一种微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件制造技术

一种微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，包括用于进行X射线光束第一次整形和滤波的X射线光阑、用于进行X射线光束第二次整形为类平行光的X射线折光器、用于对入射的多个X射线子光束分别进行聚焦的X射线阵列组合透镜和组件承载台，所述组件承载台用于承载所述X射线光阑、X射线折光器和X射线阵列组合折射透镜，所述X射线光阑、X射线折光器和X射线阵列组合折射透镜依次位于同一光轴上，所述X射线阵列组合折射透镜的阵列结构布局，保证每一个子光束所形成的聚焦焦斑在同一位置并位于光轴上。本实用新型专利技术可同时实现高微区分辨率和高灵敏度，并可进行现场分析。

A Miniaturized X-ray Array Composite Refractive Lens Integrated Module

A miniaturized X-ray array combined refractive lens integrated module includes an X-ray diaphragm for the first shaping and filtering of X-ray beams, an X-ray refractor for the second shaping of X-ray beams into parallel light, an X-ray array combined lens for focusing multiple X-ray sub-beams respectively, and a component bearing platform, which is used for bearing. The X-ray aperture, the X-ray refractor and the X-ray array combined refractive lens are arranged on the same optical axis in turn. The array structure layout of the X-ray array combined refractive lens ensures that the focus spot formed by each sub-beam is in the same position and on the optical axis. The utility model can simultaneously realize high micro-resolution and high sensitivity, and can carry out field analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件
本技术涉及X射线探测和成像领域，尤其是一种用于微束X射线荧光分析系统的新型X射线阵列组合折射透镜集成组件。
技术介绍
X射线荧光(XRF，X-RayFluorescence)分析系统能在常压下对各种形态(固态/液态/粉末等)样品进行简单快速、高分辨率和无损的元素定量测量分析。而微束X射线荧光分析系统(micro-XRF)因其具有更高的微区分辨率而受到广泛关注。微束X射线荧光分析系统(micro-XRF)通常都需要配备X射线聚焦器件。使用了X射线聚焦器件的X射线荧光分析系统，虽然微区分辨率大幅度提高(通常可以提高一个数量级以上)，但计数率会下降，影响了探测灵敏度。已有技术基于X射线毛细管器件的荧光光谱仪(专利号：201010180956.6)，使用X射线毛细管器件进行聚焦，微区分辨率通常只能达到几十微米，不仅微区分辨率不够高，且因计数率下降导致探测灵敏度也有一定程度的降低；同时结构复杂、尺寸庞大，无法实现便携。专利技术人之前也提出了一种便携式微束X射线荧光光谱仪(专利号：201310356270.1，是与本专利技术最接近的已有技术)，用X射线组合折射透镜获得探测微束，虽然微区分辨率大幅度提高，但计数率低，影响了探测灵敏度。X射线组合折射透镜是集成型微结构器件，数值口径小，X射线光管发出的光不能全部被组合透镜接收，不仅使得计数率降低、而且浪费了X射线光能量，还增加了噪声。如果能专利技术新的器件结构，尽可能多的利用X射线光管发出的X射线光，则不仅能大幅度增加计数率、进而提高探测灵敏度，同时还能降低能耗、减小噪声。专利技术内容为了克服已有X射线荧光光谱仪微区分辨率还不够高，特别是因计数率低而导致的探测灵敏度不够高，且结构复杂、尺寸庞大、无法实现便携的不足，本技术提供一种微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，将其应用于小型化微束X射线荧光分析系统，可同时实现高微区分辨率和高灵敏度，并可进行现场分析。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，包括用于进行X射线光束第一次整形和滤波的X射线光阑、用于进行X射线光束第二次整形为类平行光的X射线折光器、用于对入射的多个X射线子光束分别进行聚焦的X射线阵列组合透镜和组件承载台，所述组件承载台用于承载所述X射线光阑、X射线折光器和X射线阵列组合折射透镜，所述X射线光阑、X射线折光器和X射线阵列组合折射透镜依次位于同一光轴上，所述X射线阵列组合折射透镜的阵列结构布局，保证每一个子光束所形成的聚焦焦斑在同一位置并位于光轴上。进一步，所述X射线光阑中，接收并进行第一次整形和滤波，所述第一次整形是指依据所述X射线阵列组合折射透镜的数值口径，对入射X射线光波进行整形；所述滤波是指将入射X射线光波分裂形成多个子光束，子光束的数目与X射线阵列组合折射透镜中的组合折射透镜数目相同。再进一步，所述X射线折光器中，接收已分裂成多个子光束的X射线光波并进行光束第二次整形，所述光束的第二次整形保证从X射线折光器出射的多个X射线子光束，均以类平行光的方式入射阵列中对应的X射线组合折射透镜。更进一步，所述X射线阵列组合折射透镜包含(M+1)个X射线组合折射透镜，所述M为正整数且为偶数。所述X射线阵列组合折射透镜沿其光轴呈轴对称分布，所述X射线阵列组合折射透镜的光轴与阵列中零级X射线组合折射透镜的光轴重合，所述X射线阵列组合折射透镜的光轴与阵列中的正负一级X射线组合折射透镜的光轴夹角为θ，所述X射线阵列组合折射透镜的光轴与阵列中的正负二级X射线组合折射透镜的光轴夹角为2θ，依此类推；所述X射线阵列组合折射透镜中(M+1)个组合折射透镜的布局结构，使得所有(M+1)个X射线组合折射透镜聚焦的焦斑在相同位置，且位于光轴上。所述(M+1)个X射线组合折射透镜的结构和性能参数，依据下列公式得出：X射线波段的光学常数：n＝1-δ+iβ(1)X射线组合折射透镜的焦距：X射线组合折射透镜的焦斑尺寸：X射线组合折射透镜的数值口径：其中n代表光学常数，δ代表X射线波段材料的折射，β代表X射线波段材料的吸收，N代表X射线组合折射透镜中折射单元的个数，以抛物面型折射单元为例，组合折射透镜抛物面顶点的曲率半径为R，抛物面的开口尺寸为R0，f代表X射线组合折射透镜的焦距，λ代表波长，μ代表X射线的线吸收系数，所述X射线折光器与所述X射线阵列组合折射透镜贴近放置，实现入射X射线光束的第二次整形，所述第二次整形，是指X射线折光器可对X射线阵列组合折射透镜中的正负一级组合透镜折光θ角度，对X射线阵列组合折射透镜中的正负二级组合透镜折光2θ角度，依此类推，最终实现对X射线阵列组合折射透镜中每一个单一组合折射透镜的类平行光入射。所述X射线光阑的结构尺寸，根据所述X射线阵列组合折射透镜的结构尺寸确定，实现入射X射线光束的第一次整形和滤波，所述光束的第一次整形，是指利用X射线光阑结构阻隔射入X射线阵列组合折射透镜之外的杂散光并对光束进行初步准直的功能；所述滤波是指X射线光阑结构中透光带和阻光带交替布置的滤波结构，并通过滤波结构将X射线光波分裂成多个子光束。所述透光带的数目为(M+1)个，与所述X射线阵列组合折射透镜中组合折射透镜的数目相同，所述透光带和阻光带的宽度分别由下列公式计算得出：零级透光带T0，与X射线组合折射透镜的数值口径尺寸相同，正负一级透光带、正负二级透光带…，依此类推，透光带宽度表示为：正负一级阻光带、正负二级阻光带…，依此类推，阻光带宽度表示为：GM＝L·tan(0.5M·θ)(6)其中L代表X射线组合折射透镜的几何长度，表示为L＝N·l，其中l为折射单元轴向厚度尺寸。所述X射线光阑选择吸收特性满足下列公式的任何材料，X射线波段材料的吸收系数：其中NA代表阿伏伽德罗常数，r0代表电子半径，A代表原子质量，f2代表原子散射因子，ρ代表电子密度，i代表化合物中的元素种类，当材料为单质是i＝1；所述X射线光阑的材料厚度t满足表达式e-β·t＜＜1。所述X射线折光器选择折射特性满足下列公式的任何单质或化合物材料，X射线波段材料的折射系数：其中NA代表阿伏伽德罗常数，r0代表电子半径，λ代表波长，A代表原子质量，下标i表示化合物中的元素种类，下标j为正整数ρ代表电子密度，下标i表示化合物中的元素种类，当材料为单质时i＝1，v代表原子个数，下标i表示化合物中的元素种类，下标j为正整数，Z代表原子序数，下标i表示化合物中的元素种类。所述X射线折光器的非折光区材料厚度用tZ0表示，所述X射线折光器的非折光区宽度尺寸TZ＝T0+2G2，折光区的材料厚度tZM由下列公式计算得出：tZM＝tZ0+TM·tan(0.5M·θ)(9)。其中，G2为正负二级阻光带的宽度，由上述公式(6)取M＝2时计算得出；TM为透光带的宽度，由上述公式(5)计算得出。本技术的技术构思为：X射线组合折射透镜是一种基于折射效应的新型X射线聚焦器件，其理论聚焦光斑尺寸可达纳米量级，实际测试所得聚焦光斑尺寸通常在几个微米，利用X射线组合折射透镜对X射线束进行聚焦可以获得高质量探测微束，提高荧光分析系统的微区分辨率。提出新型的微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，阵列中的每一个X本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，其特征在于，所述集成组件包括用于进行X射线光束第一次整形和滤波的X射线光阑、用于进行X射线光束第二次整形为类平行光的X射线折光器、用于对入射的多个X射线子光束分别进行聚焦的X射线阵列组合透镜和组件承载台，所述组件承载台用于承载所述X射线光阑、X射线折光器和X射线阵列组合折射透镜，所述X射线光阑、X射线折光器和X射线阵列组合折射透镜依次位于同一光轴上，所述X射线阵列组合折射透镜的阵列结构布局，保证每一个子光束所形成的聚焦焦斑在同一位置并位于光轴上。

【技术特征摘要】
1.一种微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，其特征在于，所述集成组件包括用于进行X射线光束第一次整形和滤波的X射线光阑、用于进行X射线光束第二次整形为类平行光的X射线折光器、用于对入射的多个X射线子光束分别进行聚焦的X射线阵列组合透镜和组件承载台，所述组件承载台用于承载所述X射线光阑、X射线折光器和X射线阵列组合折射透镜，所述X射线光阑、X射线折光器和X射线阵列组合折射透镜依次位于同一光轴上，所述X射线阵列组合折射透镜的阵列结构布局，保证每一个子光束所形成的聚焦焦斑在同一位置并位于光轴上。2.如权利要求1所述的微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，其特征在于，所述X射线光阑中，接收并进行第一次整形和滤波，所述第一次整形是指依据所述X射线阵列组合折射透镜的数值口径，对入射X射线光波进行整形；所述滤波是指将入射X射线光波分裂形成多个子光束，子光束的数目与X射线阵列组合折射透镜中的组合折射透镜数目相同。3.如权利要求1或2所述的微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，其特征在于，所述X射线折光器中，接收已分裂成多个子光束的X射线光波并进行光束第二次整形，所述光束的第二次整形保证从X射线折光器出射的多个X射线子光束，均以类平行光的方式入射阵列中对应的X射线组合折射透镜。4.如权利要求1或2所述的微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，其特征在于，所述X射线阵列组合折射透镜包含(M+1)个X射线组合折射透镜，所述M为正整数且为偶数，所述X射线阵列组合折射透镜沿其光轴呈轴对称分布，所述X射线阵列组合折射透镜的光轴与阵列中零级X射线组合折射透镜的光轴重合，所述X射线阵列组合折射透镜的光轴与阵列中的正负一级X射线组合折射透镜的光轴夹角为θ，所述X射线阵列组合折射透镜的光轴与阵列中的正负二级X射线组合折射透镜的光轴夹角为2θ，依此类推；所述X射线阵列组合折射透镜中(M+1)个组合折射透镜的布局结构，使得所有(M+1)个X射线组合折射透镜聚焦的焦斑在相同位置，且位于光轴上。5.如权利要求4所述的微型化X射线阵列组合折射透镜集成组件，其特征在于，所述(M+1)个X射线组合折射透镜的结构和性能参数，依据下列公式得出：X射线波段的光学常数：n＝1-δ+iβ(1)X射线组合折射透镜的焦距：X射线组合折射透镜的焦斑尺寸：X射线组合折射透镜的数值口径：其中n代表光学常数，δ代表X射线波段材料的折射，β代表X射线波段材料的吸收，N代表X射线组合折射透镜中折射单元的个数，以抛物面型折射单元为例，组合折射透镜抛物面顶点的曲率半径为R，抛物面的开口尺寸为R0，f代表X射线组合折射透镜的焦距，...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐孜纯，董文，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33