Устройство для изгиба кристалла-монохроматора



Устройство для изгиба кристалла-монохроматора
Устройство для изгиба кристалла-монохроматора
Устройство для изгиба кристалла-монохроматора

 


Владельцы патента RU 2612753:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (RU)

Использование: для изгиба кристалла-монохроматора. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для изгиба кристалла-монохроматора включает основание, выполненное с возможностью устанавливать его в гнездо гониометра, кристалл-монохроматор, выполненный в виде пластины, кристаллодержатель с неподвижными опорами, на которые может опираться пластина кристалла-монохроматора, подвижную каретку с отверстиями для размещения подвижных опор, которые могут соприкасаться с пластиной кристалла-монохроматора и обеспечивать изгиб кристалла при своем перемещении, рычаг со стержнем, закрепленный подвижно на основании кристаллодержателя, выполненный с возможностью касания каретки и боковой поверхности копира, который представляет собой тело вращения, ось которого имеет возможность смещения относительно оси вращения основания устройства с помощью юстировочного устройства. Технический результат: упрощение конструкции управления изгибом кристалла-монохроматора. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к исследованию физических и химических свойств вещества, в частности их рентгеновских спектров поглощения в широком энергетическом диапазоне, и может быть использовано в рентгеновских спектрометрах.

Известны рентгеновские спектрометры, содержащие источник рентгеновского излучения, держатель образца, а также установленный с возможностью поворота вокруг оси кристалл-монохроматор для выделения излучения с определенной длиной волны в соответствии с уравнением Вульфа-Брегга , где d межплоскостное расстояние, θ - угол Брегга, λ - длина волны рентгеновского излучения, n - порядок отражения, детектор и устройство для изгиба кристалла для обеспечения фокусировки рентгеновского излучения, отраженного от кристалла-монохроматора и прошедшего через поглощающий исследуемый образец, на щели детектора (Блохин М.А. Методы рентгеноспектральных исследований. - М.: Изд-во физ.-мат. лит-ры, 1959, 362 С.; Taguchi Т., J. Harada, A. Kiku, K. Tohji, K. Shinoda. Development of a new in-laboratory XAFS apparatus based on new concept // J. Synchrotron Rad. (2001). 8, 363-365; B.E. Campbell, H.M. Epstein, P.J. Mallozzi, R.E. Schwerzel // Apparatus for X-ray absorption fine structure spectroscopy // Patent EP 0032108 A2, 1981).

При этом для получения спектра необходимо, чтобы условия фокусировки соблюдались для каждого значения длины волны в спектральном диапазоне, а следовательно, для всех углов 0, соответствующих этому диапазону. Точная фокусировка рентгеновского пучка на щели детектора возможна при выполнении равенства (2) из которого следует, что радиус круга Роуланда Rк и соответственно радиус кристалла-монохроматора должен меняться при изменении угла Брэгга θ:

,

где R0 - фиксированный радиус круга гониометра.

Для реализации условия фокусировки (2) необходимо синхронизировать изменение изгиба и изменение угла поворота кристалла-монохроматора. Такая задача синхронизации изменения изгиба и изменения угла поворота кристалла-монохроматора решается при помощи различных механических устройств для изгиба кристалла-монохроматора (A.T, Shuvaev, B.Yu. Helmer, Т.A. Lyubeznova, V.A. Shuvaeva // J. Synchrotron Rad. (1999) 6, p. 158-160).

Известно устройство для изгиба кристалла-монохроматора, содержащее механизм перемещения, два неподвижных и два подвижных цилиндрических стержня, между которыми расположены оконечные части изгибаемого кристалла, оси которых смещены относительно друг друга. Неподвижные стержни опираются на верхнюю поверхность плоскопараллельной пластины в области ее торцов. К торцам пластины присоединены Г-образные кронштейны, параллельные поверхности которых контактируют с неподвижными стержнями. Параллельные поверхности торцов верхних перекладин Г-образных кронштейнов контактируют с подвижными стержнями. Пластина с Г-образными кронштейнами охвачена ломаными плечами плавающего коромысла с установленными на его концах цилиндрическими пальцами, опирающимися на поверхности подвижных стержней перпендикулярно к ним. Между нижней поверхностью пластины и средней точкой коромысла расположен механизм перемещения (патент РФ №2260218, МПК G21K 1/06, 2005 г.).

Однако данная конструкция из-за отсутствия механизма синхронизации не позволяет изменять радиус изгиба кристалла-монохроматора в зависимости от его угла поворота относительно пучка рентгеновского излучения.

Известно устройство, используемое в рентгеновском спектрометре RIGAKU R-XAS (Shinoda K., Suzuki S., Kuribayashi М., Taguchi Т. // Journal of Physics: Conference Series 186 (2009) 012036; Taguchi Т., Harada J., Kiku A., Tohji K., Shinoda K. Development of a new in-laboratory XAFS apparatus based on new concept // J. Synchrotron Rad. (2001), 8, p. 363-365), где для изменения угла падения рентгеновских лучей из щели на кристалл-монохроматор происходит совместное движение кристалла-монохроматора и рентгеновской трубки таким образом, чтобы конечная точка фокусировки излучения оставалась неподвижной. Кристалл-монохроматор имеет изогнутую форму неизменного радиуса для фокусировки рентгеновского излучения.

Данное устройство адаптировано под конкретный спектрометр и не подразумевает дополнительной юстировки для точной фокусировки рентгеновского излучения.

Наиболее близким по выполнению является устройство для изгиба кристалла-монохроматора, включающее кристалл-монохроматор, выполненный в виде пластины, кристаллодержатель и кулачковый механизм, содержащий подшипник, обойму, валик и кулачок, для передачи подвижной каретке движения, заданного изгибом копира, выполненного в виде платформы с вырезом, а также юстировочное устройство копира (А.Т. Шуваев, Б.Ю. Хельмер, Т.А. Любезнова, Н.И. Пузыня. Спектрометр для исследования EXAFS-спектров в лабораторных условиях. ВИНИТИ. №8718-В86. г. Ростов-на-Дону. 1986. с. 16).

Недостатком устройства является использование сложных в изготовлении копира в виде платформы с вырезом и кулачкового механизма, содержащего набор деталей (подшипник, обойма, валик, кулачок).

Техническим результатом является упрощение конструкции управления изгибом кристалла-монохроматора.

Технический результат достигается устройством для изгиба кристалла-монохроматора, характеризующимся тем, что оно включает основание, кристалл-монохроматор, выполненный в виде пластины, кристаллодержатель с неподвижными опорами, на которые может опираться пластина кристалла-монохроматора, подвижную каретку с отверстиями для размещения подвижных опор, которые могут соприкасаться с пластиной кристалла-монохроматора и обеспечивать изгиб кристалла при своем перемещении, рычаг со стержнем, закрепленный подвижно на основании кристаллодержателя, выполненный с возможностью касания каретки и боковой поверхности копира, который представляет собой тело вращения, ось которого имеет возможность смещения относительно оси вращения основания устройства с помощью юстировочного устройства.

Рычаг со стержнем при движении, заданным боковой поверхностью копира передает движение через стержень каретке с подвижными опорами, изгибающими кристалл-монохроматор.

Основание предназначено, в том числе, для установки устройства в гнездо гониометра.

Устройство может содержать кронштейн, фиксирующий основание копира неподвижно относительно источника рентгеновского излучения.

Устройство может содержать соединение, связывающее подвижную каретку с неподвижным основанием кристаллодержателя, выполненное, например, в виде пружины.

Юстировочное устройство может быть выполнено в виде микрометрических винтов.

Устройство может содержать приспособление для фиксации подвижной каретки.

Копир может быть выполнен в виде цилиндрического кольца.

Отличием предлагаемого устройства от наиболее близкого аналога является выполнение копира, в виде тела вращения, например цилиндрического кольца (вместо платформы с вырезом), позволяющего использовать для управления изгибом кристалла-монохроматора рычаг (в виде одной детали) вместо кулачкового механизма (включающего подшипник, обойма, валик, кулачок).

На фиг. 1 приведен вид сбоку устройства для изгиба кристалла-монохроматора, где 1 - основание устройства; 2 - кронштейн для фиксирования положения копира относительно рентгеновской трубки, 3 - верхнее и нижнее основание копира; 4 - основание крепления кристаллодержателя 6; 5 - кристалл-монохроматор; 6 - кристаллодержатель; 7 - подвижная каретка; 8 - подвижные опоры кристаллодержателя; 9 - стержень рычага; 10 - пружины; 11 - рычаг; 12 - копир; 13 - юстировочное устройство.

На фиг. 2 приведен вид сверху устройства для изгиба кристалла-монохроматора, где 8 - подвижные опоры кристаллодержателя; 9 - стержень рычага; 11 - рычаг; 13 - юстировочное устройство; 14 - неподвижные опоры; 15 - устройство фиксации каретки 7 в неподвижном положении.

Устройство работает следующим образом.

Для исследования рентгеновских спектров, в частности спектров поглощения, в широком энергетическом диапазоне кристалл-монохроматор, поворачиваясь вокруг оси вращения основания устройства, совпадающей с осью гониометра (в гнездо которого помещают устройство изгиба кристалла), отбирает в спектре рентгеновского источника излучение с необходимой длиной волны λ в соответствии с уравнением Вульфа-Брегга (1). Для фокусировки рентгеновского излучения радиус изгиба кристалла-монохроматора должен меняться при изменении угла Брэгга θ в соответствии с выражением (2).

При вращении основания кристалла-монохроматора каретка 7 изгибает пластину кристалл-монохроматора 5 при помощи подвижных опор 8, поступательное движение которых осуществляется через стержень 9 рычага 11 непосредственно от боковой поверхности копира 12. Радиус изгиба Rк пластины кристалла-монохроматора 5 связан с поступательным перемещением h подвижных опор 8 относительно их начального положения соотношением (3):

,

где - расстояние между осями пары соседних подвижной 8 и неподвижной 14 опор, - расстояние между неподвижными опорами кристаллодержателя.

Предварительно ось копира смещена относительно оси вращения основания устройства на расстояние е, при помощи юстировочного устройства 13.

При вращении от шагового двигателя гониометра основания монохроматора, на котором закреплена с помощью пружин 10 каретка 7 с подвижными опорами 8, каретке передается смещение h, связанное с углом поворота θ и эксцентриситета е зависимостью (4):

,

где θ - угол поворота каретки относительно оси копира 12, то есть угол Брэгга. На основании соотношений (3) и (4) получаем соотношение (5) для расчета эксцентриситета е, обеспечивающего фокусировку пучка рентгеновского излучения на круге гониометра в области рабочих углов спектрометра (Гильварг А.Б. Применение чистого изгиба кристаллических пластин в кристаллодержателях для фокусирующих рентгеновских спектрографов // ДАН СССР, (1950) т. 72 №3, с. 489-491):

,

где расстояние между осями пары соседних подвижной и неподвижной опор, l - расстояние между неподвижными опорами кристаллодержателя 5, Rо - фиксированный радиус гониометра. Поворот кристалла-монохроматора приводит к изменению его радиуса изгиба Rк, при этом выполняется условие (2).

Исследования показали, что описанное устройство обеспечивает возможность сканирования в интервале брэгговских углов от 15° до 80°. Это дает возможность при использовании кристаллов кварца с различными плоскостями отражения в качестве кристалла-монохроматора исследовать спектры К - краев поглощения элементов с атомными номерами 24-46, L - краев поглощения с Z=56-90.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет управлять изгибом кристалла - монохроматора при более простой по сравнению с прототипом конструкции.

1. Устройство для изгиба кристалла-монохроматора, характеризующееся тем, что оно включает основание, кристалл-монохроматор, выполненный в виде пластины, кристаллодержатель с неподвижными опорами, на которые может опираться пластина кристалла-монохроматора, подвижную каретку с отверстиями для размещения подвижных опор, которые могут соприкасаться с пластиной кристалла-монохроматора и обеспечивать изгиб кристалла при своем перемещении, рычаг со стержнем, закрепленный подвижно на основании кристаллодержателя, выполненный с возможностью касания каретки и боковой поверхности копира, который представляет собой тело вращения, ось которого имеет возможность смещения относительно оси вращения основания устройства с помощью юстировочного устройства.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что содержит кронштейн, фиксирующий основание копира неподвижно относительно источника рентгеновского излучения.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что содержит соединение, связывающее подвижную каретку с неподвижным основанием кристаллодержателя, выполненное, например, в виде пружины.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что юстировочное устройство выполнено в виде микрометрических винтов.

5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что содержит приспособление для фиксации подвижной каретки.

6. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что копир выполнен в виде цилиндрического кольца.



 

Похожие патенты:

Использование: для регистрации нарушений в изделии. Сущность изобретения заключается в том, что направляют рентгеновские лучи веерного типа на изделие вдоль по меньшей мере одного направления, в котором часть рентгеновских лучей веерного типа отражается от изделия; региструют отраженные рентгеновские лучи веерного типа от изделия вдоль по меньшей мере одного направления и выполняют запись интенсивности регистрируемых отраженных высокоэнергетичных волн, после чего формируют одномерное изображение изделия из регистрируемых отраженных высокоэнергетичных волн.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может найти применение на предприятиях энергетической отрасли, при разработке энергетического оборудования и исследовании новых марок сталей.

Использование: для косвенного контроля характеристик качества (размера и различных свойств) металлических полуфабрикатов (ленты, проволоки, труб, профиля и т.д.) и регулирования режимов деформации в случае, если та или иная характеристика качества не соответствует требуемым ограничениям.

Использование: для оценки состава двухкомпонентных твердых растворов в нанодисперсных материалах, включающих, в частности, наноразмерные частицы: Pt-Ru, Pt-Rh, Fe-Co, Pd-Ru, Pd-Rh, Pd-H, Hf-O.

Использование: для обследования оборудования, содержащего неправильные поверхности, сжатые пространства и другие труднодоступные места, на основании регистрации обратнорассеянного проникающего излучения.

Использование: для регистрации обратнорассеянного проникающего излучения. Сущность изобретения заключается в том, что система обследования с обратным рассеянием с изменяемыми геометрическими характеристиками содержит матрицу датчиков излучения, включающую один или большее количество датчиков обратнорассеянного излучения.

Изобретение используется для контроля качества многослойных сверхпроводников в процессе изготовления. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе изготовления ленточного сверхпроводника исследуемые поверхности облучают световым потоком и регистрируют параметры отраженного светового потока, по которым определяют показатели преломления слоев.

Использование: для контроля технологии при изготовлении полупроводниковых метаморфных гетероструктур. Сущность изобретения заключается в том, что регистрируют кривые дифракционного отражения в режиме θ/2θ-сканирования от различных кристаллографических плоскостей, измеряют угловое положения пика от выбранной малой области эпитаксиального слоя с градиентом химического состава и вычисляют параметры решетки в различных направлениях на основе измеренных брэгговских углов, при эпитаксиальном росте слоя с градиентом химического состава в заранее произвольно выбранной малой области этого слоя формируется монокристаллический слой с однородным составом толщиной 50-100 нм, дающий отчетливый пик на кривых дифракционного отражения и не вносящий дополнительной упругой деформации.

Использование: для определения плотности путем облучения контролируемого вещества потоком квантов источника электромагнитного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что определяют плотность путем облучения контролируемого вещества потоком квантов источника электромагнитного излучения, регистрации обратно рассеянного излучения, использования интенсивности счета детектора излучения и калибровочного графика, при этом измеряют интенсивность счета детектора излучения и интенсивность счета мониторного детектора при различной глубине погружения защитного экрана, определяют нормированную интенсивность счета детектора излучения, находят пространственное распределение плотности контролируемого вещества путем сравнения зависимости нормированной интенсивности счета детектора излучения от глубины погружения защитного экрана с калибровочными графиками нормированной интенсивности счета детектора излучения от глубины погружения защитного экрана, полученными для контролируемого вещества при различных распределениях его плотности по глубине.

Изобретение относится к области медицинской техники и предназначено для внутриполостной гамма-лучевой терапии злокачественных новообразований. Комплекс содержит средство для размещения больного, источник излучения, размещенный в средстве для его хранения, средство для перемещения источника излучения из средства для его хранения в выбранный канал облучения и его возврата по выполнении сеанса облучения и средства контроля и управления.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано лабораториями неразрушающего контроля, проектными и научно-исследовательскими организациями для диагностики трещинообразования в конструкционных материалах и прогнозирования состояния предразрушения конструкции. Сущность: осуществляют операции деформирования, построения графической зависимости и установления состояния предразрушения. Для этого из конструкционного изделия подготавливают эталон, подвергают его циклическому деформированию и на основе возникающего при этом изменения параметра элементарной кристаллической решетки определяют значения внутренних напряжений I рода . Строят графическую зависимость изменения внутренних напряжений I рода от давления циклического деформирования Pi, по которой определяют поле безопасных напряжений, значение максимального напряжения и момент прорастания трещины . Вычисляют параметр состояния предразрушения Kс.п.. Затем из наиболее вероятной по условию эксплуатации зоны разрушения конструкционного изделия изготавливают образец, в котором определяют значение внутренних напряжений I рода . Сравнивают отношение значения внутренних напряжений I рода к значению максимального напряжения с параметром состояния предразрушения Kс.п., устанавливая возможность дальнейшей эксплуатации конструкционного изделия. Технический результат: возможность установления состояния предразрушения конструкционного изделия, работающего как в установившихся, так и в нестационарных тепловых режимах. 2 табл., 2 ил.

Использование: для неразрушающего контроля термодеформационной обработки полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов на перегрев. Сущность изобретения заключается в том, что выбирают место контроля и строят градуировочную кривую для каждого вида полуфабрикатов, получают дифракционный спектр методом рентгеновской съемки и выполняют обработку результатов для каждого контролируемого полуфабриката, причем в качестве места контроля выбирают деформированный во время последней операции термодеформационной обработки участок поверхности с преимущественным течением материала параллельно поверхности со степенью деформации не менее 10% и не более 50% с удаленным газонасыщенным слоем, в качестве градуировочной кривой используют зависимость соотношения интенсивностей дифракционных линий α-фазы L1=(101) или L1=(110) и L2=(002) от температуры Т (Т - разность температуры полного полиморфного превращения (Тпп) и температуры нагрева под деформацию (Тн)), а о перегреве вышезаданной технологией температуры судят по значению отношения интенсивностей дифракционных линий L1 и L2 выше, чем на градуировочной кривой для верхнего предела диапазона температур нагрева. Технический результат: обеспечение возможности неразрушающего экспресс-контроля термодеформационной обработки полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов на перегрев. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Наверх