一种宽波段谱晶体谱仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种测量宽波段Ｘ射线谱的晶体谱仪。通过采用多块有限宽度的曲率半径相同的分光晶体依波长顺序紧密排列或分离排列来实现在一次激光打靶中获得多个分立波段的谱或扩展所需波段，从而获得有用的时空信息，提高测量精度。本实用新型专利技术简化了手续，提高了测量效率。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及X射线谱测量
，特别是涉及一种测量宽波段X射线谱的晶体谱仪。晶体谱仪是测量短波长辐射(X射线、γ射线)的线状谱和连续谱的重要仪器，它使人们能够在原子尺度上去深入了解物质结构，从而建立起一门有广泛应用领域和重要理论意义的X射线谱学。晶体谱仪依晶体反射面所取形状可分为两类平晶谱仪和弯晶谱仪。后者的分光晶片被弯曲成柱面状或球面状，能将谱聚焦，因而比前者(反射面为平面)有高得多的集光度(光强／单位面积)，有着更为广阔的应用领域。Von Hamos谱仪是将分光晶片弯曲成柱面状以实现垂直于色散方向聚焦的一种弯晶谱仪。如附图说明图1所示，晶体C的曲率半径为R，曲率轴线为SS′，由位于SS′辐射源S发射的X射线落到晶面上，其中入射到弧线aa′上各点的光线与晶面的倾角均为θB(Bragg角)，被晶体衍射后按Bragg定律将会聚于曲率轴线上S′点，相应于一个波长λ。令距离SS′=L，则L=2RCOSθB，当波长增加时，θB也增加，点A和S′将移近S，反之，则离开S；若晶片宽度越大，获得的X射线谱的波长范围就越宽。Von Hamos谱仪特别适用于微小辐射源的分析，早期用于金属、合金材料的X射线微区分析。近年来它广泛用于激光惯性约束聚变、X射线激光和激光等离子体等重要研究领域，用于诊断等离子体参数，研究等离子体基本过程；文献3，Λ．Π．eBeΛbko，KBAHTOBAэΛEKTPOHUKA．4，2013(1997)]。这些研究通常期望能够从一次激光打靶或者说一次曝光得到的X射线谱中获得尽可能多的时空信息。由于Hamos谱仪集光度高(比平晶谱仪高10-100倍)，易于在一次激光打靶中获得X射线谱，避免等离子体自身不稳定性和不重复性带来的困难，它也适用于测量一些弱谱线(例如被压缩的靶芯发射的谱，高能级跃迁和高离化态离子的谱线等)。此外，用它还可以获得较高空间分辨率测量，这对于研究等离子体中的非均匀性有重要意义。然而，以往的Hamos谱仪只采用一块分光晶体，而且为了获得高集光度和高分辨率必须保证晶片的弯曲质量，晶片通常不可能做得太宽。因此，一次激光打靶获得的波长范围很窄。例如，以下列三种常用晶体为例，若曲率半径为63mm，晶片宽度为20mm，可得到的最大波长范围△λ分别为MICA～2．388，ADP～1．280，QTZ～0．243。若要扩展波段，或者获得另一波段的谱，则需改变θB角(谱仪沿色散方向尺寸势必加大)，或者更换合适的晶体。这些都必须重新调节谱仪，并进行另一次激光打靶。这不仅增加调节的麻烦，更重要的将影响测量精度(精确地调节谱仪才能获得高集光度和高分辨率)，而且许多情况下激光打靶实验只容许在一次打靶中获得所需的数据。此外，依靠一块有限宽度的晶体不可能同时获得波长相差很大的多个分立波段的谱。本技术的目的是针对以往Von Hamos谱仪的缺点和不足，通过采用多块有限宽度的分光晶体来实现在一次激光打靶中获得多个分立波段的谱，或扩展所需波段，从而获得有用的时、空信息，提高测量精度。本技术的目的是这样实现的本技术根据所需的波段，相应地选用两块或两块以上不同种类或相同种类的分光晶体2，将它们弯曲成相同的所需的曲率半径R，然后按波长依序紧密排列或分离排列，并使它们的反射面处于同一圆柱面上。分光晶体2和探测器4分别处于基座上两个严格平行的导轨上，可分别沿导轨移动以改变θB角探测不同的波长范围；亦可垂直于导轨方向移动，以调节X射线辐射源1和探测器4入射平面的位置，使它们落在分光晶体的曲率轴线上。这样，如图2所示，从X射线辐射源1发射的X辐射被分光晶体2衍射后按Bragg定律将产生多个分立波段的谱依序排列在晶体曲率轴线上，由探测器4记录，从而实现在一次激光打靶中同时获得多个分立波段的谱或扩展所需的波段。在使用中为便于测量和比较不同波长范围的谱，所选用的多块分光晶体既可以紧密排列，也可以分离排列。当所选用的某种分光晶体2在技术上不能得到足够宽度时，或者为保证晶体弯曲质量而宽度受到限制时，可选用多块该种晶体紧密排列或分离排列来获得宽波段的谱。当Bragg角θB较大时，X射线辐射源1与探测器4相距太近，可把基座做成平行四边形，使X射线辐射源1周围有更大的自由空间，便于实验安排。在使用中，根据所测量的波长范围可选用不同厚度Be、Al等金属做滤片3，以防止不需要的辐射进入探测器。探测器4可采用X光底片，或适用于X辐射区的CCD(电荷耦合器件)或PDA(光电二极管列阵)等固体成象器件，也可用条纹相机。在弱X射线源的情况下，可采用MCP(微通道板)象增强器与上述固体成象器件耦合，或与可见光底片耦合，以提高探测效率。本技术选用多块不同种类的晶体可实现一次激光打靶得到多个分立波段的谱，提高了测量精度并免去了麻烦的“对光”调节手续，提高了测量效率。若不同实验待测的波长不同，利用本技术可相应地同时选用不同晶体，实验时只需更换靶，而无须进行更换晶体、重新对光等繁琐手续。利用本技术选用多块不同种类分光晶体便可获得所需宽波段而无须增加谱仪的尺寸。以下结合附图和实施例对本技术做进一步说明图1是Von Hamos谱仪原理示意图，图2是本技术的宽波段谱晶体谱仪结构图，图3是实施例2的结构图，图4是实施例3的结构图，其中1 X射线辐射源，2 曲率半径为R的分光晶片，3 滤片， 4 探测器实施例1采用宽度为1cm，高度为5cm，曲率半径为R=6．3cm的三块不同种类的分光晶体2-1 MICA(002)，2-2 ADP(101)，2-3 QTZ(224-3)紧密连接排列以获得宽波段谱而减少谱仪尺寸的应用实例。如图2所示，由X射线辐射源1发射的X射线以不同的Bragg角θB(63°-45°)入射到三块晶体上，经晶体衍射后通过一个宽7cm，高0．6cm，厚25μm的Be滤片3后在晶体曲率轴线上产生三个分立波段的谱，由位于该处的探测器4记录，探测器4由无窗象增强器与可见光底片组成。无窗象增强器由MCP与荧光屏组成，并通过光纤面板与底片耦合。MCP入射面长8cm，高1cm；通道直径～22μm。三种晶体产生的波段分别为MICA17．728-16．544ADP 8．869-8．220QTZ 1．560-1．442这三个波长相差很大的波段紧密连接排列在一起可以减少谱仪在色散方向上的尺寸，对一些小装置的实验十分方便。实施例2为便于测量和比较某些谱线，或者预定要先后测量这些谱线，而这些谱线的波长相差较大，为避免更换晶体“对光”调节的麻烦可采用本应用实例。为测量Al kα线(8．339)和Cu kα线(1．542)，相应地选用两种晶体2-1 PET(002)，2-2 QTZ(224-3)分离排列。晶体宽1cm，高5cm，R=10cm。滤片3-1，3-2用宽25mm，高4mm，厚25μm的Be膜。探测器4-1，4-2用Φ25的MCP象增强器与CCD耦合。MCP的通道直径～11μm，CCD光敏面积7mm×25mm，象元中心距～8μm。由源1发射的X辐射，当θB分别为76°-70．7°，51．34°-48°时，经两块晶体衍射后得到的波长范围分别为8．465-8．236，1．580-1．504，它们分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽波段谱晶体谱仪，其特征在于：在Ｖｏｎ Ｈａｍｏｓ谱仪中，选用两块或两块以上不同种类或相同种类的分光晶体（２），将它们弯曲成相同的所需的曲率半径Ｒ，然后按波长依序紧密排列，并使它们的反射面处于同一圆柱面上，分光晶体（２）和探测器（４）分别处于长方形基座上两个严格平行的导轨上，并可分别沿导轨移动；或垂直于导轨方向移动，滤片（３）选用金属制成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，李赞良，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]