直线驱动式x射线单色器及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及X射线荧光光谱仪技术领域，特别公开一种直线驱动式X射线单色器及其应用。
【背景技术】
[0002]XRF，即X射线荧光光谱分析(X Ray Fluorescence)。一台典型的X射线荧光光谱仪(XRF)由激发源(X射线管)和探测系统构成。X射线管产生入射X射线(一次X射线)，激发被测样品。受激发的样品中的元素会发射出二次X射线即特征荧光，并且不同的元素所发射出的二次X射线具有特定的能量特性和波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及强度。
[0003]将光源发出的光单色化成所需要的单色光的器件称为单色器，是从光源发射的波长连续的光谱中选择某一波长的光的光学系统。传统的单色器由入射狭缝、准直镜、色散元件、物镜和出射狭缝构成。其中色散元件是关键部件，作用是将复合光分解成单色光。入射狭缝用于限制杂散光进入单色器，准直镜将入射光束变为平行光束后进入色散元件。物镜将出自色散元件的平行光聚焦于出口狭缝。出射狭缝用于限制通带宽度。
[0004]X射线单色器是利用晶体衍射作用以取得单色X射线束的装置。目前，用来将X射线管所发出的连续波长的X射线进行单色化的装置，多为固定式的平面或凹面晶体，晶体是固定不动的，每个装置只能得到一种波长的单色X射线。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供直线驱动式X射线单色器，其通过直线驱动控制入射狭缝与弯曲晶体的间距，来实现选择单色化后的X射线的不同波长，一套单色器可以实现连续波长的X射线的单色化。
[0006]本发明的另一个目的在于提供一种直线驱动式X射线单色器的应用。
[0007]本发明提供一种直线驱动式X射线单色器，包括入射狭缝，色散装置和出射狭缝，其中，所述的色散装置包括:
[0008]第一轨道，用于弯曲晶体在其上顺序移动，其起点位置设有入射狭缝；
[0009]第二轨道，其上设有出射狭缝，用于出射狭缝在其上顺序移动，第二轨道的起点位置和弯曲晶体在第一轨道上耦合；
[0010]固定杆，用于固定弯曲晶体，其起点位置固设有弯曲晶体，另一端与第一支臂、第二支臂親合；
[0011]第一支臂，连接于第一轨道的起点位置与固定杆的端点位置；和
[0012]第二支臂，连接于第二轨道的出射狭缝位置与固定杆的端点位置；
[0013]第一支臂、第二支臂和固定杆在固定杆的端点位置耦合，第一支臂、第二支臂和固定杆的长度相同，均为弯曲晶体的曲率半径；
[0014]随着弯曲晶体在第一轨道上顺序移动，相对应地，出射狭缝在第二轨道上顺序移动，并且入射狭缝、弯曲晶体和出射狭缝始终位于以固定杆、第一支臂、第二支臂三者的耦合端为圆心，以弯曲晶体的曲率半径为半径的同一虚拟的罗兰圆上。
[0015]弯曲晶体对X射线的聚焦式衍射必须同时满足罗兰条件和布拉格衍射条件。罗兰条件要求入射狭缝、弯曲晶体衍射中心和出射狭缝应处在同一个半径为R的罗兰圆上，且R为弯曲晶体的曲率半径。布拉格衍射条件要求X射线反射应服从布拉格公式:
[0016]2d sin Θ = η λ 式(I)
[0017]式(I)中，d为弯曲晶体的晶面间距，单位纳米nm ；
[0018]Θ为衍射角，衍射角Θ =入射角θ1=出射角Θ 2；
[0019]η为衍射级数，为大于等于I的整数，一般只考虑η = I ;
[0020]λ为被单色化的X射线波长，单位纳米nm。
[0021]同时，在罗兰圆中，存在如下关系:
[0022]sin θ = N/ (2R)式(2)
[0023]式(2)中，R为罗兰圆半径；
[0024]N为入射狭缝A和弯曲晶体点S间的距离。
[0025]将式⑵代入式⑴中，即可得到:
[0026]选择不同的入射狭缝与弯曲晶体的间距N，可在出射狭缝处获得不同的单色化后某一定固定波长λ的X射线，两者的关系满足:
[0027]N = Rn λ /d 式(3)
[0028]式(3)中，N为入射狭缝与弯曲晶体的间距；λ为被单色化的X射线波长；d为弯曲晶体的晶面间距；n为衍射级数，为大于等于I的整数#为弯曲晶体的曲率半径，也即是罗兰圆半径。
[0029]当使用的弯曲晶体的晶面间距为d，罗兰圆半径为R时，如果需要在出射狭缝B处得到波长为λ的X射线，只需使步进电机运动到N满足式(3)中条件即可。
[0030]较佳的，第一轨道上设有用于带动弯曲晶体顺序移动的第一滑块，第一滑块由第一电机驱动；
[0031]第二轨道上设有用于带动出射狭缝顺序移动的第二滑块，第二滑块由第二电机驱动；
[0032]第一电机和第二电机保持步调一致。
[0033]第一电机和第二电机保持步调一致，即可实现第一支臂、第二支臂及固定杆的长度均为弯曲晶体的曲率半径，且第一支臂与固定杆间的夹角、第二支臂与固定杆间的夹角始终保持相等，从而使得入射狭缝、弯曲晶体和探测器始终位于同一罗兰圆上。
[0034]优选的，所述电机为直线电机。
[0035]较佳的，第一轨道上设有用于带动弯曲晶体顺序移动的第一滑块，第一滑块由第一电机驱动；
[0036]第一滑块上设有第三支臂，第一滑块位于第一轨道起点位置与弯曲晶体位置之间，第三支臂的另一端可移动地连接于固定杆上，第三支臂在第一滑块上的固定点至弯曲晶体的距离与第三支臂的长度相等；
[0037]第二轨道上设有第四支臂，第四支臂的一端位于第二轨道起点位置与出射狭缝位置之间，第四支臂的另一端可移动地连接于固定杆上，第四支臂在第二轨道上的固定点至弯曲晶体的距离与第四支臂的长度相等；
[0038]第三支臂、第四支臂的长度相等，且两者的端点共同耦合于固定杆上。
[0039]优选的，第三支臂、第四支臂的端点在固定杆上耦合的位置设有第三滑块，用于带动第三支臂、第四支臂的端点在固定杆上顺序移动。
[0040]优选的，所述电机为直线电机。
[0041]采用耦合的第三支臂和第四支臂结构，仅需单个电机驱动弯曲晶体，并通过机构力传导的作用原理，即可实现同步驱动出射狭缝的功能，以使第一支臂与固定杆间的夹角、第二支臂与固定杆间的夹角始终保持相等，从而使得入射狭缝、弯曲晶体和出射狭缝始终位于同一罗兰圆上。
[0042]较佳的，弯曲晶体位置设有弯曲晶体托架，用于承托弯曲晶体，所述弯曲晶体托架与固定杆一体式设计或者耦合为一体。
[0043]较佳的，所述第一支臂、第二支臂的长度为Imm-lOOOmm。
[0044]较佳的，弯曲晶体为LiF(200)、LiF(220)、Ge(lll)、PET、TAIP、TAM、ADP、KAP、InSb、E.D.D.T、PE、石膏或黄玉。
[0045]较佳的，弯曲晶体为圆柱凹面晶体或球面晶体，对应的，出射狭缝处分别可得到线状或点状的光斑。
[0046]本发明提供上述的直线驱动式X射线单色器在X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪等需要单色化X射线的装置或仪器中的应用。
[0047]本发明的有益效果有:
[0048]1、本发明的直线驱动式X射线单色器，通过直线驱动控制入射狭缝与弯曲晶体的间距及弯曲晶体与出射狭缝的间距，来实现选择单色化后的X射线的不同波长，一套单色器可以实现连续波长的X射线的单色化。
[0049]2、本发明的色散装置，采用由两条轨道和相应的支臂组成采用等角等距虚拟的罗兰圆装置，结构简单，维护方便，且可实现弯曲晶体条件下的X射线波长连续不间断衍射分光。
[0050]3、等角等距虚拟的罗兰圆装置既可以双电机同步驱动，也可以通过增设两条支臂利用力传导原理节约为单电机驱动。
[0051]下面将结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
【附图说明】
[0052]图1为本发明的直线驱动式X射线单色器的结构原理示意图。
[0053]图2为本发明实施例1的单电机驱动X射线单色器的结构示意图。
[0054]图3为本发明实施例2的双电机驱动X射线单色器的结构示意图。
[0055]图中，1-第一轨道，2-第二轨道，3-固定杆，4-第一支臂，5-第二支臂，6_第三支臂，7-第四支臂，8-弯曲晶体，9-第一滑块，10-第二滑块，11-第三滑块，12-第一电机，13-第二电机。