专利名称：基于毛细管x射线光学器件的微束x射线衍射仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于毛细管x光学器件的微束X射线衍射仪。它是国际上尚无商品 推出的使用毛细管x光学器件的新型科学仪器。用它可以对样品进行微束x射线衍射分析。
背景技术：
现有的微束X射线衍射仪，是利用小孔来得到准平行X射线束来对样品进行微束X射线
衍射分析，但是采用小孔得到准平行光，只是将其他方向的x射线卡掉，这样打在样品上x 射线的强度就大大降低，以致于影响测谱的质量并且延长了测谱的时间，所以用小孔迸行x 射线衍射分析时需要用高强度x射线光源。因此现有的微束X射线衍射仪受到光源的限制，
影响了它们的普及和推广。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够对材料进行微束x射线衍射分析的新型科学仪器。 本实用新型的目的通过如下措施实现该衍射仪包括x光源、整体毛细管x光会聚透镜、
整体毛细管X射线准直器、测角仪、样品台、接受狭缝和探测器。其特征在于在X光源之
后依次安放整体毛细管x光会聚透镜和整体毛细管X射线准直器，经过调节使从整体毛细管 X光会聚透镜出射的焦斑刚好进入整体毛细管X射线准直器，整体毛细管X光会聚透镜可以 将发散的x射线会聚成几十微米的焦斑，从焦斑处发散的X射线进入整体毛细管X射线准直
器，整体毛细管x射线准直器可以对进入的x射线进行再次会聚，可以形成微束准平行光， 从而对样品进行微束x射线衍射分析。
整体毛细管X光会聚透镜是利用X射线全反射原理设计成的X射线光学器件，X光在毛
细导管中可借助于全发射从导管的一端传输到另一端，传输过程中，改变了x光的传播方向。
每个整体毛细管X光会聚透镜是由20-50万根内径为3-15微米单玻璃毛细管构成。该类器件
的优点是它可以对全波段的X射线进行聚焦，并且制作工艺简单、小巧灵便、种类齐全、造价低廉。整体毛细管X光会聚透镜是单一的、没有支撑的多孔玻璃固体，内有多根毛细管； 透镜沿长度的外形母线和X光导管的外形母线及X光导管的轴线近似为空间二次曲线段、二 次曲线段的组合或二次曲线段与直线段的组合，透镜的母线和X光导管的外形母线的径向变 化对于透镜的中心轴线是对称的。整体毛细管X光会聚透镜可以在大角度大范围内会聚发散 的x光，且将发散的X光会聚成数十微米的微焦斑，从而可以对样品进行微区扫描，整体毛
细管x光会聚透镜具有103数量级的放大倍数。整体毛细管x光会聚透镜的进口截面和出口截
面尺寸小于透镜最大尺寸；进口端截面和X光导管在垂直于透镜中心轴线方向的截面分别为 正六边形和圆形；进口端截面和出口端截面形状相同，X光导管沿垂直于透镜中心线方向的 截面尺寸是空间的函数，越靠近两端，截面尺寸越小。整体毛细管X射线准直器也是利用X 射线全反射原理设计的X射线光学器件，X光在毛细导管中可借助于全发射从导管的一端传 输到另一端，传输过程中，改变了 X光的传播方向。每个整体毛细管X射线准直器是由20-50 万根内径为3-15微米单玻璃毛细管构成。该类器件的优点是制作工艺简单、小巧灵便、造 价低廉。整体毛细管X射线准直器是单一的、没有支撑的多孔玻璃固体，内有多根毛细管； 整体毛细管X射线准直器沿长度的外形母线和X光导管的外形母线近似为空间二次曲线段、 X光导管的轴线为直线，整体毛细管X射线准直器的母线和X光导管的外形母线在径向上对 于整体毛细管X射线准直器的中心轴线是对称的。整体毛细管X射线准直器可以对进入的X 射线进行会聚，最终在其出口处形成准平行的X射线。整体毛细管X射线准直器在垂直于其 轴线上方向上的截面为正六边形，并且在轴线任何位置的截面都大小相等。
整体毛细管X光会聚透镜的长度、入口直径、出口直径和最大截面的尺寸以及整体毛细管X射线准直器的长度、入口直径、出口直径都是因微束X射线衍射分析研究的特殊要求而
特别设计，构成透镜和整体毛细管x射线准直器的毛细管的内径和数目以及拉制透镜采用的
材料也因研究项目要求的不同而不同。 本实用新型与现有技术比较具有如下优点-
1. 相对于其它微束x射线衍射仪所采用的小孔，整体毛细管X光会聚透镜与整体毛细 管x射线准直器的组合装置可以对X射线进行会聚，所以，本实用新型采用该组合 装置可将打在样品上的x射线的功率密度提高几千倍，因此，可以使所测谱的质量
有所提高。
2. 相对于其它微束X射线衍射仪所采用的小孔，整体毛细管X光会聚透镜与整体毛细管 X射线准直器的组合装置将打在样品上的X射线的功率密度提高几千倍，这将大大缩
短测谱所需要的时间。
3. 由于整体毛细管X光会聚透镜与整体毛细管X射线准直器的组合装置有很高的放大倍 数，所以，本实用新型可以在低功率光源下进行X射线衍射分析。
4. 整体毛细管X光会聚透镜可以将X光源发射的发散的X射线会聚成几十微米的焦斑， 由该焦斑射出的X射线进入整体毛细管X射线准直器再次会聚，从整体毛细管X射线 准直器射出的X射线是微束准平行光，可以对样品进行微区衍射分析。
5. 由于整体毛细管X光会聚透镜和整体毛细管X射线准直器没有支架，结构紧凑，所以 本实用新型结构简单、造价低廉，便于普及和推广使用。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详述。
图1为基于毛细管X光学器件的微束X射线衍射仪结构示意图； 图2为本实用新型中整体毛细管X光会聚透镜的示意图； 图3为本实用新型中整体毛细管X射线准直器的示意图； 图4为图2中整体毛细管X光会聚透镜的沿垂直于透镜中心线的剖面图； 图5为图3中整体毛细管X射线准直器的沿垂直于整体毛细管X射线准直器中心线的剖 面图。
具体实施方式
参见附图l，本实用新型由X光源K整体毛细管X光会聚透镜2、整体毛细管X射线准 直器3、样品台4、测角仪5、接受狭缝6、探测器7组成。
自X光源i发射的X光8被整体X光会聚透镜2收集和会聚，从透镜出射的X光9被会 聚成数十微米的微焦斑，焦斑发出的光进入整体毛细管X射线准直器3，经过整体毛细管X 射线准直器3形成微束准平行光10,微束准平行光打到样品上，衍射光11经过接受狭缝6 迸入探测器7，从而可对样品进行微束X射线衍射分析。
参见图2，图2给出衍射仪中所用的会聚透镜的主体结构。从X射线源1出射的X射线8
被透镜2会聚，其捕获角为fl)^^。 X射线在透镜内传播，部分被透镜壁吸收，部分为穿出透
镜。剩余部分x射线9由透镜会聚成后形成微焦斑。会聚透镜的几何参量有入口端焦距f, a
光源离透镜入口端距离)，出口端焦距6 (透镜出口端到焦斑处的距离〉，X光透镜长度L,透 镜入口端大小D^出口端大小D^，最大尺寸D自(对圆透镜为其直径，对多边形透镜为
4其对边距离)，透镜对X光源出射的X光的捕获角为c;，^，会聚透镜的物理参量有传输效
率，焦斑的大小，功率密度放大倍数，等效距离和占空比。
参见图3，图3给出衍射仪中所用的整体毛细管X射线准直器的主体结构。从会聚透镜 出来的X射线9进入整体毛细管X射线准直器3， X射线在整体毛细管X射线准直器内传播， 部分被整体毛细管X射线准直器壁吸收，部分为穿出整体毛细管X射线准直器。剩余部分X 射线由整体毛细管X射线准直器会聚成后形成微束准平行光10。整体毛细管X射线准直器
的几何参量有整体毛细管X射线准直器长度L"透镜入口端大小",.",，出口端大小D。w,，
整体毛细管X射线准直器的物理参量有传输效率，功率密度放大倍数和占空比。
参见图4，透镜沿垂直于透镜中心线方向的横截面的外形是正六边形，每根毛细管(图中 标记为A)横截面的轮廓为圆形。毛细管紧密排列在一起，如果把中间一根毛细管所在的层数
定义为l,则从内向外各层上的毛细管的数目为6(n-1)，其中11>1为层数，毛细管的内径大
小可以相同也可以不相同。
参见附图5，整体毛细管X射线准直器沿垂直于透镜中心线方向的横截面的外形是正六 边形，每根毛细管(图中标记为B)横截面的轮廓为圆形。毛细管紧密排列在一起，如果把中
间一根毛细管所在的层数定义为l，则从内向外各层上的毛细管的数目为6(n-1)，其中n〉1
为层数，毛细管的内径大小可以相同也可以不相同。
下面给出整体X光会聚透镜的实例透镜共有276000根X光导管构成，在沿垂直于透镜 中心线的方向截面上，每根毛细管的内径大小相同，在最大横截面上，每根毛细管的内径约
为6pm;透镜的长度为87.6mm，透镜的入口端和出口端的直径分别为4. 3mm和3. lmm，在
17.4keV能量点，透镜入口焦距、出口焦距、传输效率、焦斑直径、放大倍数和捕获角，分
别为78mra、 13mm、 1%、 27pm、 3000和2。。
下面给出整体毛细管X射线准直器的实例整体毛细管X射线准直器共有253000根X 光导管构成，在沿垂直于透镜中心线的方向截面上，每根毛细管的内径大小相同，每根毛细 管的内径约为6nm;整体毛细管X射线准直器的长度为14. lmm，整体毛细管X射线准直器
的入口端和出口端的直径都为6. 2mm。
权利要求1.一种基于毛细管X光学器件的微束X射线衍射仪，该衍射仪包括X光源、整体毛细管X光会聚透镜、整体毛细管X射线准直器、测角仪、样品台、接受狭缝和探测器，其特征在于在X光源之后依次安放整体毛细管X光会聚透镜和整体毛细管X射线准直器。
2. 根据权利要求1所述的微束X射线衍射仪，其特征在于整体毛细管X光会聚透镜是单一的、没有支撑的多孔玻璃固体，内有多根毛细管；该透镜沿长度的外形母线和X光导 管的外形母线及X光导管的轴线近似为空间二次曲线段、二次曲线段的组合或二次曲线 段与直线段的组合，透镜的母线和X光导管的外形母线的径向变化对于透镜的中心轴线 是对称的。
3. 根据权利要求1所述的微束X射线衍射仪，其特征在于整体毛细管X射线准直器是单 一的、没有支撑的多孔玻璃固体，内有多根毛细管；整体毛细管X射线准直器沿长度的 外形母线和X光导管的外形母线近似为空间二次曲线段、X光导管的轴线为直线，整体 毛细管X射线准直器的母线和X光导管的外形母线在径向上对于整体毛细管X射线准直 器的中心轴线是对称的。
4. 根据权利要求1所述的微束X射线衍射仪，其特征在于整体毛细管会聚X光透镜具有 103数量级的放大倍数。
5. 根据权利要求1所述的微束X射线衍射仪，其特征在于整体毛细管X光会聚透镜的进 口截面和出口截面尺寸小于透镜最大尺寸；进口端截面和X光导管在垂直于透镜中心轴 线方向的截面分别为正六边形和圆形；进口端截面和出口端截面形状相同，X光导管沿垂 直于透镜中心线方向的截面尺寸是空间的函数，越靠近两端，截面尺寸越小。
6. 根据权利要求1所述的微束X射线衍射仪，其特征在于整体毛细管X射线准直器在垂 直于其轴线上方向上的截面为正六边形，并且在轴线任何位置的截面都大小相等。
专利摘要基于毛细管X射线光学器件的微束X射线衍射仪是由X光源、样品台、探测器、测角仪、接受狭缝、X射线光源和样品台之间的整体毛细管X光会聚透镜和整体毛细管X射线准直器组成，它可用来对样品进行微束X射线衍射分析。本实用新型的核心部件是X射线光源和样品台之间的整体毛细管X光会聚透镜和整体毛细管X射线准直器的组合装置。本实用新型的核心是通过整体毛细管X光会聚透镜和整体毛细管X射线准直器的组合装置，可以将X光源发射的X射线会聚成微束准平行X射线，从而对样品进行微束X射线衍射分析。同时，本实用新型可以利用功率较低的光源进行X射线衍射分析。本实用新型结构简单，造价低廉，便于推广和普及。
文档编号G01N23/20GK201368856SQ20082013992
公开日2009年12月23日 申请日期2008年10月20日 优先权日2008年10月20日
发明者丁训良, 刘志国, 孙天希, 腾玥鹏 申请人:北京师范大学