Импульсный микропинчевый источник мягкого рентгеновского излучения

 

ИМПУЛЬСНЫЙ МИКРОПИНЧЕВЫЙ ИСТОЧНИК МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛ ///// ЧЕНИЯ, содержащий анод, заостренный на конце и расположенный в металлической разрядной камере, отличающийся тем, что, с целью повышения ресурса работы-и эффективности преобразования электрической энергии в энергию рентгеновского излучения в выбранном диапазоне, анод выполнен в виде полого .цилиндра, внут-, ри которого размещен подвижный стержень , диаметр которого составляет 0,1-0,5 внешнего диаметра цилиндра и выступает на 0,2-3 мм над краем анода, причем анод и стержень из Отовлены из различных материалов, N-, М-, L- либо К-ионы которых имеют линии излучения в выбранном диапазоне спектра излучения. . . . , ч X NI ч

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 25 А (51) 4 Н 01 J 35/08

"5:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3585525/18-25 (22) 29 ° 04.83 (46) 23.01.87. Бюл. N - 3 (71) Физический институт им. П.Н.Лебедева (72) В.А.Веретенников, О.Н.Крохин и О.Г.Семенов (53) 621,386.2(088.8) (56) Короп E.Ä. и др. Микропинч в сильноточном диоде. УФН, 1979,т.129(1) с. 87.

Веретенников В.А, и др. Исследование динамики разряда малоиндуктивной вакуумной искры с помощью лазерной теневой методики. — Физика плазмы, 1981, т. 7, вып. 2, с. 455. (54) (57) ИМПУЛЬСНЫЙ МИКРОПИНЧЕВЬЙ

ИСТОЧНИК МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий анод, заостренный на конце и расположенный в металлической разрядной камере, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения ресурса работы"и эффективности преобразования эле. трической энергии в энергию рентгеновского излучения в выбранном диапазоне, анод выполнен в виде полого .цилиндра, внут.„ ри которого размещен подвижный стержень, диаметр которого составляет

0,1-0 5 ьнешнего диаметра цилиндра и выступает на 0,2-3 мм над краем анода, причем анод и стержень изготовлены из различных материалов, NM-, L- либо К-ионы которых имеют линии излучения в выбранном диапазоне спектра излучения.

1115625

Изобретение относится к плазменным источникам рентгеновского излучения и технике сильноточных разрядов в плазме, сжимающейся собственным магнитным полем тока (пинчи), и может быть использовано для производства больших интегральных схем в рентгенолитографии, оптоэлектронных схем с субмикронными размерами, элементов и в кристаллографии. 10

Известен источник мягкого рентгеновского излучения, называемый малоиндуктивной вакуумной искрой или микропинчевым разрядом, для спектроскопических исследований. 15

В этом источнике используется линейчатое тепловое излучение высокотемпературной плазмы, образующейся в результате локального пинчевания плазменного канала. При этом в локальной области, называемой плазменной точкой или микропинчем с характерным размером 10 см образуются ионы высокой кратности ионизации, интенсивно излучающие в рентгеновской об25 ласти спектра.

Недостатком этих устройств явля,ется малый ресур работы анода (не более 100 разрядов), нецостаточная яркость излучения для практических применений, ограниченные возможнос ти варьирования спектрального состава излучения, Наиболее близким к предложенному источнику является импульсный микро- 35 пинчевый источник мягкого рентгеновского излучения, содержащий анод, заостренный на конце и расположен) ный в металлической разрядной камере. КПД преобразования электрической энергии в энергию рентгеновского излучения в диапазоне 0,5-2 нм для стального анода равен = 0,87. и в десятки раз превышает эффективность . лазерно плазменного источника и рент- "5 геновских трубок.

Вследствие быстрой эрозии центральной части анода ресурс источника составляет лишь 100"300 разрядов, после чего необходимо развакуумировать камеру для смены анода. Зто является серьезным недостатком для применения его в промышленности и лаборатор ой практике. Кроме того,, необходимость использования дополнительного фильтра, защищающего рентгеновскую маску от плазмы (т.е. дополнительного ноглотителя), а также достижения максимального разрешения при удалении экспонируемого объекта без потери производительности требует повышения эффективности этого источника, что в существующей конструкции оказалось невозможным. Наконец, источник не позволяет широко варьировать спектральные характеристики излучения.

Цель изобретения — повышение ресурса работы и эффективности преобразования электрической энергии в энергию рентгеновского излучения в выбранном диапазоне.

Зта цель достигается тем, что в импульсном микропинчевом источнике мягкого рентгеновского излучения, содержащем анод, заостренный на конце и расположенный в металлической разрядной камере, анод выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого размещен подвижный стержень, диаметр которого составляет 0,1-0,5 от

BEIeIllEIpI диаметра цилиндра. Один конец стержня выводится из камеры в устройство, обеспечивающее его продольное перемещение. В процессе работы производится продольная подача стержня так, чтобы второй конец выступал на 0,2-3 мм над краем анода.

Величина эрозии: стержня (экспериментальная) составляет в среднем

0,005-0,02 мм за разряд (в зависимости от используемого материала), компенсирующая эрозии скорость осевого передвижения стержня подбирается экспериментально. Это позволяет увеличить ресурс до 10 разрядов и даже больше в зависимости от величины полной пс дачи стержня. Величина эрозии i самого анода (при оптимальном диаметре стержня) не превышает

1/50-1/100 от эрозии стержня, если анод изготовлен йз достаточно стойкого материала (сталь, вольфрам).

Таким образом, за 10 разрядов анод укорачивается на 1-4 мм, что не уменьшает значительно эффективности источника. Когда стержень и анод изготовлены из различных материалов, с целью увеличения эффективности источника и для увеличения ресурса работы из более стойкого материала изготовляется анод. Экспериментально установлено, что положительный эффект (в данном случае увеличение ресурса) до,стигается, когда диаметр стержня Ф отверстия в аноде составляет 0,1-0 5 от внешнего диаметра анода, оптималь t 115

15 ный диаметр стержня равен 1-1,5 мм при диаметре анода 4 мм. Данная конструкция анода дает возможность использовать комбинацию различных металлов, либо сплавов металлов, либо иных материалов, подобранных с таким расчетом, чтобы N, M, L либо К-ионы соответствующих элементов имели интенсивные (резонансные) линии излуче ния в диапазоне спектра, выбранном для Р

:практического использования. При этом за счет увеличения числа интенсивных линий в данном участке спектра происходит увеличение

КПД преобразования электрической энергии в рентгеновское излучение этого диапазона. Например, экспериментально установлено, что комбинация сталь (анод) + алюминий (стержень) увеличивает эффективность íà 2р

200Х в диапазоне 0 5-2 нм, используемым для рентгенолитографии, по сравнению с анодами, целиком изготовленными из одного из этих материалов.

Аналогично можно осуществить подбор рабочих элементов для любого иного участка спектра мягкого рентгеновского излучения. Такая комбинация также увеличивает ресурс работы источника, так как анод изготавливается из более ЗР стойкого к эрозии отобранного материала.

Кроме того, подбор различных материалов для анода и стержня позволяет регулировать как спектральный состав у5 излучения внутри заданного диапазона так и сдвигать или расширять диапазой излучения источника. Например, та же комбинация сталь (анод) + алюминий экспериментально изменила состав из- 4р лучения в диапазоне 0,5-2 нм по сравнению со сплошным анодом так, что интенсивность жесткого края существенно поднялась за счет излучения К-ионов алюминия. Применение графитового стерж-,ц ня позволило резко увеличить яркость .вблизи 4,5 нм (К-спектр углерода), т.е. расширить диапазон в более мягкую область.

На чертеже изображена конструкция др .предложенного микропинчевого источника мягкого рентгеновского излучения в разрезе.

Источник рентгеновского излучения состоит из металлического корпуса 1, служащего обратным токопроводом, анода 2 с осевым отверстием, закреп- . ленного в анодном держателе 3, кото625 Д рый, в свою очередь, отделен от корпуса кольцевым изолятором 4.

Центральный стержень 5 проходит через анод, анодный держатель и выводится в устройство для продольной подачи. Инициирование разряда осуществляется триггерным электродом б.

Камера откачивается до давления

<10 мм рт ° ст.

Устройство работает следующим образом.

После зарядки основного и вспомогательного триггерного конденсатора на триггерный электрод с помощью коммутирующей схемы подается высоковольтный импульс 10-20 кв ° Между триггерным электродом и корпусом камеры воз никает разряд. Образовавшаяся плазма вытекает через отверстие в межзлектродное пространство, образуя плазменный катод, из которого вытягиваются электрическим полем электроны, бомбардирующие стержень и анод и вызывающие их эрозию i Облака анодной и катодной плазмы движутся навстречу друг другу, образуя разрядный канач после смыкания. По мере нарастания тока до величины 10 А плазменный канал пинчуется до диаметра

1 мм, после чего вблизи заостренной части анода (конца стержня) формируется перетяжка с минимальным радиусом О, 1 мм и характерной длиной

1 мм. Вытекание плазмы из перетяжки в осевом направлении приводит к увеличению температуры плазмы в этой области, увеличивая тем самым степень ионизации плазмы. При этом данный участок оказывается в условиях, когда излучательные потери становятся больше джоулева нагрева, что, в свою очередь, приводит к дополнительному локальному сжатию до размера

10 2 мм, увеличению электронной температуры до t кэВ и электронной плотности до 10 -1023 см э . Эта микропинчевая область существует доли наносекунды, после чего разрушается.

Излучение разряда в рентгеновской области спектра практически целиком определяется тепловым (линейчатым) излучением ионов высокой кратности ионизации, образующихся в микропинчевой области в процессе ее образования и разрушения. В целом размер источника не превышает 0,1 мм, однако разброо положения его от разряда к разряду увеличивает эффективный размер источника до 1 мм при оптимальном

Корректор С. Шекмар

Техред Н.Глущенко

Редактор С.Титова

Заказ 7740/1 Тираж 698. Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий. 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4 соотношении диаметра анода и межэлектродного промежутка.

Использования предлагаемой конструкции комбинированного анода с подвижным центральным стержнем обеспечило получение микропинчевой излучающей области в течение до 10 последовательных разрядов с эффективностью не хуже 70Х при увеличении яркости источника на 100-2003 в используемом для рентгенолитографии участке спектра. Комбинации материалов,из которых изготовлены стержень и анод, например сталь (анод) + алюминий (стержень), сталь (анод) + титан (стержень), сталь (анод) + медь (стержень) 5625 6 сплав ВМБ (анод) + сталь (стержень) практически увеличивают КПД источника в участке 0,5-2 нм, используемом для рентгенолитографии, на 100-200%.

При этом происходит изменение спектрального состава излучения в данном диапазоне за счет добавления линий излучения другого элемента. Использование графитового стержня позволи10 ло увеличить яркость источника вблизи 4,5 нм, т.е. расширить диапазон в мягкую сторону, причем преобразования электрической энергии в энергию рентгеновского излучения в этом

1. i случае (т.е. в диапазоне 1-4,5 нм) достигает 8X..

Импульсный микропинчевый источник мягкого рентгеновского излучения Импульсный микропинчевый источник мягкого рентгеновского излучения Импульсный микропинчевый источник мягкого рентгеновского излучения Импульсный микропинчевый источник мягкого рентгеновского излучения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к мощной импульсной технике и предназначается для решения научных задач, связанных с радиационными исследованиями

Изобретение относится к области рентгеновской техники и может быть использовано в медицине, дефектоскопии, охранных системах, а также в научных исследованиях

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к рентгеновским трубкам для рентгеноэлектронной спектроскопии

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно к анодам рентгеновских трубок, и может быть использовано в медицине для диагностики и в технических устройствах для рентгеноструктурного анализа материалов и других областях науки и техники
Изобретение относится к рентгенотехнике, а именно к анодам рентгеновских трубок, и может быть использовано в медицине для диагностики и терапии, в технических устройствах для неразрушающего контроля изделий и научных исследований

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно к вращающимся анодам рентгеновских трубок, применяемых в медицинской диагностике и терапии, в технических устройствах для неразрушающего контроля изделий и научных исследований для проведения рентгеноструктурного анализа материалов

Изобретение относится к генераторам рентгеновского излучения, используемым для недеструктивной рентгенографии и диагностики
Наверх