[發明專利]一種X射線小角散射與X射線成像聯用的光學系統

在審

• 申請號: 201910830779.2
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110514682A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 邊風剛;洪春霞;周平;王玉柱
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: G01N23/201
• 分類號: G01N23/201;G01N23/20;G01N23/04;G01N23/20008;G03B42/02
• 代理公司: 31002 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 余永莉<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明提供一種X射線小角散射與X射線成像聯用的光學系統，包括：真空腔；布置于真空腔內的束流阻擋器，包括：依次疊置的二極管、閃爍體、第一透鏡組和反射棱鏡；布置于真空腔外的X射線小角散射探測器；沿與X射線入射方向垂直的方向安裝的X射線成像機構，包括：第二透鏡組和X射線成像探測器，以及一維調焦電機；以及計算機；其中，X射線照射到樣品，發生小角散射后的X射線通過X射線小角散射探測器采集，穿過樣品的直通X射線經過束流阻擋器轉換為可見光并被90度折射后在X射線成像探測器上成像，從而實現X射線小角散射和X射線成像的同時測量。根據本發明，提供了一種可實現對X射線小角散射和X射線成像同時檢測的光學系統。

技術領域

本發明涉及光學成像領域，更具體地涉及一種X射線小角散射與X射線成像聯用的光學系統。

背景技術

X射線小角散射是指當X射線透過樣品時與樣品中的電子發生相互作用，在靠近原光束2°～5°的小角度范圍內發生的散射現象，散射的X射線在空間的分布與物質內的電子密度起伏密切相關。凝固過程是包含復雜的熱力學和動力學過程，涉及到溶質遷移、溫度分布、組織結構從微觀到宏觀的演變等。凝固時各因素之間相互關聯，多物理場的耦合作用是其突出的特點。X射線成像技術幾乎是目前唯一可實現實時觀察難混溶合金動態微觀生長行為的實驗手段，然而合金凝固組織演變受溫度場、溶質場、流場、壓力場等多場耦合作用的復雜因素影響。由于凝固過程的時間相關性、合金熔體的高溫不透明性、組織結構跨尺度演變等原因，對凝固過程中多場耦合進行跨尺度原位實時的定量化表征，一直是世界性難題。現有技術中已有的檢查儀器通常僅能檢測1-2項參數，因此不能揭示這樣一種復雜的凝固過程。

發明內容

本發明的目的是提供一種X射線小角散射與X射線成像聯用的光學系統，從而解決現有技術無法對合金凝固組織演變過程中的凝固過程進行跨尺度原位實時的定量化表征的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

提供一種X射線小角散射與X射線成像聯用的光學系統，包括：具有一容納空間的真空腔，所述真空腔的上方包括一窗口；沿X射線入射方向布置于所述真空腔內的束流阻擋器，包括：依次疊置的二極管、閃爍體、第一透鏡組以及反射棱鏡；沿X射線入射方向布置于所述真空腔外的X射線小角散射探測器，所述X射線小角散射探測器位于束流阻擋器的后端；沿與X射線入射方向垂直的方向安裝于所述真空腔外的X射線成像機構，包括：與所述窗口對準的第二透鏡組和X射線成像探測器，以及用于所述X射線成像探測器調焦的一維調焦電機；以及與所述X射線成像探測器信號連接的計算機，用于快速獲取電信號并重建圖像；其中，X射線在照射到樣品之后，發生小角散射后的X射線通過所述X射線小角散射探測器采集，穿過所述樣品的直通X射線經過所述束流阻擋器轉換為可見光并被90度折射后在所述X射線成像探測器上成像，從而實現X射線小角散射和X射線成像的同時測量。

優選地，所述二極管為硅光電二極管；所述閃爍體由YAG∶Ce材料(鈰摻雜釔鋁石榴石)制成，具有化學穩定性高、硬度大、高熔點和壽命長的特點，用于將X光轉換為可見光。

優選地，第一透鏡組由四個凸透鏡和兩個凹透鏡依次疊置、彼此壓緊組合而成，具體設置為凸透鏡、凹透鏡、凸透鏡、凸透鏡、凸透鏡、凹透鏡(順著光路方向)這樣依次壓緊，第二透鏡組由兩個凸透鏡和一個凹透鏡依次疊置、彼此壓緊組合而成，具體設置為凸透鏡、凸透鏡、凹透鏡(從下往上)這樣依次壓緊。在該優選方案中，該第一透鏡組和第二透鏡組的結構設置是發明人通過詳細的光學系統設計出來的，能達到最優的技術效果，使成像分辨率達到1μm以下。該設置不是本領域常規技術手段，是實現本發明X射線小角散射和X射線成像探測技術聯用的特別優選方案之一。

優選地，所述反射棱鏡是采用玻璃制成的直角反射棱鏡，該反射棱鏡反射可見光而對X射線透明，將光路中未吸收的X射線與閃爍體發出的可見光分離。

優選地，所述第二透鏡組安裝于由石英玻璃制成的圓筒形結構中，所述圓筒形結構通過法蘭安裝于所述窗口上。