一種x射線衍射儀的製作方法

2024-01-25 10:29:15 2

專利名稱：一種x射線衍射儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於物質結構分析的X射線衍射儀。
X射線衍射儀作為物質結構分析的儀器在物理、化學、化工、紡織、冶金、生命科學、醫學、地球科學、材料科學、工程技術和農業等許多領域裡得到廣泛的應用。常規的X射線衍射儀包括X光源、試樣、X光源和試樣之間的索拉狹縫、探測器、試樣和探測器之間的索拉狹縫、高壓電源、放大器、脈衝分析器、定標器及計算機等，在X光光源一端和探測器一端各加的一組狹縫在一維方向上保證X光的平行度。這種X射線衍射儀的入射X光和衍射X光利用率較低。
本實用新型的目的在於提供一種能提高入射X光和衍射X光的利用率，減少雜散的X光本底，改善角解析度，且靈敏度高的X射線衍射儀。
本實用新型的目的可以通過如下措施實現該儀器包括X光源、試樣、探測器、高壓電源、放大器、脈衝分析器、定標器、計數率計、計算機、X光源控制系統及轉角器等，其特點在於在X光源和試樣之間及試樣與探測器之間各加有一整體準平行束X光透鏡。從X光源發射的X射線，由第一個整體準平行束X光透鏡收集起來並轉化為準平行X光束，然後打到試樣上，產生衍射X光，該衍射X光又被第二個整體準平行束X光透鏡(即第一個整體準平行束X光透鏡的反轉形式)所收集並會聚到探測器內，探測器產生的信號經放大器、脈衝分析器，送入計算機進行處理。
整體準平束X光透鏡為一個單一的、且沒有支撐部件的多孔玻璃固體，內有多個從所述固體一端貫通到另一端的X光導孔，且該玻璃固體由上述X光導孔壁自身熔合而成，該透鏡沿長度方向的外形母線和X光導孔外形的母線及X光導孔的軸線近似為空間二次曲線段與直線段的組合，透鏡的母線和X光導孔母線的徑向變化對於假想的透鏡X光軸線是對稱的。X光可以藉助在所述多個X光導孔的內壁上全反射而從所述玻璃固體的一端傳播的到另一端，利用所述的玻璃固體和多個X光導孔的不同形狀和大小改變X光傳播的方向，在很寬的波長範圍內調控X光，將X光轉化成準平行束X光，形成整體準平行束X光透鏡。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點1.由於在X光源一端使用了整體準平行束X光透鏡，該透鏡將大立體角範圍內發散的X光轉化成準平行束X光，大大增強了衍射儀的入射光強，提高了X光源的使用效率，從而衍射光強也大為提高。
2.由於整體準平行束X光透鏡射出的X光是兩維準平行X光束，而不象索拉狹縫僅僅在一維方向上保證X光的平行度，因此這種透鏡射出的X光散角達0.1°以下，改善了X光束的平行度，實現了X光的全聚焦，改進了衍射儀的角分辨，改善了衍射線的譜形，提高了測量精度。
3.由於在探測器一端加有一整體準平行束X光透鏡，該透鏡只收集給定方向的X光，從而減少試樣周圍物體產生的雜散X光本底，因此提高了信號本底比，從而提高測量靈敏度，改善了衍射譜的質量。
以下結合附圖及實施例對本實用新型進一步說明。


圖1為本實用新型的的原理框圖；圖2為本實用新型中整體準平束X光透鏡的結構示意圖3為本實用新型中整體準平行束X光透鏡的軸向剖面示意圖；圖4為圖3中C部局部剖視圖；圖5為圖2中A-A剖面正六邊形截面示意圖；圖6為圖2中A-A剖面圓形截面示意圖；圖7為圖2中A-A剖面矩形截面示意圖；參見附圖1，本實用新型由X光源1、整體準平行束X光透鏡2和2′、試樣13、探測器7、前置放大器15、主放大器16、脈衝分析器21、定標器22、計數率計18、轉角器23、X光源控制系統24、X光源的高壓電源25、計算機26、電源20、探測器的高壓電源19等組成，自X光源1發射的X射線5為整體準平行束X光透鏡2所收集，形成準平行光6打到試樣13上，試樣13產生的準平行衍射光27射入整體準平行束X光透鏡2′，會聚成X光束射到探測器7內，探測器7輸出的信號經前置放大器15、主放大器16兩級放大後送入脈衝分析器21，脈衝分析器21輸出的信號一路送入定標器22，為計數率計18所記錄，另一路送入計算機26進行處理，轉角器23、X光源控制系統24均由計算機26進行控制。
附圖2、3、4，給出了整體準平行束X光透鏡的結構原理，這種整體X光透鏡進口端的尺寸小於出口端的尺寸，透鏡2沿長度方向的外形40和X光導孔9外形的母線42及X光導孔的軸線41近似為二次曲線段和直線段的組合，透鏡2的外形的母線40和X光導孔外形母線42的徑向變化對於假想的透鏡X光軸線3是對稱的，出口部分透鏡外形的母線40與透鏡假想的X光軸線3平行。附圖5、6、7，給出了透鏡2的A-A剖面的三種形式，即正六邊形、圓形及矩形。在以上各圖中，1為X光源、2為整體準平束X光透鏡、3為假想的透鏡X光軸線、5為入射到透鏡的X光、6為自透鏡出射的X光、9為X光導孔，為了改進透鏡內部結構缺陷，提高透鏡的光學性能，增加機械強度，在透鏡2和2′的外面加一層實體密合包邊8。X光源1到透鏡2進口端的距離即焦距f110mm-200mm，透鏡長度1為10mm-250mm，透鏡進口端尺寸Din為1mm-35mm(對於圓形透鏡為直徑尺寸，對於正多邊形為對邊尺寸，對於矩形為對邊尺寸)，透鏡出口端尺寸Dout為2mm-50mm，透鏡進口端到透鏡最大尺寸處的最小距離為10mm-150mm，佔空比大於10％。
為了改進整體準平行束X光透鏡出射的X光視場的均勻性，X光導孔9的尺寸在與透鏡X光軸線3相垂直的截面上不同部位處有不同的大小，例如靠近X光軸線3的X光導孔9的尺寸大，遠離X光軸線3的X光導孔9的尺寸小；且透鏡進口端X光導孔有不同的焦距，例如X光源放置於邊緣導孔的焦點上，而不在中間部分X光導孔的焦點上。
下面給出一個整體準平行束X光透鏡的實例，該透鏡由一次複合拉制而成，共有5677根X光導孔，該透鏡沿長度方向的外形由直線段、旋轉拋物體線段、圓弧線段和直線段組合而成，透鏡長度1為44.5mm，透鏡截面為正六邊形，入口處對邊長Din＝3.2mm，出口處對邊長Dout＝4.2mm，焦距f1＝124mm，X光收集角ω＝23mRAD。利用一個各向同性的直徑為0.2mm的點束斑X光源發出7.31keV的X光，測得透鏡的傳輸效率η＝26.2％，透鏡輸出的準平行束最大發散角θmax＝0.5mRAD，透鏡出口處100mm處照野直徑為4.3mm。(上述準平行束透鏡的最大角散θmax為照野內各通道中出射準平行X光束的最大張角，準平行束透鏡的照野直徑為經透鏡傳輸後輸出X光束在距透鏡出口給定距離處和透鏡光軸線垂直的截面上X光束斑的大小。)
權利要求1.一種X射線衍射儀包括X光源、試樣、探測器、高壓電源、放大器、脈衝分析器、定標器、計數率計、計算機、X光源控制系統及轉角器等，其特徵在於在X光源和試樣之間及試樣與探測器之同各加有一整體準平行束X光透鏡。
2.根據權利要求1所述的X射線衍射儀，其特徵在於整體準平束X光透鏡為一個單一的、沒有支撐部件的多孔玻璃固體，內有多個從所述固體一端貫通到另一端的X光導孔，且該玻璃固體由上述X光導孔壁自身熔合而成，該透鏡沿長度方向的外形母線和X光導孔外形的母線及X光導孔的軸線近似為空間二次曲線段和直線段的組合，透鏡的母線和X光導孔母線的徑向變對於假想的透鏡X光軸線是對稱的。
3.根據權利要求2所述的X射線衍射儀，其特徵在於透鏡進口端的尺寸小於出口端的尺寸，出口部分透鏡母線與透鏡假想的X光軸線平行；或透鏡的出口端的尺寸大於進口端的尺寸，進口部分透鏡母線與透鏡假想的X光軸線平行。
4.根據權利要求3所述的X射線衍射儀，其特徵在於上述透鏡的進口端截面和X光導孔在與上述透鏡光軸線垂直方向上的截面為正多邊形或圓形或矩形，出口端截面與進口端截面形狀相同。
5.根據權利要求3所述的X射線衍射儀，其特徵在於上述X光導孔尺寸與透鏡X光軸線相垂直的截面上不同部位處有不同的大小。
6.根據權利要求3所述的X射線衍射儀，其特徵在於上述透鏡的各個X光導孔具有不同的焦距。
7.根據權利要求3所述的X射線衍射儀，其特徵在於上述透鏡有實體密合包邊。
8.根據權利要求3所述X射線衍射儀，其特徵在於X光源到透鏡進口端的距離為10mm-200mm，透鏡進口端到透鏡最大尺寸處的最小距離為10mm-150mm，透鏡長度為10mm-250mm，透鏡入口端的尺寸為1mm-35mm，透鏡出口端的尺寸為2mm-50mm，佔空比大於10％。
專利摘要一種用於物質結構分析的X射線衍射儀包括X光源、試樣、探測器、高壓電源、放大器、脈衝分析器、定標器、計數率計、計算機、X光源控制系統及轉角器，其特點在於在X光源和試樣之間及試樣與探測器之間各加有一整體準平行束X光透鏡。該透鏡為一個單一的、沒有支撐部件的多孔玻璃固體，內有多個從所述固體一端貫通到另一端的X光導孔，且該玻璃固體由上述X光導孔壁自身熔合而成。本實用新型的入射光和衍射光源，測量精度高、測量靈敏高。
文檔編號G01N23/20GK2236652SQ9620353
公開日1996年10月2日 申請日期1996年2月17日 優先權日1996年2月17日
發明者顏一鳴, 赫業軍 申請人:中國航天工業總公司, 北京師範大學