一种广角/小角/超小角X射线散射无缝联用装置

本发明属于x射线散射测试，具体涉及一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置。

背景技术：

1、x射线散射探测技术是一种x射线应用领域常用的测试手段，已成为当前同步辐射装置标配的测试技术。通常为一束极细的平行x射线照射到样品上，利用样品后端配备的一个二维面探测器收集样品的散射图像，根据散射图像解析出样品的内部结构。为避免探测器被直射的x射线损伤，通常在探测器前面安装有重金属(通常为铅)制做的小阻挡块。探测器到样品的距离可以根据实验需求改变，通常根据这个距离长度，分为广角散射(距离小于0.5m)、小角散射(距离一般1.0—3.0m)和超小角散射(距离一般大于20.0m)。因为探测器的有效探测面积有限(通常十几厘米)，距离短的广角散射采集的散射角度大(约5-60度)，获得样品原子尺度(晶格尺度)的结构；距离适中的小角散射采集散射角度居中(0.1-6度)，获得样品纳米尺度(纳米粒子)的结构；距离较长的超小角散射采集散射角度很小(0.005-0.2度)，获取样品微米尺度(微米粒子)的结构。值得说明的是，样品到探测器之间通常需要设置真空环境，以避免空气对x射线进行散射和强度吸收，影响待测样品本身的散射数据。

2、如公开号为cn103207195b公开的一种小角和广角x射线散射联用装置及其实验测试方法，该装置采用微焦点x射线光源提供平行的、高亮度的、高品质x射线光。通过三个四刀口狭缝准直光路精确定义光斑形状和滤掉杂散光。联合一维线性探测器和二维多丝气体探测器来分别在大气环境下探测广角和小角x射线散射信号，可以获得从0.1纳米到100纳米尺度横跨三个量级的物质结构。为满足不同实验需求，该装置配置组合不同长度的真空管道和不同大小的直通光阻挡器，每次调节需要拆卸真空管来实现分级调节、更换阻挡器，操作繁琐耗时耗力，且仅能利用两个探测器在分级调节和多次测量的前提下实现3个量级的物质结构研究。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够利用三个探测器空间布局同时实现4个量级跨度无缝衔接的交错联用装置。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

3、一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，包括广角探测器、小角探测器、超小角探测器、真空管；所述广角探测器布置在真空管外，所述小角探测器、超小角探测器位于真空管内；常用阻挡器布置在超小角探测器前来避免x射线直接照射探测器引起损伤；所述小角探测器位于直通光下方并配备可移动阻挡器以能采集上下对称的小角信号；所述广角探测器位于直通光上方；所述小角探测器探测角度的最小值覆盖所述超小角探测器探测角度最大角；所述小角探测器的探测角度的最大值覆盖所述广角探测器的探测角度的最小角；小角探测器的探测角度上下衔接，从而整个装置覆盖了从所述超小角探测器所测量的最小角度，到所述广角探测器测量的最大角度，实现跨度为4个量级的完整散射数据。

4、本实施例为了实现无缝衔接，利用样品的散射图像一般为上下对称的原理，三个探测器沿光路前后排布并采用上下交错排布方式，探测角度相互覆盖，能够完整采集一半散射图像，实现探测数据的无缝衔接。将保护探测器的阻挡器放置在最后收集超小角信号的探测器前面，保护超小角探测器不被直通光照射。直通光位于超小角探测器下侧部分，可以收集样品散射的上一半超小角信号。

5、进一步的，所述小角探测器上边缘边框作削薄处理。

6、进一步的，所述广角探测器下边缘边框作削薄处理。

7、进一步的，在所述真空管内固定有轨道，所述小角探测器与轨道滑动配合，能够沿轨道做前后直线运动，调节其与样品的距离，满足用户多样实验需求。

8、进一步的，所述小角探测器固定在第一二维移动平台上，所述第一二维移动平台与所述轨道滑动配合，所述第一二维移动平台带动小角探测器做左右和上下运动，兼顾采集上下完整小角散射图像的功能。

9、进一步的，所述超小角探测器通过第二二维移动平台固定在真空管内；所述第二二维平台带动所述超小角探测器上下左右运动，兼顾采集上下完整超小角散射图像的功能。

10、进一步的，所述真空管包括小角真空段、超小角真空段、超小角探测器真空舱；所述小角真空段和超小角真空段、超小角探测器真空舱依次连接；所述超小角真空段的管径满足超小角探测器的探测范围即可；所述超小角探测器固定在超小角探测器真空舱内。

11、进一步的，所述超小角真空段包括依次硬质管段和柔性管段；所述柔性管段与通过密封接头与超小角探测器真空舱连接。

12、进一步的，所述广角探测器转动布置在第三二维移动平台上；所述第三二维移动平台固定在一直线导轨上；所述第三二维移动平台在直线导轨上做靠近或远离样品运动；所述第三二维移动平台带动广角探测器上下左右运动；所述广角探测器能够在垂直面上做转动运动。

13、进一步的，所述第三二维移动平台包括与直线导轨配合水平底座，在水平底座上左右滑动配合有立架，在立架上滑动配合有上下运动的滑块，在滑块上配合有水平的支架，在支架上固定有转动电机，所述转动电机的输出端为水平状态，广角探测器与电机的输出轴固定，所述转动电机可以带动广角探测器在垂直面内转动。

14、进一步的，所述广角探测器、小角探测器、超小角探测器被同步触发启动采集数据。

15、本发明的优点在于：

16、本实施例为了实现测量角度的无缝衔接，利用样品的散射图像一般为上下对称原理，前后依次排列三个探测器并在空间布局上采用上下交错排布方式让出直通光路，使样品不同角度的散射信号分别被所述三个探测器探测，并探测角度相互交叠，能够完整采集一半散射图像，实现探测数据的无缝衔接。将保护探测器的阻挡器放置在最后所述超小角探测器前面，保护超小角探测器不被直通光照射。直通光位于超小角探测器下侧部分，可以收集样品散射的上一半超小角范围的信号。

17、将广角和小角探测器接近光路一侧的外壳做削薄处理，可以让广角和小角探测器的探测面尽量靠近直通光，可大幅降低广角和小角探测器测量的最小角度，使其探测最小角分别与小角探测器和超小角探测器的探测最大角度交叠，从而实现数据上的衔接。

18、通过设置的轨道、二维移动平台可调节小角探测器和超小角探测器，以及调节广角探测器的高度、角度，可以改变探测器与直通光的相对位置，以满足不同探测需求。

19、采用真空管，可保证样品散射数据测量的准确性，避免空气对x射线的散射和衰减。另外，将真空管设计成粗、细、以及用于固定超小角探测器的真空舱，既可以容易实现真空度，又便于安装，尤其是波纹软管段的设计，保证在后续安装和检修时不需要整体移动真空管。

技术特征：

1.一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，包括广角探测器(1)、小角探测器(2)、超小角探测器(3)、真空管(4)；所述广角探测器(1)布置在真空管(4)外，所述小角探测器(2)、超小角探测器(3)位于真空管(4)内；阻挡器(30)布置在超小角探测器(3)前方并避免直通光照射超小角探测器(3)；所述小角探测器(2)位于直通光下方，所述广角探测器(1)位于直通光上方；所述小角探测器探测角度的最小值覆盖所述超小角探测器探测角度最大角；所述小角探测器的探测角度的最大值覆盖所述广角探测器的探测角度的最小角；从而形成无缝衔接。

2.根据权利要求1所述的一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，所述小角探测器(2)上边缘边框和所述广角探测器下边缘边框作削薄处理。

3.根据权利要求1或2所述的一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，在所述真空管(4)内固定有轨道(5)，所述小角探测器(2)与轨道(5)滑动配合，能够沿轨道(5)作前后直线运动，调节其与样品的距离。

4.根据权利要求3所述的一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，所述小角探测器(2)固定在第一二维移动平台(20)上，所述第一二维移动平台(20)与所述轨道(5)滑动配合，所述第一二维移动平台(20)带动小角探测器(2)做左右和上下运动。

5.根据权利要求1或2所述的一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，在所述超小角探测器(3)通过第二二维移动平台固定在真空管(4)内；所述第二二维平台带动所述超小角探测器上下左右运动。

6.根据权利要求1或2所述的一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，所述真空管(4)包括小角真空段(41)、超小角真空段(42)、超小角探测器真空舱(43)；所述小角真空段(41)和超小角真空段(42)、超小角探测器真空舱(43)依次连接；所述超小角真空段(42)的直径满足超小角探测器(3)的探测范围即可；所述超小角探测器(3)固定在超小角探测器真空舱(43)内。

7.根据权利要求6所述的一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，所述超小角真空段(42)包括依次硬质管段(421)和柔性管段(422)；所述柔性管段管段(422)与通过密封接头与超小角探测器真空舱(43)连接。

8.根据权利要求1或2所述的一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，所述广角探测器(1)转动布置在第三二维移动平台(10)上；所述第三二维移动平台(10)固定在一直线导轨上；所述第三二维移动平台(10)在直线导轨上作靠近或远离样品运动；所述第三二维移动平台(10)带动广角探测器(1)上下左右运动；所述广角探测器(1)能够在垂直面上转动运动。

9.根据权利要求8所述的一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，所述第三二维移动平台(10)包括与直线导轨配合水平底座(101)，在水平底座(101)上左右滑动配合有立架(102)，在立架(102)上滑动配合有上下运动的滑块，在滑块上水平的支架(103)，在支架(103)上固定有转动电机(6)，所述转动电机(6)的输出端为水平状态，带动所述广角探测器(1)在垂直面内转动。

10.根据权利要求1或2所述的一种广角/小角/超小角x射线散射无缝联用装置，其特征在于，所述广角探测器(1)、小角探测器(2)、超小角探测器(3)被同步触发启动。

技术总结
本发明公开一种广角/小角/超小角X射线散射无缝联用装置，包括广角探测器、小角探测器、超小角探测器、真空管；广角探测器布置在真空管外，小角探测器、超小角探测器位于真空管内；阻挡器避免直通光照射超小角探测器探测面；小角探测器位于直通光下方，广角探测器位于直通光上方并让出直通光路；超小角探测器探测角度覆盖所述小角探测器探测最小角；广角探测器的探测角覆盖小角探测器的探测最大角。本实施例为了实现无缝衔接，利用样品的散射图像一般为上下对称原理，三个探测器空间布局前后依次排列并围绕直通光路上下交错排布，探测角度相互覆盖，能够完整采集一半散射图像，实现探测数据的无缝衔接。

技术研发人员：默广,吴忠华,崔照强,邢雪青,刘云鹏,田野,张久昶,汤善治,韩庆夫
受保护的技术使用者：中国科学院高能物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11