X射線弧形氣體衍射儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種氣體衍射儀，具體涉及一種X射線弧形氣體衍射儀，屬于X射線探測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，X射線粉末衍射儀的探測(cè)器主要有兩種:
[0003](一 )、平面型絲結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器；
[0004](二)、逐點(diǎn)掃描型閃爍體探測(cè)器。
[0005]在X射線探測(cè)中，平面型絲結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器容易造成像差，當(dāng)X射線斜著入射到氣體探測(cè)器的探測(cè)靈敏區(qū)時(shí)，氣體電離有可能發(fā)生在X射線經(jīng)過(guò)路徑的任何一點(diǎn)上，因此就會(huì)造成位置測(cè)量的誤差，從而影響大角度散射測(cè)量的空間分辨率。
[0006]逐點(diǎn)掃描型閃爍體探測(cè)器，由于其采用逐點(diǎn)掃描的探測(cè)方式來(lái)測(cè)量衍射錐角，所以測(cè)量耗時(shí)比較長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種X射線弧形氣體衍射儀，其在X射線探測(cè)中不僅不會(huì)造成像差，而且信號(hào)上升時(shí)間快，同時(shí)有較高的計(jì)數(shù)率上限。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0009]—種X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，包括:由前至后依次緊密接觸的前端固件(1)、漂移電極(2)、中間固件(3)、厚型氣體電子倍增膜板(4)、隔板(5)、陽(yáng)極板(6)和后端固件(7)，
[0010]前述前端固件(1)的后端面、中間固件(3)的前后兩個(gè)端面、以及后端固件(7)的前端面彎曲成同心圓弧面，前端固件(1)、中間固件(3)和后端固件(7)經(jīng)螺栓擰緊后在中間形成密閉的腔室，所述密閉的腔室內(nèi)充有工作氣體，
[0011]前述漂移電極⑵、厚型氣體電子倍增膜板(4)、隔板(5)和陽(yáng)極板(6)固定在相應(yīng)的固件之間，并且也彎曲成同心圓弧狀，
[0012]工作時(shí)，將負(fù)高壓由高到低分別接入到漂移電極(2)上、厚型氣體電子倍增膜板
(4)的上電極上、厚型氣體電子倍增膜板(4)的下電極上，陽(yáng)極板(6)上的電信號(hào)從陽(yáng)極板
(6)的頂端引出。
[0013]前述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，前述密閉的腔室內(nèi)的工作氣體以惰性氣體為主，并加以少量淬滅性氣體。
[0014]前述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，前述惰性氣體為氬氣、氖氣和氙氣中的任意一種。
[0015]前述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，前述淬滅性氣體為異丁烷、甲烷和二氧化碳中的任意一種。
[0016]前述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，前述中間固件(3)的厚度在2mm-20mm范圍內(nèi)。
[0017]前述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，前述隔板(5)的厚度在范圍內(nèi)。
[0018]本發(fā)明的有益之處在于:
[0019](1)由于氣體衍射儀采用了弧形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以使得衍射X射線能夠垂直入射到儀器內(nèi)部，有效減少了由于斜入射引起的像差；
[0020](2)由于采用厚型氣體電子倍增膜板作為電子倍增器件，厚型氣體電子倍增膜板的空間分辨好于200nm、時(shí)間分辨達(dá)到幾個(gè)ns、計(jì)數(shù)率上限可以達(dá)到106mm 2s 1以上，所以使得本發(fā)明的氣體衍射儀不僅具有良好的空間分辨和時(shí)間分辨，還具有較高的計(jì)數(shù)率上限；
[0021](3)由于厚型氣體電子倍增膜板級(jí)聯(lián)使用方便，所以使得本發(fā)明的氣體衍射儀可以根據(jù)X射線束流的強(qiáng)度增加或減少厚型氣體電子倍增膜板的級(jí)數(shù)，從而滿(mǎn)足不同場(chǎng)合X射線衍射探測(cè)的應(yīng)用需求；
[0022](6)本發(fā)明的氣體衍射儀相對(duì)價(jià)廉，容易實(shí)現(xiàn)輕量化，整機(jī)重量小于2kg。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的X射線弧形氣體衍射儀的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是圖1中的X射線弧形氣體衍射儀的電子學(xué)讀原理圖。
[0025]圖中附圖標(biāo)記的含義:1_前端固件、2-漂移電極、3-中間固件、4-厚型氣體電子倍增膜板、5-隔板、6-陽(yáng)極板、7-后端固件。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明的X射線弧形氣體衍射儀，其主要是利用了厚型氣體電子倍增膜板容易彎曲而且耐用的特性。
[0027]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。
[0028]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的X射線弧形氣體衍射儀包括:前端固件1、漂移電極2、中間固件3、厚型氣體電子倍增膜板4、隔板5、陽(yáng)極板6和后端固件7，它們由前至后依次緊密接觸。其中，前端固件1、中間固件3和后端固件7所起到的作用是緊固和閉氣，三者經(jīng)螺栓擰緊后在中間形成密閉的腔室，該密閉的腔室內(nèi)充有工作氣體，該工作氣體以惰性氣體為主，并加以少量淬滅性氣體，其中，惰性氣體為氬氣、氖氣和氙氣中的任意一種，淬滅性氣體為異丁烷、甲烷和二氧化碳中的任意一種，此外，前端固件1的后端面、中間固件3的前后兩個(gè)端面以及后端固件7的前端面這四個(gè)端面彎曲成同心圓弧面，漂移電極2、厚型氣體電子倍增膜板4、隔板5和陽(yáng)極板6固定在相應(yīng)的固件之間，并且也彎曲成同心圓弧狀。
[0029]漂移電極2與厚型氣體電子倍增膜板4由中間固件3隔開(kāi)，漂移電極2與厚型氣體電子倍增膜板4 二者之間形成漂移區(qū)，漂移區(qū)的高度可以通過(guò)調(diào)整中間固件3的厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，中間固件3的厚度一般在2mm-20mm范圍內(nèi)。
[0030]厚型氣體電子倍增膜板4與陽(yáng)極板6由隔板5隔開(kāi)，隔板5的厚度一般在范圍內(nèi)。
[0031]工作時(shí)，將負(fù)高壓由高到低分別接入到漂移電極2上、厚型氣體電子倍增膜板4的上電極上、厚型氣體電子倍增膜板4的下電極上，陽(yáng)極板6上的電信號(hào)從陽(yáng)極板6的頂端引出，直接與讀出電子學(xué)連接。
[0032]由于本發(fā)明的氣體衍射儀采用了弧形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以使得衍射X射線能夠垂直入射到儀器內(nèi)部，有效減少了由于斜入射引起的像差。
[0033]此外，由于本發(fā)明的氣體衍射儀采用了厚型氣體電子倍增膜板作為電子倍增器件，厚型氣體電子倍增膜板級(jí)聯(lián)使用方便，所以使得本發(fā)明的氣體衍射儀可以根據(jù)X射線束流的強(qiáng)度增加或減少厚型氣體電子倍增膜板的級(jí)數(shù)，從而滿(mǎn)足不同場(chǎng)合X射線衍射探測(cè)的應(yīng)用需求。
[0034]工作原理:
[0035]參照?qǐng)D2，將漂移電極2和厚型氣體電子倍增膜板4接入負(fù)高壓，X射線經(jīng)樣品衍射后入射到本發(fā)明的氣體衍射儀內(nèi)，將漂移區(qū)的工作氣體電離，電離電子在電場(chǎng)的作用下漂移進(jìn)入厚型氣體電子倍增膜板4的小孔內(nèi)并產(chǎn)生倍增，倍增后的電子通過(guò)隔板5向陽(yáng)極板6漂移，并在陽(yáng)極板6上感應(yīng)出電子信號(hào)，該陽(yáng)極電子信號(hào)從陽(yáng)極板6的頂端引出，由弱電流讀出模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，最后由FPGA模塊采集傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。
[0036]弱電流讀出模塊我們選用的是TI (Texas Instruments)公司的DDC232芯片，其與本發(fā)明的氣體衍射儀直接相連。
[0037]DDC232芯片一共有32個(gè)開(kāi)關(guān)電容積分放大器，每?jī)蓚€(gè)開(kāi)關(guān)電容積分放大器共享一個(gè)ADC，最后16路通過(guò)一個(gè)串行接口向FPGA模塊輸出數(shù)字信號(hào)。
[0038]由于DC232芯片只能讀出正電流信號(hào)，而本發(fā)明的氣體衍射儀的輸出信號(hào)為負(fù)信號(hào)，為配合本發(fā)明的氣體衍射儀實(shí)現(xiàn)信號(hào)讀出，DC232芯片設(shè)計(jì)為通常工作在接近滿(mǎn)量程(約1 X 106pA)的正的恒定電流下，通過(guò)計(jì)算當(dāng)前電流與恒定工作的差值，可以得到負(fù)電流信號(hào)的大小。
[0039]FPGA模塊從DDC232芯片的Dout引腳取數(shù)，可以根據(jù)實(shí)際需要并行接入多個(gè)DC232芯片來(lái)擴(kuò)展通道數(shù)，F(xiàn)PGA模塊中的MCU負(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)通信。
[0040]計(jì)算機(jī)通過(guò)基于Labview的虛擬儀器程序?qū)?shù)據(jù)采集處理，實(shí)現(xiàn)多路工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的功能。
[0041]由于DC232芯片的工作正電流由外界提供，會(huì)因溫度、供電電壓等因素產(chǎn)生微小波動(dòng)，所以實(shí)驗(yàn)前需對(duì)當(dāng)前工作電流進(jìn)行刻度。刻度時(shí)，X射線管處于非曝光狀態(tài)下，此時(shí)本發(fā)明的氣體衍射儀無(wú)輸出信號(hào)，手動(dòng)控制程序取數(shù)一段時(shí)間，求電流平均值，得到當(dāng)前各道的工作電流，數(shù)據(jù)存入scale文件。
[0042]測(cè)量時(shí)，首先載入scale文件，清空緩存數(shù)組，然后開(kāi)啟X射線管，本發(fā)明的氣體衍射儀上產(chǎn)生信號(hào)，同時(shí)取數(shù)，數(shù)據(jù)存入data文件，取數(shù)結(jié)束時(shí)，程序自動(dòng)將取數(shù)期間采集到的電流值求平均，與工作電流相減，求出每一路的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。
[0043]需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，包括:由前至后依次緊密接觸的前端固件(1)、漂移電極(2)、中間固件(3)、厚型氣體電子倍增膜板(4)、隔板(5)、陽(yáng)極板(6)和后端固件(7)， 所述前端固件⑴的后端面、中間固件⑶的前后兩個(gè)端面、以及后端固件(7)的前端面彎曲成同心圓弧面，前端固件(1)、中間固件(3)和后端固件(7)經(jīng)螺栓擰緊后在中間形成密閉的腔室，所述密閉的腔室內(nèi)充有工作氣體， 所述漂移電極(2)、厚型氣體電子倍增膜板(4)、隔板(5)和陽(yáng)極板￠)固定在相應(yīng)的固件之間，并且也彎曲成同心圓弧狀， 工作時(shí)，將負(fù)高壓由高到低分別接入到漂移電極(2)上、厚型氣體電子倍增膜板(4)的上電極上、厚型氣體電子倍增膜板(4)的下電極上，陽(yáng)極板(6)上的電信號(hào)從陽(yáng)極板(6)的頂端引出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，所述密閉的腔室內(nèi)的工作氣體以惰性氣體為主，并加以少量淬滅性氣體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，所述惰性氣體為氬氣、氖氣和氙氣中的任意一種。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，所述淬滅性氣體為異丁烷、甲烷和二氧化碳中的任意一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，所述中間固件(3)的厚度在2mm-20mm范圍內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，所述隔板(5)的厚度在lmm-3mm范圍內(nèi)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種X射線弧形氣體衍射儀，其特征在于，包括由前至后依次緊密接觸的：前端固件、漂移電極、中間固件、厚型氣體電子倍增膜板、隔板、陽(yáng)極板和后端固件，中間固件內(nèi)充有工作氣體，前端固件的后端面、中間固件的前后兩個(gè)端面、以及后端固件的前端面均呈弧形，并且各端面彎曲成同心圓弧面，所述漂移電極、厚型氣體電子倍增膜板、隔板和陽(yáng)極板固定在固件之間，彎曲成同心圓弧。本發(fā)明的有益之處在于：具有良好的位置分辨率、較高的計(jì)數(shù)率上限，信號(hào)上升時(shí)間快；易于制造維護(hù)，清潔要求較GEM低；級(jí)聯(lián)使用方便；相對(duì)價(jià)廉。
【IPC分類(lèi)】G01N23/20
【公開(kāi)號(hào)】CN105388172
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510904144
【發(fā)明人】劉宏邦, 劉倩, 鄭陽(yáng)恒
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 廣西大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月9日