一种立式超小角X射线散射装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种立式超小角X射线散射装置，该装置包括X射线光源部分、样品操作区、整体支撑结构、真空光路、探测器部分和驱动机构等六个部分。X射线光源产生低发散、高亮度的平行X射线光，经两个四刀口无散射狭缝准直光路，光斑被约束至规定形状尺寸。X射线透射样品后的散射光被探测器接收，并生成为二维数据图。整个系统可实现最大结构检测尺度410nm，同时真空光路长度自由可调，能实现不同尺度范围的结构检测。该装置特有的立式布局使得其非常适合研究要求入射光沿竖直方向的实验体系；同时样品操作区开放自由，可放置各种大小型实验仪器，因此该装置在原位结构检测方面具有常规水平X射线散射仪器无法比拟的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种立式超小角X射线散射装置
本技术涉及用小角X射线散射原位研究材料结构演化的技术，具体涉及一种 立式超小角X射线散射装置。
技术介绍
小角X射线散射能实现几纳米到几百纳米的结构检测尺度，广泛应用于研究高分 子材料等软物质体系中。不管是商品化还是实验室仪器，目前小角X射线系统基本都采用 光路水平布局的方式。相比而言，立式布局X射线系统在某些测试条件下具有无法代替的 优势，比如在线研究乳胶液滴干燥过程、超分子液体表面自组装行为以及薄膜水平拉伸结 构演化等，非常适合要求入射光路沿坚直方向的特殊实验体系。虽然近期商品化立式X射 线装置开始出现，但小尺度范围的结构检测、狭小的样品空间以及技术的不成熟性大大限 制了其使用范围。据调研，无论是商品化还是实验室仪器中，尚没有出现能实现大结构检测 尺度的立式布局超小角X射线散射装置。显然，研制一种立式超小角X射线散射装置尤其 必要。 超小角X射线装置整个光路较长，一般大于10m，立式布局面对的挑战首先是整个 系统的机械稳定性。X射线光源中光学镜子、平行光路和直通光阻挡器等调节控制通常在 1 μ m精度，足够安全的工作环境才能保证其检测尺度的精确性。另一个问题是商用X射线 仪器都有一个比较稳定的工作台面作为安装和调试的基准，各器件本身设计为水平工作， 技术相对成熟，而立式布局的X射线系统从光源到探测之间涉及到一个比较复杂的安装和 调试系统，技术层面上面对的困难较大。这些都是实验室研制立式超小角X射线散射装置 需要解决的问题。 综上所述，立式超小角X射线散射装置需要具备以下特点：1、立式布局，X射线沿 坚直方向入射样品，散射信号在坚直方向被检测；2、真空光路即样品到探测器距离足够长， 目的是实现超小角更大尺度的结构检测；3、高稳定的机械结构，X射线光源、狭缝、探测器 等器件的安装和运行需要始终处于安全、低震动的工作环境；4、各功能部件的安装固定需 要设置相应的水平或垂直空间调节机构，以实现整个坚直光路的准直性。5、样品空间开放 自由，方便与各种实验或加工设备联用，从而实现在线检测。
技术实现思路
本技术的目的在于，提供一种立式超小角X射线散射装置。该X射线散射装 置采用立式布局，非常适合受重力或放置方式等影响要求入射光沿坚直方向的实验体系； 能实现超小角结构检测，最大检测尺度为410nm，并且检测范围自由可调；样品空间开放自 由，用户可针对特定的样品自行设计温度、湿度、加载方式等外场条件，并且易与其它结构 检测装置联用；工作精度和机械稳定性高，采用地基池子和塔形钢结构作为主体框架支撑 从光源到探测器整套X射线系统，适合各种复杂工作环境；同时设置多种位置调整单元，保 证了光路的准直性与可靠性。该技术弥补了商品化和实验室仪器中此类在线结构检测 仪器的空白，与常规水平X射线仪器相比，该装置能满足了一些特殊实验体系对坚直入射 光的要求，同时非常适合与大型加工设备联用实现在线结构检测。 本技术采用的技术方案为：一种立式超小角X射线散射装置，包括：X射线光 源，狭缝准直光路，样品操作区，真空管道，真空直通光阻挡（Beamstop)机构，X射线探测 器，起重机驱动机构和控制主机，其中：X射线光源产生的平行X射线光经过狭缝准直光路 后，入射至样品操作区，然后经真空管道传输，一部分传输光被真空直通光阻挡（Beamstop) 机构阻挡，一部分被X射线探测器接收，起重机驱动机构带动X射线探测器坚直运动，控制 主机连接X射线光源、狭缝准直光路、真空直通光阻挡（Beamstop)机构和X射线探测器。 进一步的，X射线光源产生低发散、高亮度的平行X射线光，经过两个四刀口无散 射狭缝准直光路，光斑被约束至规定形状尺寸并消除杂散光；光斑从狭缝准直光路出来后 入射并透过样品操作区中实验样品，部分X射线与样品内部纳米结构发生相互作用，产生 能反应其结构信息的散射光，另外大部分X光将直接穿过样品形成高亮度直通光；机械油 泵对真空管道抽真空，真空度最大可达r 3mbar量级，尽可能减少空气对X射线的散射和吸 收；中心直通光经真空管道传输后被真空直通光阻挡（Beamstop)机构的铅质挡光片阻挡， 避免长时间曝光对X射线探测器造成损害；有用散射光将继续透过管道端部Kapton膜，被 X射线探测器接收并保存为二维数据图文件；真空管道上端的Kapton膜窗口面积大于X射 线探测的探测模块面积，实验检测时可利用龙门式二维位移台移动探测器改变位置，实现 对目标区域选择性覆盖；X射线光源、狭缝准直光路、X射线探测器等安装固定部位均设置 有螺栓旋转推顶装置，可实现对位置和倾角的微调，保证光路准直性。 进一步的，狭缝准直光路的出光口以及真空管道下方的梯形管均可更换成不同长 度尺寸，以满足不同实验操作对样品操作区空间的要求。 进一步的，起重机驱动机构拉动整个探测器部分沿坚直导轨上下安全运动，同时 选择不同长度管道单一使用或两两组合，可实现真空光路长度的自由切换。 进一步的，狭缝准直光路长度可根据实际样品检测对光平行度和强度的要求进行 选择，具体是垂直电动位移台驱动光源和第一个狭缝沿坚直导轨上下运动，改变光源到第 二狭缝出光口的距离。 进一步的，采用地基池子和塔形钢结构特殊设计作为整体支撑结构，实现系统高 工作精度和稳定性。 本技术的原理详述如下： 一种立式超小角X射线散射装置，包括X射线光源部分，样品操作区，整 体支撑结构，真空光路，探测器部分以及驱动机构等。其中：χ射线光源部分位于 1. 2m(宽）X2m(长）X3m(深）的地基池子中，由光源、狭缝准直光路、垂直电动位移台等 组成。光源为高亮度、微聚焦、低发散Cu-ka光源；狭缝准直光路包含两个四刀口无散射 狭缝及其真空连接管道，各刀口行程± 12mm，分别由电机独立控制，可实现对光斑尺寸连 续调整。垂直电动位移台用于改变光源的坚直位置，以便满足小角和超小角检测对狭缝准 直光路不同长度的要求。地基池子采用〇. 5m厚钢筋混泥土外围，内壁为6_厚钢板，具有 防水、防潮、防震的功能，为X射线光源、狭缝等提供了安全稳定的工作环境；样品操作区是 3m 2X2m(高）的自由空间，适合放置各种大小型实验加工设备，同时易与其他检测手段联 用实现更大尺度范围的结构检测，比如宽角X射线衍射、小角激光散射等；整体支撑结构由 地下地基池子和地上塔形钢结构两部分组成。地基池子用于固定光源部分，塔形钢结构则 用于固定真空管道、探测器、驱动机构等其他功能部分。独特的力学设计保证了整个系统工 作的稳定性与牢固性，同时安装空间开放，便于各种操作；真空光路采用组合式铝质真空管 道，两端由Kapton膜窗口密封。铝制管道质轻，方便进行单一或不同长度管道组合安装，获 得不同样品到探测器距离，以满足中小角、小角和超小角的测试要求；探测器部分包括X射 线探测器、龙门式电控二维位移台、冷却水箱、电机控制器等，统一集成安装到可坚直移动 的支撑板上，并采用锁紧哈夫块固定至四根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立式超小角X射线散射装置，其特征在于，包括：X射线光源(1)，狭缝准直光路(2)，样品操作区(3)，真空管道(4)，真空直通光阻挡机构(5)，X射线探测器(6)，起重机驱动机构(7)和控制主机(8)；其中：X射线光源(1)产生的平行X射线光经过狭缝准直光路(2)后，入射至样品操作区(3)，然后经真空管道(4)传输，一部分传输光被真空直通光阻挡机构(5)阻挡，一部分被X射线探测器(6)接收，起重机驱动机构(7)带动X射线探测器(6)竖直运动，控制主机(8)连接X射线光源(1)、狭缝准直光路(2)、真空直通光阻挡机构(5)和X射线探测器(6)。

【技术特征摘要】
1. 一种立式超小角X射线散射装置，其特征在于，包括：x射线光源（1)，狭缝准直光路 (2)，样品操作区（3)，真空管道（4)，真空直通光阻挡机构（5)，X射线探测器（6)，起重机驱 动机构（7)和控制主机（8);其中：X射线光源（1)产生的平行X射线光经过狭缝准直光路 (2)后，入射至样品操作区（3)，然后经真空管道（4)传输，一部分传输光被真空直通光阻挡 机构（5)阻挡，一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良彬，王震，陈晓伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34