X射线荧光光度计制造技术

本发明专利技术涉及用于测量由目标（7）发射的X射线荧光的X射线荧光XRF光度计（10），其中XRF光度计（10）包括具有发射发散的X射线波束（3a）的阳极（2）的X射线管（1）、被配置成将发散的X射线波束（3a）聚焦在目标（7）上的毛细管透镜（6）、定位在X射线管（1）的阳极（2）与毛细管透镜（6）之间并且包括至少一个针孔（9a，9b）的孔径系统（4），以及被配置用于检测由目标（7）发射的X射线荧光辐射的检测器（8），其中至少一个针孔（9a，9b）被配置用于插入到发散的X射线波束（3a）中并且用于减小阳极（2）与毛细管透镜（6）之间的发散的X射线波束（3a）的波束截面（5a）。本发明专利技术还涉及用于光度计（10）的孔径系统（4）、用于调节光度计（10）的焦深的孔径系统（4）的用途以及用于调节光度计（10）的焦深的方法。

X-ray fluorescence photometer

【技术实现步骤摘要】
X射线荧光光度计
本专利技术涉及X射线荧光XRF光度计，优选地涉及具有多毛细管X射线光学器件的微XRF光度计，并且涉及用于这样的XRF光度计的孔径系统。本专利技术还涉及用于设定X射线荧光光度计的焦深的方法，并且涉及根据本专利技术的孔径系统用于设定XRF光度计的焦深的用途。
技术介绍
X射线荧光光度计XRF被广泛地使用在用于材料组成的非破坏性调查的科学和商业应用中。其中使要调查的目标暴露于短波长X射线的入射波束，该短波长X射线的入射波束与能量发散X射线光度计EDX中的入射电子波束相反。响应于入射波束，目标发射可以用于分析目标的元素组成的元素特定荧光辐射。通常在不同的XRF标准方法之间，即在全反射X射线荧光光度计（TXRF）、掠入射X射线荧光光度计（GIXRF）和微X射线荧光光度计（微XRF微RFA或μ-RFA）之间进行区分，其中后者还可以通过使用多毛细管光学透镜而作为3D-μ-RFA或3D-μ-XRF关于三维激发体积而执行。其中根据本专利技术的装置和方法可以应用于任何已知的XRF方法，它们特别地适合于微X射线荧光光度计。典型的XRF设置包括X射线源，其受激辐射可以在被合适的X射线光学器件导向到样品上之前穿过各种滤波器。取决于应用，这样的X射线光学器件可以包括波带片、多毛细管光学器件和组合折射透镜中的一个或多个。多毛细管透镜特别地适合于μ-XRF并且通常包括多个小的中空玻璃管，所述多个小的中空玻璃管布置在阵列中并且每一个经由多次全外反射而引导X射线。多毛细管透镜一个X射线点源到另一个X射线点源地成像。多毛细管透镜因而可以经由测角器或允许在两个或更多空间方向上枢转光学器件以便对样品光栅化的类似设备而被集成在XRF设备中。在WO2016023975A1中公开了利用多毛细管透镜的这种扫描X射线设备的示例。由样品发射的荧光辐射可以在其被导向通过用于分离其中的不同频率成分的光谱分析仪之前穿过另外的滤波器。光谱分析仪可能在检测器上游或被集成到该检测器中，该检测器被配置成提供对应于相应频谱成分的强度的检测器信号。由于每一个所发射的频率信号对应于样品中的某种元素，因此可以基于这些信号而确定这些元素的浓度。为了允许充足的X射线强度，在用于各种XRF应用的常见光度计中将具有相当高的入口孔径的多毛细管透镜用作X射线光学器件。由于多毛细管透镜的成像特性，这些透镜还要求相当大的出口孔径以用于能够将辐射聚焦在微米范围的斑点上。因此，所发射的辐射的出口孔径角也相当大，并且因而这样的光度计的可用焦深相当低。这在具有较高形貌的样品上（例如在印刷电路板PCB上，其具有多个不同高度的表面安装器件）执行辐射测量时是特别不利的。因此，本专利技术的目的是提供如针对某种应用而言必需的那样允许调节X射线荧光光度计的焦深而同时仍旧为各种XRF应用提供充足强度的装置和方法。
技术实现思路
根据本专利技术，通过被配置用于响应于入射X射线辐射而测量由目标发射的X射线荧光的X射线荧光XRF光度计，来解决该目的并且克服或至少减少现有技术的缺点。其中，本专利技术的XRF光度计包括具有被配置用于发射发散的X射线波束的阳极的X射线管。优选地，在第一近似中，阳极类似点源。XRF光度计还包括毛细管透镜，优选地为多毛细管透镜，其被配置成将发散的X射线波束聚焦在目标上。合适的聚焦多毛细管透镜对本领域技术人员而言是已知的，并且其综述可以在以下文章中找到：CarolynA.MacDonald，“FocusingPolycapillaryOpticsandTheirApplications”，在X-RayOpticsandInstrumentation，第2010卷，文章ID867049中，其完整内容通过引用并入本文。根据本专利技术，XRF光度计还包括孔径系统，其定位在X射线管的阳极与毛细管透镜之间，特别地在X射线管的阳极与毛细管透镜的入口孔径之间。光度计还包括检测器，其被配置用于检测由目标发射的X射线荧光辐射。合适的检测器对于本领域技术人员而言是已知的。根据本专利技术，孔径系统包括至少一个针孔，其被配置用于插入到发散的X射线波束中并且用于减小阳极与毛细管透镜之间的发散的X射线波束的波束截面。优选地，孔径系统可以被设定到第一状态和第二状态，在第一状态中阳极与多毛细管透镜之间的发散的X射线波束不受阻挡，在第二状态中阳极与多毛细管透镜之间的发散的X射线波束被部分阻挡。其中，发散的X射线波束的截面被优选地从发散的X射线波束的外圆周减小。进一步优选的是，所述至少一个针孔被配置成使得仅发散的X射线波束的内部部分可以穿过所述至少一个针孔。优选地，所述至少一个针孔的形状是圆形或矩形，而也可以利用其它形状的针孔，例如环形形状。在本专利技术的XRF光度计内，毛细管、优选地多毛细管光学器件的特定特性被用于有效地调节用于激发目标内的X射线荧光的X射线辐射的焦深。优选地，本专利技术的光度计的毛细管透镜基本上以对称的方式在图像点（即后焦点）上对点源（例如前焦点）进行成像。其中，毛细管透镜的入口孔径和前孔径角基本上等于其出口孔径及其后孔径角。因此，通过减小入射在毛细管透镜的入口孔径上的初级X射线辐射的波束截面，还减小离开毛细管透镜的X射线辐射的波束宽度。因而，增加焦深，即其中焦点尺寸扩宽至最小焦斑之前和之后的预定值的长度。有利地，通过调节毛细管透镜前方的波束截面，可以调节所照射的目标处的焦深。本专利技术的孔径系统因而利用毛细管透镜的限制性成像特性。因此，可能由将孔径系统的所述至少一个针孔插入在阳极与毛细管透镜之间的发散的X射线波束中所引起的任何散射的大部分未被成像到毛细管透镜的后侧，因为经散射的辐射几乎不满足针对毛细管透镜的毛细管内的全外反射的条件。因而，该孔径系统对于毛细管透镜后侧上的针孔照射是有利的。另外，相比于毛细管透镜的内部部分，毛细管透镜的外部部分中的光传导效率更小。因此，焦深方面的增益有利地没有通过强度的损失来补偿。另外，该孔径系统在毛细管透镜前方的集成比多毛细管透镜后方的集成更加容易，这例如由于更大的可用构造空间所致。本专利技术的光度计还可以被有利地用于能量色散X射线光度计。如以上所描述的，焦深可以通过减小由毛细管透镜发射的X射线波束的波束发散来增加。由于较窄的波束，在样品中触发较少的布拉格反射，并且因而所记录的频谱中的干扰性布拉格峰值衰减。根据本专利技术的优选实施例，将毛细管透镜的前焦点放置在光度计的X射线管的阳极处。通过将发散的X射线波束的源放置在毛细管透镜的前焦点处，有利地，透镜的所有毛细管参与X射线的光学透射。进一步优选地，X射线管是微焦管，优选地提供管的阳极处的微米范围内的初级X射线辐射的焦斑。合适的微焦管对于本领域技术人员而言是已知的。特别优选的是，阳极处的初级X射线辐射的焦斑具有在1μm和500μm之间并且进一步优选地在5μm和30μm之间的波束尺寸，即波束截面的直径。包括这样的微焦管的XRF光度计优选地为微XRF光度计。该孔径系统安置在毛细管透镜的前焦点与入口孔径之间，并且模拟可以被视为定位于毛细管透镜的焦点外部的虚拟源。进一步优选地，毛细管透镜具有遵循以下等式的入口孔径、前焦距和前孔径角。其中，入口孔径对应于透镜的毛细管的光接收侧的区域的直径。前焦距对应于前焦点与入口孔径之间的距离，并且前孔径角是从前焦点行进到透镜的最外毛细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于测量由目标（7）发射的X射线荧光的X射线荧光XRF光度计（10），所述XRF光度计（10）包括：具有发射发散的X射线波束（3a）的阳极（2）的X射线管（1）；被配置成将发散的X射线波束（3a）聚焦在目标（7）上的毛细管透镜（6）；定位在X射线管（1）的阳极（2）与毛细管透镜（6）之间并且包括至少一个针孔（9a，9b）的孔径系统（4）；以及被配置用于检测由目标（7）发射的X射线荧光辐射的检测器（8），其中所述至少一个针孔（9a，9b）被配置用于插入到发散的X射线波束（3a）中并且用于减小阳极（2）与毛细管透镜（6）之间的发散的X射线波束（3a）的波束截面（5a）。

【技术特征摘要】
2017.11.06 EP 17200054.91.用于测量由目标（7）发射的X射线荧光的X射线荧光XRF光度计（10），所述XRF光度计（10）包括：具有发射发散的X射线波束（3a）的阳极（2）的X射线管（1）；被配置成将发散的X射线波束（3a）聚焦在目标（7）上的毛细管透镜（6）；定位在X射线管（1）的阳极（2）与毛细管透镜（6）之间并且包括至少一个针孔（9a，9b）的孔径系统（4）；以及被配置用于检测由目标（7）发射的X射线荧光辐射的检测器（8），其中所述至少一个针孔（9a，9b）被配置用于插入到发散的X射线波束（3a）中并且用于减小阳极（2）与毛细管透镜（6）之间的发散的X射线波束（3a）的波束截面（5a）。2.权利要求1所述的XRF光度计（10），其中将毛细管透镜（6）的前焦点放置在阳极（2）处。3.权利要求1或2所述的XRF光度计（10），其中X射线管（1）是微聚焦管和/或其中XRF光度计（10）是微XRF光度计。4.前述权利要求中任一项所述的XRF光度计（10），其中毛细管透镜（6）具有遵循以下等式的入口孔径（11）、前焦距和前孔径角α：，并且其中，前焦距对应于入口孔径（11）与阳极（2）之间的距离，和/或其中毛细管透镜（6）具有遵循以下等式的出口孔径（12）、后焦距和后孔径角β：，并且其中后焦距对应于出口孔径（12）与目标（7）之间的距离。5.前述权利要求中任一项所述的XRF光度计（10），其中孔径系统（4）包括可调节尺寸的至少一个针孔（9a，9b）。6.前述权利要求中任一项所述的XRF光度计（10），其中孔径系统包括旋转器（4）或滑动器，所述旋转器（4）或滑动器每一个具有不同尺寸的多个针孔（9a，9b），所述多个针孔（9a，9b）每一个被配置用于单独地插入到发散的X射线波束（3a）中。7.权利要求6所述的XRF光度计（10），其中旋转器（4）或滑动器还包括用于在频谱上修改发散的X射线波束（3a）的至少一个滤波器。8.权利要求6所述的XRF光度计（10），还包括具有用于在频谱上修改发散的X射线波束（3a）的至少一个滤波器的附加旋转器或滑动器。9.用于具有X射线管（1）和毛细管透镜（6）的X射线荧光光度计（10）的孔径系统（4），所述孔径系统（4...

【专利技术属性】
技术研发人员：U瓦尔德施莱格，RA塔格莱贝尔丹，
申请(专利权)人：布鲁克纳米有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE