Концентратор мягкого рентгеновского излучения

 

(19) R Ö (11) (51) 5 G21К1 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4930211/25 (22) 22.04.91 (46) 15.10.93 Бюл Йа 37-38 (71) Военная академия им.Ф.ЭДзержинского (72) Виноградов АВ„Дуванов Б.Н„Лотышев ЕВ.;

Рупасов АА; Федорец АГ; Шиканов AC. (73) Федорец Апександр Григорьеоич (54) КОНЦЕНТРАТОР МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Сущность изобретения: концентратор мягкого рентгеновского излучения содержит ряд вложенных друг в друга криволинейных зеркал с внутренней отражающей поверхностью, выполненных в форме поверхностей вращения, образованных дугами окружностей. Касательные к внутренним концам зеркал проходят через фокус концентратора, располагающийся в центре попой сферы. образованной внутренними кромками зеркал, а касательные к наружным концам — параллельны оптической оси концетратора или пересекают ее. Угловое расстояние между внутренними кромками криволинейных зеркал, радиусы кривизны последних и радиус внутренней полости выбраны такими, что в любой точке, отражающей поверхности выполняется условие 8» 8, где 8 — угол скольжения падающего кр луча, 8 — критический угол полного внешнего откр ражения. Новым в концентраторе является то, что криволинейные зеркала выполнены в форме, обеспечивающей поворот излучения точечного изотропного источника, излучающего в полном телесном угле на различные углы с целью его преобразования в квазипараллельный пучок за счет многократного отражения Количество и взаимное распвтю жение зеркал выбраны такими, что исключается попадание излучения на отражаущую поверхность под углами скольжения, большими 8 . 3 ип. кр

2001455

Изобретение относится к неизображающей рентгеновской оптике, в частности к конструкции концентраторов лучистой энергии.

Известен концентратор мягкого рентгеновского излучения (МРИ), выполненный в виде эллипсоьща вращения, в одном фокусе которого рас(йлага тся точечный изотропМ...) ный источнйк, а в=другом — облучаемая точечная мишенМ1Известный концентратор позволяет в отсутствие поглощения собрать все излучение источника на мишени.

Недостатком концентратора является то, что в реальных условиях практически все излучение поглощается отражающей поверхностью и на мишень попадает только небольшая доля излучаемой источником энергии Яр, где 0„p — критический угол полного внешнего отражения (ПВО). На практике указанная доля не превышает

10 . Кроме того, данная конструкция не позволяет изменять положение мишени относительно фокуса концентратора беэ резкого уменьшения плотности потока излучения на мишени, Известен концентратор МРИ, выбранный в качестве прототипа, который выполнен в виде параболоида вращения с внутренней отражающей поверхностью.

Укаэанный концентратор позволяет собрать все излучение точечного источника и часть его, определяемую коэффициентом передачи, направить на облучаемую поверхность в виде квазипараллельного пучка, что усредняет необходимость жесткой привязки мишени к концентратору.

Недостатком прототипа является то, что на значительной части отражающей поверхности углы скольжения падающих лучей превышают значение Î,p в связи с чем коэффициент передачи не превышает значения 15,;ь в диапазоне длин волн 2 — 12 нм.

Таким образом, концентратор, выбранныйв качестве прототипа, не позволяет существенно повысить плотность потока излучения на мишень за счет более полного использования энергии источника.

Целью изобретения является повышение плотности потока излучения за счет увеличения используемой доли излучения источника.

Указанная цель достигается тем, что в состав концентратора мягкого рентгеновского излучения, содержащего кРиво lvt нейное зеркало с внутренней отражающей поверхностью, выполненной в форме поверхности вращения введены N вложенных друг в друга дополнительных криволинейных зеркал с внутренними отражающими поверхностями, соединенных между собой и с криволинейным зеркалом продольными ребрами жесткости, причем все зеркала изготовлены в форме поверхностей вращения, образованных дугами окружностей, расположенных таким образом, что касательные к их внутренним концам проходят через фокус концентратора, располагающийся в центре полой сферы, образованной внутренними кромками зеркал, а касательные к наружным концам — параллельны оптической оси концентратора или пересекают ее, при этом угловое расстояние между внутренними кромками зеркал, радиус внутренней полости и радиусы кривизны зеркал выбраны такими, что в любой точке отражающей поверхности выполняется условие

0 Окр, где 0- угол скольжения падающего луча, О р — критический угол ПВО, На фиг, 1 представлен общий вид концентратора мягкого рентгеновского излучения, совмещенный с половиной разреза в меридиональной плоскости; на фиг, 2 — схема концентратора, иллюстрирующая взаимное расположение отражающих поверхностей, точечного изотропного источника МРИ, ход лучей в концентраторе и его геометрические характеристики; на фиг.

3 — основные геометрические характеристики конкретной реализации заявляемого концентратора, полученные расчетным путем.

Концентратор мягкого рентгеновского излучения (фиг, 1) содержит криволинейное зеркало 1, 50 вложенных друг в друга дополнительных криволинейных зеркал 2. Каждому криволинейному зеркалу присвоен условный порядковый номер n (n = 1, 2, ..., 50, 51). Для удобства на фиг. 1 представлены криволинейные зеркала только с нечетными номерами. С целью поддержания заданной формы и взаимного расположения зеркал, последние объединены в единую конструкцию с помощью ребер жесткости 3, установленных вдоль потока излучения.

Основой для расчета геометрических характеристик концентратора являются следующие исходные данные; спектральный диапазон источника МРИ (Л mln „, Л пах); диаметр источника МРИ dpi, максимальный диаметр концентратора Ом; толщина криволинейных зеркал дэ.

Спектральный диапазон источника определяет выбор материала отражающего покрытия. критический угол ПВО и требования к шероховатости поверхности. Значение О,р для конкретных условий определяется по методике, изложенной в работа. Из геометрических соображений (см, фиг. 2) определяются основные характе2001455

S, = 2лI (cos pп —,cos p +1 — — - - SInp ) дз

à — площадь зазора;

r — радиус внутренней полости;

5 1 ф 1с

Rn =- Ехр(— 1/ и -д (1 — -др) ) — кОд эффициент многократного отражения при огибании лучом с углом скольжения Опр вогнутой поверхности на угол ф,; у, д (у « д) — оптические константы, определяемые по известной методике.

Выполненные по приведенным зависимостям расчеты показали, что при следующих исходных данных А min = 8 нм, г = 0,1 м;

Он = 1 м, материал покрытия R< — концентратор содержит 51 криволинейное зеркало и имеет средний (по углам скольжения 0=

0...15О) коэффициент передачи

20 з =50%, при расхождении пучка

2 Впр = ЗОО.

Результаты расчета основных геометрических характеристик конкретной конструк25 ции заявляемого концентратора представлены на фиг. 3 в виде графических зависимостей

1 — Rп,=- Rn(n)

2 — Ар, = Ьрп (п)

30 3- =p„(n)

4 — 5п = 5п (n).

Сравнительная оценка с прототипом показывает, что при такой же апертуре, расходимости пучка и минимальном расстоя35 нии от источника до отражающей поверхности длина концентратора, выполненного в виде параболоида вращения составит 2,85 м, т.е. в 5 раз больше чем у заявляемого концентратора. При этом коэф40 фициент передачи прототипа е 3 — 4 раза меньше. (56) Виноградов А.В„Толстихин О.И, Концентраторы мягкого рентгеновского излучения, Рентгеновская оптика. Труды ФИАН, 45 т.196, М.: Наука, 1989, с.143 — 162.

Зеркальная рентгеновская оптика/Под ред. А.В,Виноградова, Л.: Машиностроение, 1989, с.115-116. ристики концентратора, характеризующие

eIо форму и размеры: радиус кривизны зеркал Рп; угловое расстояние между внутренними кромками зеркал Л п, расстояние между зеркалами у наружных кромок dn, Указанные характеристики определяются иэ следующих соотношений;

DM, R1= —

hIPn = аГССОЗ (— — (COSTI) + .1 +р.

+ COS np — (COS р — IOn) (1 +IOn))j г где р„= — — моделирующий параметр;

Rn г » ори радиус внутренней полости;

0np < O,ð — расчетный угол скольжения и — 1

1 + cos (g hp) dn-2R1

Расчет производится последовательно для каждого зеркала, начиная с n = 1, до тех пор пока и

Рп =, 1, ЛРп < 180

ПРи ЭтОм hI/,o, /1, do = О.

Коэффициент передачи концентратора определяется иэ соотношения

V4n

Wo где Рlкп — обо ая энергия лучистого потока, вышедшего из концентратора в виде квазипараллельного пучка;

Wo — общая энергия источника, Для заявляемой конструкции концентратора

Wan = Wo - Wn, п где Wn = 1 -, 04 — энергия, поглощенная отражающими поверхностями и внутренними кромками зеркал;

Wo Sn Rn

Wn = — — часть излучения ис4 7г г2 точника, прошедшая в зазоре между зеркалами и и n+1;

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ностью выполнено в виде части поверхноконцентрдтор мягкого гентггновского из. сти тора, е состав концентратора введены

Лу IEHVIII, СОДЕРжащий кРиволинейнОЕ ЗЕР- N дополнительных тороидальных зеркал с кало с внутренней отражающей поверхно- внутренними отражающими поеерхностястью, выполненной в форме поверхности ми, расположенных так, что внутренние вращения, отличающийся тем, что, с целью кромки зеркал находятся на поверхности повышения плотности потока излучения за полой сферы, касательные к ним проходят счет увеличения используемой доли энер- через ее центр, касательные к наружным гии излучения источника, криволинейное кромкам пересекают оптическую ось конзеркало с внутренней отражающей поверх- центратора, при этом углы между касатель2001455 ными к внутренним кромкам и радиусы кривизны каждого зеркала выбраны такими, что в каждой точке отражающей поверхности углы скольжения лучей соответствуют условию полного внешнего 5 отражения, а расстояние d между наружной кромкой I-го зеркала и внешней поверхностью (1 + 1 -го зеркала удовлетворяет неравенству (f с<)5Н, ), где " радиус кривизны 1-го зеркала; тическии yron полного внешне го отражения, 2001455 ф 2. 2

s,à

45

10 ЯО 50 40 5

Редактор

Закаэ 3129

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

h,ÑÈ

1Р9 ь

Ь И л

Составитель А. Виноградов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор H. Король

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5