[發明專利]一種在超高真空環境下實現毛細管聚焦X射線的裝置

有效

• 申請號: 201710141325.5
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106782740B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 鄭雷;唐坤;趙屹東;王嘉鷗;劉樹虎;馬陳燕;李華鵬;趙曉亮;李凡
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G21K1/06
• 分類號: G21K1/06
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙)11200
• 代理人: 司立彬

技術領域

本發明涉及一種在超高真空環境下實現毛細管聚焦X射線的裝置。

背景技術

上世紀90年代發展起來的導管X射線光學以及產生的毛細管光學元件是X射線光學的新突破。它實現了對大功率寬波段X射線的調控，極大提高了X射線的使用效率。毛細管光學元件是由單根或多根內表面非常光滑的空心玻璃管構成，并分為單毛細管和多毛細管兩種形式。它利用全反射原理實現X射線在元件內部的高效傳輸，從而達到對X射線進行調控的目的。而毛細管最重要的應用是聚焦X射線，獲得小光斑并提高光斑亮度。

在實際應用中，毛細管需置于X射線光路中，并且要與X射線對準，否則會顯著降低其傳輸效率，而且能量越高的X射線對準毛細管的要求越高。X射線源主要分為常規X射線源和同步輻射源兩類。同步輻射源發出的X射線方位和方向是固定的，不具備調節能力；常規X射線源雖然可以進行姿態調節，但是遠沒有調節無論是體積和重量都小很多的毛細管方便，因此需要為毛細管配備姿態調節裝置，調節毛細管對準X射線源。此外，為了避免X射線照射到人體上，毛細管的調節裝置需要遙控和電動。

X射線依據是否能夠在空氣中傳播分為硬X射線和軟X射線。對于硬X射線，毛細管的姿態調節裝置只需工作在空氣中。裝置主要由三維精密電控平移臺和兩維精密電控旋轉臺組成。毛細管需要的調節維度(如圖1所示)包括：在垂直于X射線的面內沿X和Z軸方向的平移，以及繞X’和Z’軸的旋轉，和沿Y軸方向的平移。調節毛細管姿態的步驟如下：首先做X和Z軸方向的平移將毛細管的入口對準X射線，然后沿Z’軸和X’軸旋轉毛細管使聚焦后的X射線光強最強，最后在Y方向上調節毛細管，使毛細管的焦點(X射線聚焦后的最小光斑)位于需要的位置。硬X射線聚焦裝置的結構如圖2所示。圖中毛細管的X、Y、Z方向平移運動分別由三臺一維精密電控平移臺實現，而毛細管的X’和Z’軸的旋轉分別由一臺精密電控傾斜臺和一臺精密電控旋轉臺實現。毛細管由毛細管支架固定，而毛細管支架固定在精密電控傾斜臺上，精密電控傾斜臺固定在精密電控旋轉臺上，精密旋轉臺固定在精密電控平移臺3上，平移臺3固定在平移臺2上，平移臺2固定在平移臺1上。所以，當平移臺1運動時，將帶動平移臺2，平移臺3，旋轉臺，傾斜臺、毛細管支架和毛細管做Y方向平動；當平移臺2運動時，將帶動它上面的所有組件(平移臺3，旋轉臺，傾斜臺、毛細管支架和毛細管)做X方向平動；當平移臺3在豎直方向運動時，將帶動安裝旋轉臺、傾斜臺、毛細管支架和毛細管做Z方向(豎直)平動；當旋轉臺旋轉時，可帶動安裝在它上面的組件(傾斜臺、毛細管支架和毛細管)沿豎直軸Z’旋轉；當傾斜臺旋轉時，可使毛細管支架和毛細管沿X’軸旋轉。整個五維精密運動控制臺控制毛細管做五維姿態調節，實現對X射線聚焦。

因為軟X射線很容易被空氣吸收，所以軟X射線的傳播需要在真空或超高真空環境下。相應的，如果要聚焦軟X射線，那么毛細管及其姿態調節裝置也要在真空環境下。如上段所述的毛細管聚焦硬X射線一樣，可以選擇適用真空和超高真空環境的精密電控平移臺、旋轉臺和傾斜臺控制毛細管姿態完成對X射線的聚焦。

如前所述，對于軟X射線，可以采用選擇適用真空和超高真空環境的精密電控平移臺、旋轉臺和傾斜臺控制毛細管姿態完成對X射線的聚焦。但是兼容真空和超高真空環境的精密電控平移臺和旋轉臺國內基本無法生產，需要從國外進口，價格是工作在大氣環境下產品的10倍或更高(適用的真空度越高，價格越高)；而且適用真空環境的線纜和接頭的價格也是普通線纜和接頭的10倍或更高。此外，這些兼容真空環境的平移臺和旋轉臺組裝起來體積大，因此需要體積更大的真空腔體來容納，同時也勢必要求排量更大的真空泵。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種在超高真空環境下實現毛細管聚焦X射線的裝置，以較低的成本實現毛細管的五維精密運動(3維平動和2維轉動)控制其姿態，又減少對真空環境的占用。

本發明將三維精密位移臺、旋轉驅動器和螺旋測微儀導入器結合起來實現超高真空環境下的毛細管五維姿態調整，使毛細管能夠精確對準X射線，實現對X射線的聚焦。

本發明的技術方案為：