專利名稱：一種寬波段譜晶體譜儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及X射線譜測量技術領域，特別是涉及一種測量寬波段X射線譜的晶體譜儀。
晶體譜儀是測量短波長輻射(X射線、γ射線)的線狀譜和連續譜的重要儀器，它使人們能夠在原子尺度上去深入了解物質結構，從而建立起一門有廣泛應用領域和重要理論意義的X射線譜學。
晶體譜儀依晶體反射面所取形狀可分為兩類平晶譜儀和彎晶譜儀。后者的分光晶片被彎曲成柱面狀或球面狀，能將譜聚焦，因而比前者(反射面為平面)有高得多的集光度(光強／單位面積)，有著更為廣闊的應用領域。
Von Hamos譜儀是將分光晶片彎曲成柱面狀以實現垂直于色散方向聚焦的一種彎晶譜儀[文獻1，L．Von Hamos，Naturwissenschaften，20(38)，705(1932)]。如

圖1所示，晶體C的曲率半徑為R，曲率軸線為SS′，由位于SS′輻射源S發射的X射線落到晶面上，其中入射到弧線aa′上各點的光線與晶面的傾角均為θB(Bragg角)，被晶體衍射后按Bragg定律將會聚于曲率軸線上S′點，相應于一個波長λ。令距離SS′=L，則L=2RCOSθB，當波長增加時，θB也增加，點A和S′將移近S，反之，則離開S；若晶片寬度越大，獲得的X射線譜的波長范圍就越寬。
Von Hamos譜儀特別適用于微小輻射源的分析，早期用于金屬、合金材料的X射線微區分析。近年來它廣泛用于激光慣性約束聚變、X射線激光和激光等離子體等重要研究領域，用于診斷等離子體參數，研究等離子體基本過程[文獻2，B．Yaakabi，et al，Rev．Sci．Instrum，50，1609(1979)]；文獻3，Λ．Π．eBeΛbko，KBAHTOBAэΛEKTPOHUKA．4，2013(1997)]。這些研究通常期望能夠從一次激光打靶或者說一次曝光得到的X射線譜中獲得盡可能多的時空信息。由于Hamos譜儀集光度高(比平晶譜儀高10-100倍)，易于在一次激光打靶中獲得X射線譜，避免等離子體自身不穩定性和不重復性帶來的困難，它也適用于測量一些弱譜線(例如被壓縮的靶芯發射的譜，高能級躍遷和高離化態離子的譜線等)。此外，用它還可以獲得較高空間分辨率測量，這對于研究等離子體中的非均勻性有重要意義。然而，以往的Hamos譜儀只采用一塊分光晶體，而且為了獲得高集光度和高分辨率必須保證晶片的彎曲質量，晶片通常不可能做得太寬。因此，一次激光打靶獲得的波長范圍很窄。例如，以下列三種常用晶體為例，若曲率半徑為63mm，晶片寬度為20mm，可得到的最大波長范圍△λ分別為MICA～2．388，ADP～1．280，QTZ～0．243。若要擴展波段，或者獲得另一波段的譜，則需改變θB角(譜儀沿色散方向尺寸勢必加大)，或者更換合適的晶體。這些都必須重新調節譜儀，并進行另一次激光打靶。這不僅增加調節的麻煩，更重要的將影響測量精度(精確地調節譜儀才能獲得高集光度和高分辨率)，而且許多情況下激光打靶實驗只容許在一次打靶中獲得所需的數據。此外，依靠一塊有限寬度的晶體不可能同時獲得波長相差很大的多個分立波段的譜。
本實用新型的目的是針對以往Von Hamos譜儀的缺點和不足，通過采用多塊有限寬度的分光晶體來實現在一次激光打靶中獲得多個分立波段的譜，或擴展所需波段，從而獲得有用的時、空信息，提高測量精度。
本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型根據所需的波段，相應地選用兩塊或兩塊以上不同種類或相同種類的分光晶體2，將它們彎曲成相同的所需的曲率半徑R，然后按波長依序緊密排列或分離排列，并使它們的反射面處于同一圓柱面上。分光晶體2和探測器4分別處于基座上兩個嚴格平行的導軌上，可分別沿導軌移動以改變θB角探測不同的波長范圍；亦可垂直于導軌方向移動，以調節X射線輻射源1和探測器4入射平面的位置，使它們落在分光晶體的曲率軸線上。這樣，如圖2所示，從X射線輻射源1發射的X輻射被分光晶體2衍射后按Bragg定律將產生多個分立波段的譜依序排列在晶體曲率軸線上，由探測器4記錄，從而實現在一次激光打靶中同時獲得多個分立波段的譜或擴展所需的波段。
在使用中為便于測量和比較不同波長范圍的譜，所選用的多塊分光晶體既可以緊密排列，也可以分離排列。
當所選用的某種分光晶體2在技術上不能得到足夠寬度時，或者為保證晶體彎曲質量而寬度受到限制時，可選用多塊該種晶體緊密排列或分離排列來獲得寬波段的譜。
當Bragg角θB較大時，X射線輻射源1與探測器4相距太近，可把基座做成平行四邊形，使X射線輻射源1周圍有更大的自由空間，便于實驗安排。
在使用中，根據所測量的波長范圍可選用不同厚度Be、Al等金屬做濾片3，以防止不需要的輻射進入探測器。
探測器4可采用X光底片，或適用于X輻射區的CCD(電荷耦合器件)或PDA(光電二極管列陣)等固體成象器件，也可用條紋相機。在弱X射線源的情況下，可采用MCP(微通道板)象增強器與上述固體成象器件耦合，或與可見光底片耦合，以提高探測效率。
本實用新型選用多塊不同種類的晶體可實現一次激光打靶得到多個分立波段的譜，提高了測量精度并免去了麻煩的“對光”調節手續，提高了測量效率。若不同實驗待測的波長不同，利用本實用新型可相應地同時選用不同晶體，實驗時只需更換靶，而無須進行更換晶體、重新對光等繁瑣手續。利用本實用新型選用多塊不同種類分光晶體便可獲得所需寬波段而無須增加譜儀的尺寸。
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明圖1是Von Hamos譜儀原理示意圖，圖2是本實用新型的寬波段譜晶體譜儀結構圖，圖3是實施例2的結構圖，圖4是實施例3的結構圖，其中1 X射線輻射源，2 曲率半徑為R的分光晶片，3 濾片， 4 探測器實施例1采用寬度為1cm，高度為5cm，曲率半徑為R=6．3cm的三塊不同種類的分光晶體2-1 MICA(002)，2-2 ADP(101)，2-3 QTZ(224-3)緊密連接排列以獲得寬波段譜而減少譜儀尺寸的應用實例。如圖2所示，由X射線輻射源1發射的X射線以不同的Bragg角θB(63°-45°)入射到三塊晶體上，經晶體衍射后通過一個寬7cm，高0．6cm，厚25μm的Be濾片3后在晶體曲率軸線上產生三個分立波段的譜，由位于該處的探測器4記錄，探測器4由無窗象增強器與可見光底片組成。無窗象增強器由MCP與熒光屏組成，并通過光纖面板與底片耦合。MCP入射面長8cm，高1cm；通道直徑～22μm。三種晶體產生的波段分別為MICA17．728-16．544ADP 8．869-8．220QTZ 1．560-1．442
這三個波長相差很大的波段緊密連接排列在一起可以減少譜儀在色散方向上的尺寸，對一些小裝置的實驗十分方便。
實施例2為便于測量和比較某些譜線，或者預定要先后測量這些譜線，而這些譜線的波長相差較大，為避免更換晶體“對光”調節的麻煩可采用本應用實例。
為測量Al kα線(8．339)和Cu kα線(1．542)，相應地選用兩種晶體2-1 PET(002)，2-2 QTZ(224-3)分離排列。晶體寬1cm，高5cm，R=10cm。濾片3-1，3-2用寬25mm，高4mm，厚25μm的Be膜。探測器4-1，4-2用Φ25的MCP象增強器與CCD耦合。MCP的通道直徑～11μm，CCD光敏面積7mm×25mm，象元中心距～8μm。由源1發射的X輻射，當θB分別為76°-70．7°，51．34°-48°時，經兩塊晶體衍射后得到的波長范圍分別為8．465-8．236，1．580-1．504，它們分別包含了Al kα和Cu kα兩根譜線。改變θB或者調節探測器4在晶體曲率軸線上的位置，可獲得另兩個波長范圍。
實施例3當使用中選用的某種晶體因技術原因或為保證彎曲質量而寬度受到限制時可采用多塊該種晶體連接排列以獲得寬波段譜。如圖4所示，選用高50cm，寬1．5cm的兩塊PET(002)晶體2-1、2-2連接成寬度為3cm，R=6．3cm的彎晶。探測器4采用寬10cm、高1cm的X光底片裝在暗盒內，用相應尺寸的Be濾片3(厚～25μm)做窗口。由輻射源1發射的X射線經加寬的分光晶片衍射后，探測器4得到的是擴展了波長范圍的譜。
權利要求1.一種寬波段譜晶體譜儀，其特征在于在Von Hamos譜儀中，選用兩塊或兩塊以上不同種類或相同種類的分光晶體(2)，將它們彎曲成相同的所需的曲率半徑R，然后按波長依序緊密排列，并使它們的反射面處于同一圓柱面上，分光晶體(2)和探測器(4)分別處于長方形基座上兩個嚴格平行的導軌上，并可分別沿導軌移動；或垂直于導軌方向移動，濾片(3)選用金屬制成。
2.按權利要求1所述的寬波段譜晶體譜儀，其特征在于所選用的兩塊或兩塊以上不同種類或相同種類的分光晶體(2)還可以按波長依序分離排列。
3.按權利要求1所述的寬波段譜晶體譜儀，其特征在于還可以把長方形基座做成平行四邊形。
4.按權利要求1所述的寬波段譜晶體譜儀，其特征在于濾片(3)可選用不同厚度的Be或Al。
專利摘要本實用新型涉及一種測量寬波段X射線譜的晶體譜儀。通過采用多塊有限寬度的曲率半徑相同的分光晶體依波長順序緊密排列或分離排列來實現在一次激光打靶中獲得多個分立波段的譜或擴展所需波段,從而獲得有用的時空信息,提高測量精度。本實用新型簡化了手續,提高了測量效率。
文檔編號G01N23/207GK2426981SQ0020576
公開日2001年4月18日 申請日期2000年2月22日 優先權日2000年2月22日
發明者張 杰, 李贊良 申請人:中國科學院物理研究所