專利名稱：基于整體會聚x光透鏡的exafs譜儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種使用整體會聚X光透鏡和位置靈敏探測器的EXAFS(ExtendedX-ray Absorption Fine Structure)譜儀。它是國際上尚無商品推出的使用整體會聚X光透鏡的新型科學儀器。用它可以研究晶態物質和非晶態物質的結構。
背景技術：
現有的空間分辨EXAFS譜儀，大多數是通過利用小孔來限制X射線束，眾所周知，為了實現空間分辨，小孔的直徑尺寸勢必很小，這就大大降低了打在樣品上的X射線強度，從而導致了測量EXAFS譜需要較長的時間，以致影響EXAFS譜的質量，所以在用小孔實現空間分辨EXAFS分析時，必須用高強度X射線光源；現有的時間分辨EXAFS譜儀，同樣需要高強度的X射線光源；對樣品同時進行時間分辨和空間分辨的EXAFS譜儀，對X射線光源強度的要求就更高，所以，現有的時間分辨EXAFS譜儀、空間分辨EXAFS譜儀以及同時進行時間分辨和空間分辨的EXAFS譜儀都受到光源強度的限制，影響了它們的普及和推廣。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種能夠對材料進行時間分辨和空間分辨EXAFS分析的新型科學儀器。
本實用新型的目的通過如下措施實現該譜儀包括X光源、整體會聚X光透鏡、單色器和位置靈敏探測系統。其特點在于在光源和單色器之間加有整體會聚X光透鏡，由于整體會聚X光透鏡可以在大角度大能量范圍內將發散的X光會聚成直徑為數十微米的微焦斑，將樣品放在焦斑位置處時，可探測到數十微米范圍內的信息，所以本實用新型可以實現空間分辨的EXAFS分析。由于整體會聚X光透鏡的具有很高的放大倍數，同時，由于經整體會聚X光透鏡會聚的X射線束，經過焦斑位置后就發散開了，所以在焦斑后面放上合適的單色器，根據布拉格衍射定律可知，發散的X射線連續譜經單色器作用后，不同能量的X射線的空間位置不同，此時，在單色器后面放上位置靈敏探測器，可同時測量一定能量范圍內各能量點的X射線強度，從而大大縮短了記譜時間，所以本實用新型可以實現時間分辨的EXAFS分析。
整體會聚X光透鏡為單一的、沒有支撐部件的多孔玻璃固體，它內部是由多根內徑為5～10微米的毛細管構成。該透鏡沿長度的外形母線和X光導管外形的母線及X光導管的軸線近似為空間二次曲線段、二次曲線段的組合或二次曲線段與直線段的組合，透鏡的母線和X光導管的外形母線的徑向變化對于透鏡的中心軸線是對稱的。X光在毛細導管中可借助于全發射從導管的一端傳輸到另一端，傳輸過程中改變了X光的傳輸方向。由于透鏡具有上述結構特點，所以可以改變X光的傳播方向，從而可以在大能量范圍內會聚X光。整體會聚X光透鏡具有103數量級的放大倍數整體會聚X光透鏡的進口截面和出口截面尺寸小于透鏡最大尺寸。進口端截面和X光導管在垂直于透鏡中心軸線方向的截面分別為正六邊形和圓形。進口端截面和出口端截面形狀相同，X光導管沿垂直于透鏡中心線方向的截面尺寸是空間的函數，越靠近兩端，截面尺寸越小。
描述整體會聚X光透鏡性能的參量中，其中，出口焦距、入口焦距、焦斑大小、放大倍數、傳輸效率和等效距離都與能量有關，整體會聚X光透鏡的長度、入口直徑、出口直徑和最大截面的尺寸都是因EXAFS分析研究的特殊要求而特別設計，構成透鏡毛細管的內徑和數目以及拉制透鏡采用的材料也因研究項目要求的不同而不同。
本實用新型與現有技術比較具有如下優點1.由于整體會聚X光透鏡可以會聚發散的X光，所以，本實用新型采用整體會聚X光透鏡可以將打在樣品上的X光的功率密度提高數千倍，從而縮短了記譜時間，提高了EXAFS譜的質量。
2.由于整體會聚X光透鏡可以將發散的X光會聚成直徑在數十微米的微焦斑，所以，該譜儀可對樣品實現空間分辨的EXAFS分析，同時能對微小樣品進行EXAFS分析。
3.由于會聚透鏡有很高的放大倍數，同時，整體會聚X光透鏡將發散的X光會聚成微焦斑后，X光束又分散開，這便于采用位置靈敏探測系統同時測量一定能量范圍內各個能量點的X射線強度，從而縮短了記譜時間，所以，本實用新型可以在低功率光源下進行時間分辨的EXAFS分析。
4.由于本實用新型采用了整體會聚X光透鏡，使得該EXAFS譜儀的能量分辨率不再受到光源尺寸的影響，便于提高譜儀的能量分辨率。
5.由于整體會聚X光透鏡和位置靈敏探測器的結合，使得該譜儀能夠對樣品同時進行時間分辨和空間分辨的EXAFS分析。
6.由于整體會聚X光透鏡沒有支架，結構緊湊，所以本實用新型結構簡單、造價低廉，便于普及和推廣使用。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳述。
圖1為基于整體會聚X光透鏡的EXAFS譜儀的結構示意圖；圖2為本實用新型中整體會聚X光透鏡的示意圖；圖3為圖2中整體會聚X光透鏡的沿垂直于透鏡中心線的剖面圖。
具體實施方式
參見附圖1和圖2，本實用新型由X光源1、整體會聚X光透鏡2、樣品3、單色器4和位置靈敏探測系統5組成。
自X光源發射的X光6被整體X光透鏡收集和會聚，從透鏡出射的X光7會聚成數十微米的微焦斑8后又分散開形成發散的光束9。某能量范圍內的連續X光束9打在單色器上后，按照布拉格定律被單色器分開，形成了不同能量(如圖1中的λ1、λ2和λ3等)X光的空間分布，按空間分布的不同能量的X光被位置靈敏探測系統探測后，形成高能量分辨的X光能譜，基于這些能譜就可對樣品進行EXAFS分析。
參見圖2，整體會聚X光透鏡的入口端直徑Din和出口端直徑Dout與其最大截面的直徑Dmax相比，前者較小；整體會聚X光透鏡入口焦距f2和出口焦距f1可以相等也可以不等；透鏡的長度l根據實驗條件而定；透鏡的對光源的捕獲角ωcapture隨著透鏡結構和光源尺寸的不同而不同；經整體會聚X光透鏡會聚的X光束離開焦斑后的發散角ωdivergence隨透鏡結構的變化而變化。進入透鏡入口端的X射線光強和從透鏡出來的X射線的強度比值定義為透鏡的傳輸效率，透鏡的傳輸效率與能量、透鏡的結構和光源的大小等因素有關。透鏡放大倍數的定義為有透鏡和沒透鏡時，某處X光的功率密度的比值，它與透鏡的結構和能量有關，同時它還與空間位置有關。透鏡的焦斑大小、入口焦距、出口焦距、捕獲角和發散角都與透鏡的結構和能量有關。
參見圖3，透鏡沿垂直于透鏡中心線方向的橫截面的外形是正六邊形，每根毛細管橫截面的輪廓為圓形。毛細管緊密排列在一起，如果把中間一根毛細管所在的層數定義為1，則從內向外各層上的毛細管的數目為6(n-1)，其中n＞1為層數，毛細管的內徑大小可以相同也可以不相同。
下面給出整體X光會聚透鏡的實例透鏡04-3-27-3共有205060根X光導管構成，在沿垂直于透鏡中心線的方向截面上，每根毛細管的內徑大小相同，在最大橫截面上，每根毛細管的內徑約為6微米；透鏡的長度為70mm，透鏡的入口端和出口端的直徑分別為5mm和3mm，在17.4keV能量點，透鏡入口焦距、出口焦距、傳輸效率、焦斑直徑、放大倍數和發散角，分別為78mm、13mm、1％、27μm、3000和2°。
權利要求1.一種基于整體會聚X光透鏡的EXAFS譜儀，包括X光源、樣品、平面單色器、位置靈敏探測系統，其特征在于該譜儀還包括在X光源和樣品之間加有一整體會聚X光透鏡。
2.根據權利要求1所述的EXAFS譜儀，其特征在于整體會聚X光透鏡是單一的、沒有支撐的多孔玻璃固體，內有多根毛細管；該透鏡沿長度的外形母線和X光導管的外形母線及X光導管的軸線近似為空間二次曲線段、二次曲線段的組合或二次曲線段與直線段的組合，透鏡的母線和X光導管的外形母線的徑向變化對于透鏡的中心軸線是對稱的。
3.根據權利要求1所述的EXAFS譜儀，其特征在于整體會聚X光透鏡具有直徑為數十微米的微焦斑。
4.根據權利要求1所述的EXAFS譜儀，其特征在于整體會聚X光透鏡具有103數量級的放大倍數。
5.根據權利要求1所述的EXAFS譜儀，其特征在于整體會聚X光透鏡的進口端截面和X光導管在垂直于透鏡中心軸線方向的截面分別為正六邊形和圓形；沿垂直于透鏡中心線方向，越靠近兩端，X光導管的截面尺寸越小。
專利摘要基于整體會聚X光透鏡和位置靈敏探測器的EXAFS譜儀是由X光源、樣品、平面單色器、位置靈敏探測系統以及在X光源和樣品之間的整體會聚X光透鏡組成，它可用來對樣品進行結構分析。本實用新型的核心部件是安放在光源和樣品之間整體會聚X光透鏡。本實用新型的核心是通過整體會聚X光透鏡與位置靈敏探測系統的合理結合，實現對樣品進行空間分辨和時間分辨的EXAFS分析。同時，由于整體會聚X光透鏡具有很高的放大倍數，所以，本實用新型可以利用功率較低的光源進行EXAFS分析。本實用新型結構簡單，造價低廉，便于推廣和普及。
文檔編號G01N13/00GK2809635SQ20052000874
公開日2006年8月23日 申請日期2005年3月22日 優先權日2005年3月22日
發明者丁訓良, 孫天希, 劉志國 申請人:北京師范大學
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