Устройство для формирования квазипараллельных рентгеновских пучков

 

Изобретение относится к технической физике и предназначено для формирования квазипараллельных пучков рентгеновского излучения. Изобретение позволяет с помощью простой и технологичной конструкии снизить потери излучения при работе с точечными и неточечными источниками. Устройство состоит из двух многослойных и взаимно перпендикулярных относительно оптической оси пакетов отражающих поверхностей, выполненных в виде плоских пластин, концы которых со стороны выхода излучения лежат в одной плоскости, а длины l_i и углы наклона α₁ этих пластин по отношению к оптической оси устройства определяют из выражения где F - расстояние от источника излучения до выходного торца соотвутствующего пакета пластин; S - диаметр источника; Т - толщина отражающей пластины; Δ - зазор между пластинами на выходном торце соответствующего пакета; R_i - расстояние от оптической оси до соответствующей пластины на выходном торце пакета. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в физике плазмы, медицине, геологии, рентгеновской астрономии и других областях науки и техники. Целью изобретения является упрощение конструкции устройства и снижение потерь излучения при работе как с точечным (микрофокусным), так и с неточечным источниками. На чертеже схематически изображен первый по ходу пучка пакет пластин (схема второго пакета, повернутого относительно первого на 90^o, аналогична). Расходящийся пучок электромагнитного излучения от неточечного источника 1, распространяясь в направлении оптической оси 2 устройства, попадает в зазоры между пластинами первого пакета и, отражаясь от них, становится квазипараллельным в одной плоскости. Распространяясь после первого отражения в направлении оптической оси, пучок отражается вторым пакетом и становится квазипараллельным в плоскости, перпендикулярной первой. Таким образом, на выходе устройства пучок становится квазипараллельным и распространяется вдоль оптической оси устройства. Упрощение конструкции устройства достигается тем, что отражающие поверхности выполнены плоскими, в отличие от поверхностей сложной формы, которые имеет смысл изготавливать только при работе с микрофокусным источником рентгеновского излучения. Однако для получения мощного квазипараллельного потока электромагнитного излучения необходимо использовать соответствующие источники излучения, имеющие значительно больший размер фокусного пятна. Устройство обеспечивает работу с такими источниками за счет соответствующего выбора длины и углом наклона каждой пластины. Снижение потерь достигается за счет того, что плоские пластины легко сделать значительно более тонкими, чем величина зазора между ними. Кроме того, качество плоских поверхностей, т.е. их отражающее свойство также более высокое, чем у поверхностей сложной формы. Расчет устройства проводят в соответствии с выражениями
где
l_i - длина i-й пластины;
α_i - угол наклона i-й пластины по отношению к оптической оси устройства;
F - расстояние от источника излучения до выходного торца соответствующего пакета отражающих пластин, мм;
S - диаметр источника, мм;
T - толщина пластин, мм;
Δ - зазор между пластинами на выходном торце соответствующего пакета, мм;
R_i - расстояние от оптической оси до соответствующей пластины на выходном торце пакета. Эти выражения получены геометрически с учетом конечного размера источника и толщины пластин, руководствуясь следующими критериями: отсутствием прямого прохождения излучения между поверхностями, т.е. без отражения от них, отсутствием на выходе устройства квантов, испытывающих более одного отражения, обеспечением требуемой величины расходимости излучения относительно оптической оси в каждом из зазоров между пластинами. Устройство работает следующим образом. Излучение от источника, попадая в соответствующие зазоры, отражается первым пакетом пластин, приобретая требуемую расходимость в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа. Распространяясь в том же направлении и попадая в соответствующие зазоры второго пакета, излучение приобретает требуемую расходимость и в перпендикулярной плоскости. Угол захвата излучения устройством определяется критическим углом полного внешнего отражения Θ_кр для соответствующей энергии излучения и составляет для данной конструкции порядка 4Θ_кр (в плоскости чертежа). Пропускная способность такого устройства высокая, она определяется отношением величины зазора между пластинами к толщине пластины. Современная технология позволяет получать высококачественные отражающие поверхности толщин порядка десятка микрон, способные сохранять форму, т.е. не деформироваться в процессе эксплуатации. Диапазон применения предложенного устройства очень широк, в частности в рентгеновской литографии, астрономии, рентгеновском анализе и т.д. Пример. Устройство собрано из стеклянных пластин (С-52) толщиной 0,5 мм, изготовленных специальным способом (вытяжка с поверхности расплавленного металла). В таблице приведены размеры пластин и их расположение относительно оптической оси устройства с учетом выбранного зазора, равного 2 мм (указаны размеры для половины первого пакета, вторая половина симметрична относительно оптической оси). Расстояние от источника до выходного торца первого пакета (F) принято равным 400 мм (исходя из требуемой ширины квазипараллельного пучка, равной 40 мм и критического угла полного внешнего отражения для энергии 1 КэВ, равного 3 · 10^-2 рад). Размер источника 1 мм. Экспериментальные исследования показали хорошие параметры предложенного устройства. Расходимость пучка на выходе составила порядка (2 - 3) · 10^-3 рад при потерях, обусловленных конечной толщиной пластин порядка 20% (для одного пакета). Потери излучения за счет поглощения при отражении составили порядка 5%. Таким образом, коэффициент пропускания излучения для первого пакета отражающих поверхностей составил 76%. Второй пакет устройства аналогичен первому, поэтому в примере не рассматривается. Данное устройство проектировалось для использования в качестве рентгенооптической системы в приборе для рентгеновской литографии. Параметры предложенного устройства, как показали испытания, вполне удовлетворяют требованиям субмикронной рентгеновской литографии. James H. Underwood "High-energy x-ray microscopy with multilayer reflectors (invited)". Rev. Sci. Instrum., 57(8), 1986, p. 2119 - 2123.

Формула изобретения

Устройство для формирования квазипараллельных рентгеновских пучков, состоящее из двух расположенных взаимно перпендикулярно пакетов отражающих поверхностей, причем оси пакетов совпадают с осью устройства, проходящей через центр источника рентгеновского излучения, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения потерь излучения, каждый пакет выполнен из плоских пластин, концы которых со стороны выхода излучения лежат в одной плоскости, а длины l_i и углы наклона α_i пластин к оси устройства определены выражениями


где F - расстояние от источника излучения до выходного торца соответствующего пакета пластин;
S - диаметр источника;
T - толщина отражающей пластины;
Δ - зазор между пластинами на выходном торце соответствующего пакета;
R_i - расстояние от оси устройства до соответствующей пластины на выходном торце пакета.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2