществлять наклон пакета в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на углы до 10 градусов.

Устройство работает следующим образом. Спектрометр крепится к камере взаимодействия 11, в которой расположен источник рентгеновского излучения 1. Расстояния между источником рентгеновского излучения 1, входной щелью 3 и регистратором рентгеновского излучения 7 выбираются таким образом, чтобы обеспечить необходимое пространственное разрешение. Зеркала ПВО 6 располагаются в общем корпусе 9 таким образом, чтобы обеспечить заданные углы падения рентгеновского излучения 2 на них, для осуществления спектральной селекции. В общий корпус 9 устанавливается нулевой канал регистрации 8, для последующей юстировки всего пакета зеркал ПВО 6. Общий корпус 9 юстируется с помощью держателя с подвижками 12 таким образом, чтобы рентгеновские кванты, испущенные из центральной области рентгеновского источника 1, пройдя сквозь входную щель 3 и отразившись от зеркал ПВО 6, попадали бы в центральную область регистратора рентгеновского излучения 7. Подбором толщин фильтров 5, устанавливаемых на держателе 4, добиваются необходимых плотностей энергии рентгеновского излучения 2 в области регистратора рентгеновского излучения 7 для каждого канала. Когда установка прибора и его юстировка завершены, крышка герметичного корпуса 10 закрывается. В случае использования в качестве регистратора рентгеновского излучения 7 фотопленки, после проведения эксперимента крышка герметичного корпуса 10 открывается, и происходит смена фотопленки в кассете. По полученным сигналам с регистратора рентгеновского излучения 7 строится пространственно-спектральная зависимость распределения яркости источника рентгеновского излучения 1.

Проведена конструкторская проработка и создан спектрометр. В результате экспериментальных исследований были получены пространственно-спектральные характеристики лазерной плазмы, плазмы Z-пинча и сильноточной рентгеновской трубки. Регистрируемый спектральный диапазон располагается от 60 эВ до 12 кэВ. Спектральная ширина каждого канала составляет Е/ΔЕ≈5. С помощью прибора было получено одномерное пространственное изображение лазер-плазменного источника с разрешением 20 мкм. В настоящее время разработанный прибор успешно применяется в процессе исследований параметров плазмы и в силу своей компактности облегчает его использование в различных условиях применения.

1. Широкополосный спектрометр мягкого рентгеновского излучения, включающий герметичный корпус, в котором расположены каналы регистрации, каждый из которых включает в себя последовательно размещенные по направлению излучения входную щель, селективный фильтр, область, ограниченную двумя зеркалами полного внешнего отражения (ПВО), и регистратор рентгеновского излучения, отличающийся тем, что каналы регистрации размещены квазипараллельно, при этом зеркала ПВО объединены в пакет общим корпусом, входная щель является общей для всего пакета, а в качестве регистратора рентгеновского излучения используют фоторегистратор, либо ПЗС-матрицу.

2. Широкополосный спектрометр по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен нулевым каналом регистрации.

3. Широкополосный спектрометр по п.1, отличающийся тем, что герметичный корпус прикреплен к камере взаимодействия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам неразрушающего анализа образцов пористых материалов, в частности, оно может быть использовано для анализа распределения остаточной нефти, а также определения концентрации естественной глины в образце керна или глины, проникшей в керн в ходе закачки бурового раствора.

Изобретение относится к способам определения концентрации естественной глины в образце керна или глины, проникшей в керн в ходе закачки бурового раствора. .
Изобретение относится к области технической физики, а именно к дефектоскопии с использованием ионизирующего излучения, и наиболее эффективно может быть использовано для определения внутренних дефектов тел сложной конфигурации.

Изобретение относится к области рентгеновского спектрального анализа и может быть использовано для контроля спектров излучения рентгеновских источников, а также для анализа элементного состава и атомарной структуры исследуемых образцов по спектрам их поглощения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к области рентгеновской техники. .

Изобретение относится к области криминалистики и судебно-технической экспертизе документов. .

Изобретение относится к области рентгенографической техники и может быть использовано при проверке багажа, ручной клади и других объектов контроля во время таможенного и специального досмотра

Использование: для количественного определения насыщенности образцов горной породы. Сущность: заключается в том, что выполняют приготовление образца керна, моделирование пластовых условий в образце керна, совместную фильтрацию минерализованной воды и нефти через образец керна, измерение в процессе фильтрации промежуточной интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через образец, и установление по математическим формулам водонасыщенности, при этом измеряют интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через образец с начальной и конечной водонасыщенностью, получают опорный сигнал, значение остаточной водонасыщенности получают после фильтрационного эксперимента выпариванием воды из образца при температуре 110-160°C, значения начальной, остаточной водонасыщенности и опорного сигнала используют для определения промежуточной водонасыщенности по определенной математической зависимости. Технический результат: уменьшение времени на проведение измерения водонасыщенности пород керна, а также увеличение точности определения значений водонасыщенности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине, диагностике, оценке эффективности препаратов для лечения остеопороза. Диагностику остеопороза и контроль его динамики проводят рентгенабсорбционным методом на остеометре, причем за диагностический критерий остеопороза принимают наличие полостных образований в трабекулярных отделах костей, по динамике закрытия которых судят об эффективности препарата или препаратов. Способ обеспечивает объективную диагностику остеопороза и оценку эффективности действия препарата или препаратов-остеопротекторов, определение тяжести заболевания не по минеральной плотности, а по наличию полостей в трабекулярных отделах костей. 3 ил., 3 пр.

Изобретение относится к строительству, а именно к способу исследования процесса дисперсного армирования и микроармирования бетонов для повышения их трещиностойкости. Для этого изучают взаимодействие стекловолокна с цементным камнем в течение заданного времени. Предварительно стекловолокно наклеивают на пластиковую пластинку, вкладывают ее в форму для приготовления цементных образцов и заливают цементным тестом. Пластиковую пластинку с приклеенным стекловолокном вкладывают таким образом, чтобы стекловолокно соприкасалось с цементным тестом. После отвердения цементные образцы извлекают из формы и отделяют волокно от пластинки. Затем волокно исследуют с помощью рентгеноспектрального анализа и электронной микроскопии. Способ позволяет определить элементный состав, структуру продуктов взаимодействия волокна с цементным камнем. Кроме того, оценивают стойкость стекловолокна по сравнению диаметра стекловолокна после испытания с диаметром исходного волокна. Изобретение позволяет сравнивать применение стекловолокон различного состава в качестве армирующих материалов. 7 ил.

Использование: для определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства. Сущность изобретения заключается в том, что в образец керна закачивают контрастное рентгеновское вещество, сканируют образец посредством рентгеновской томографии, получают гистограммы. Способ отличается тем, что в качестве контрастного рентгеновского вещества в образец керна закачивают смесь желатина и йодосодержащего вещества в концентрации не менее 10 процентов по массе приготовляемого раствора. Технический результат: повышение точности определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства, а также обеспечение возможности изучения структурных особенностей керна после химических или физических воздействий. 2 ил.

Использование: для измерения уровня зольности биологического материала автоматическим или полуавтоматическим способом. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает этапы сканирования биологического материала электромагнитным излучением на по меньшей мере двух уровнях энергии; определения объема излучения, переданного через указанный образец биологического материала на указанных уровнях энергии и оценки уровня влажности биологического материала на основе соотношения между указанным определенным объемом излучения, переданного через биологический материал на указанных уровнях энергии. Затем оценивается уровень зольности биологического материала на основе указанной оценки уровня влажности биологического материала и средних коэффициентов ослабления для биологического материала в отсутствие влажности, коэффициентов ослабления для горючей части биологического материала и коэффициентов ослабления для золы в биологическом материале при указанных уровнях энергии. Также раскрывается соответствующее устройство. Технический результат: обеспечение точной оценки уровня влажности образца материала в широком диапазоне значений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу определения компонентного состава и криолитового отношения калийсодержащего электролита и может быть использовано в цветной металлургии, а именно при технологическом контроле состава электролита методом количественного рентгенофазового анализа. Способ включает отбор пробы электролита из ванны, размол образца и добавление к размолотому образцу фторида натрия. Затем проводят спекание образца и определение криолитового отношения и концентрации фторидов в образце. После спекания образец подвергают дополнительной термической обработке до достижения равновесного фазового состава Na3AlF6, K2NaAlF6, CaF2, NaF, а определение криолитового отношения и концентрации фторидов в образце проводят количественным рентгенофазовым анализом. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении точности определения криолитового отношения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Использование: для измерения содержания серы в углеводородных жидкостях. Сущность изобретения заключается в том, что поточный анализатор серы содержит рентгеновскую трубку, измерительную кювету и детектор рентгеновского излучения, при этом между рентгеновской трубкой и измерительной кюветой установлен фильтр, выполненный из фольги, материал которой выбран из металлов с атомными номерами с 42 по 49, причем минимальная толщина bmin фильтра составляет не менее 50 мкм, а максимальная толщина bmax фильтра определяется из условия на 1 Вт мощности рентгеновской трубки, где I0 - интенсивность излучения рентгеновской трубки, I1 - интенсивность излучения, прошедшего через фильтр. Технический результат: обеспечение возможности снижения потерь интенсивности излучения при его поступлении от рентгеновской трубки на детектор и, соответственно, снижение времени экспозиции и увеличение скважности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для определения пористости образца породы. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения пористости образца породы предусматривает определение общего минералогического состава образца, определение относительного объемного содержания каждого минерала и определение коэффициентов ослабления рентгеновского излучения для каждого из этих минералов. Затем определяют первый коэффициент ослабления рентгеновского излучения для синтетического образца, состоящего из тех же минералов с тем же объемным содержанием, но без пор. Выполняют рентгеновское микро-/нанокомпьютерное сканирование образца и определяют второй коэффициент ослабления рентгеновского излучения для исследуемого образца породы. Значения пористости могут быть определены как для образца, заполненного газом, водой или легкими углеводородами, так и для образца, заполненного тяжелыми углеводородами или другими жидкостями/газами с коэффициентами ослабления рентгеновского излучения, сравнимыми с коэффициентами ослабления рентгеновского излучения образца породы или синтетического образца. Технический результат: обеспечение возможности за короткое время неразрушающим и не зависящим от исполнителя способом определить значение пористости образца породы. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для определения пространственно-спектральных характеристик рентгеновского излучения, генерируемого плазменными образованиями, источниками рентгена с широким спектральным диапазоном, и может быть использовано в научных и прикладных задачах, например в области термоядерных исследований или при разработке источников рентгеновского излучения для литографических систем и т.п

Наверх