專利名稱:“坪區(qū)”毛細(xì)管x射線會聚透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于毛細(xì)管x射線光學(xué)器件，"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡是利用多毛細(xì)管將發(fā)
散的x射線會聚為帶有"坪區(qū)"的微焦斑，"坪區(qū)"處x射線強(qiáng)度分布均勻度高，且具有較高
的功率密度增益(單位面積上強(qiáng)度)，"坪區(qū)"大小在l-60微米范圍內(nèi)，適用于對0.2-40keV 范圍內(nèi)X射線進(jìn)行會聚，"坪區(qū)"處X射線強(qiáng)度分布均勻度(強(qiáng)度最大值和最小值之差除以強(qiáng)
度平均值)在2%-6%范圍內(nèi)，"坪區(qū)"處功率密度增益的數(shù)量級在102 -103范圍內(nèi)。此種器件
特別適用于對大氣顆粒物等微小顆粒物進(jìn)行單顆粒分析。
技術(shù)背景
毛細(xì)管X射線光學(xué)器件是利用X射線在毛細(xì)管中的全反射而對X射線進(jìn)行會聚的。毛細(xì) 管X射線透鏡是由20-50萬根單玻璃毛細(xì)管構(gòu)成。該類器件的優(yōu)點(diǎn)是它可以將符合全反射 條件的所有波段的X射線會聚為微焦斑。由于毛細(xì)管X光透鏡具有較好的性能，所以在X射 線分析中有著廣泛的應(yīng)用。
隨著毛細(xì)管X射線透鏡應(yīng)用的進(jìn)一步深入，人們對其性能有著更高的要求。將毛細(xì)管X 光透應(yīng)用大氣顆粒物單顆粒分析中，它可以提供大氣污染源的特征"指紋"譜及來自不同污 染源的顆粒物比例，這對治理大氣污染有著重要的意義，所以毛細(xì)管X光透鏡應(yīng)用在大氣顆 粒物單顆粒分析中備受人們關(guān)注。 一般的毛細(xì)管X光透鏡是沒有"坪區(qū)"的，但此種沒有"坪 區(qū)"的毛細(xì)管X光透鏡焦斑處的X射線強(qiáng)度分布是高斯分布，這不適合于對大氣顆粒物進(jìn)行 單顆粒分析。這是由于毛細(xì)管X光透鏡的焦斑直徑大于單顆粒的直徑，所以利用該譜儀對大 氣顆粒物進(jìn)行單顆粒分析時(shí)， 一個(gè)單顆粒的整個(gè)體積都浸沒在透鏡焦斑中，眾所周知，即使 是大氣顆粒物單顆粒，其中的元素分布也是不均勻的，并且其形狀也不規(guī)則，所以，如果毛 細(xì)管X光透鏡的焦斑處強(qiáng)度分布是不均勻的(如高斯分布)，則得到的單顆粒能譜上特征峰的 相對強(qiáng)度因其在焦斑中位置的改變而改變，顯然，這種與單顆粒在焦斑中的位置有關(guān)的能譜不 能稱為單顆粒的"指紋"能譜。為了真正意義上的單顆粒的"指紋"能譜，需要照射在單顆 粒上的激發(fā)X射線束的強(qiáng)度盡量均勻，并且需要功率密度較高的X射線束。利用"坪區(qū)"毛 細(xì)管X射線會聚透鏡會聚X射線源可以滿足上述要求?，F(xiàn)在國際上還沒有該類毛細(xì)管X射線 透鏡。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有設(shè)計(jì)毛細(xì)管X射線光學(xué)器件的工藝中，在排列單毛細(xì)管時(shí)，是采用均勻排列的方式，
同時(shí)單毛細(xì)管的材料也是單一的材料，所以拉制出的透鏡焦斑處x射線分布是成高斯分布的。 如何拉制"坪區(qū)"毛細(xì)管x光會聚透鏡一直受到人們的關(guān)注。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，為了保證毛細(xì)管X射線會聚透鏡的焦斑處存在
一個(gè)高功率密度增益的"坪區(qū)"，在排列單毛細(xì)管時(shí)，采用"中間稀疏周圍密集"的排列方式
以保證透鏡焦斑處出現(xiàn)"坪區(qū)"。在增加單毛細(xì)管數(shù)量的基礎(chǔ)上，采用大于2次的多次復(fù)合拉 制工藝，同時(shí)在改變爐溫空間分布的基礎(chǔ)上，讓中間單毛管的材料和周圍單毛細(xì)管的材料不 同，這樣可以保證透鏡有更高的傳輸效率，從而提高透鏡"坪區(qū)"處的功率密度增益。
所述"中間稀疏周圍密集"的排列方式是中間單毛細(xì)管的內(nèi)徑大，外層單毛細(xì)管內(nèi)徑小， 單毛細(xì)管的內(nèi)徑范圍為400-800微米。所述"復(fù)合拉制"是指上述1000根左右單毛細(xì)管通過 拉絲爐拉成一根復(fù)合毛細(xì)管，所述"多次復(fù)合拉制"是指上述1000根左右的復(fù)合毛細(xì)管再進(jìn) 行拉制，從而得到含有較多單毛細(xì)管的復(fù)合毛細(xì)管，再次循環(huán)下去，就可得到含有更多單毛 細(xì)管的毛細(xì)管透鏡。所述"改變爐溫空間分布"是通過改變爐絲的直徑和纏繞的密度來實(shí)現(xiàn) 的，這樣可以通過拉絲爐得到一個(gè)中間溫度低、周圍溫度高的溫度分布，內(nèi)外溫度差要和所
3采用的單毛細(xì)管的材料特點(diǎn)相符合。所述"讓中間單毛管的材料和周圍單毛細(xì)管的材料不同" 是指讓周圍的單毛細(xì)管的玻璃材料更容易傳輸高能X射線，這些玻璃材料可以通過特別配料 而成。
本發(fā)明的有益效果是，"坪區(qū)"毛細(xì)管x射線會聚透鏡可以用于對大氣顆粒物等微小顆粒
進(jìn)行單顆粒分析，由于其焦斑處有一個(gè)"坪區(qū)"，所以可以利用它得到元素特征峰相對強(qiáng)度與
單顆粒在"坪區(qū)"中位置無關(guān)的能譜——單顆粒"指紋"譜。


(以三次復(fù)合拉制為例)
圖1是"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡。 圖2是單毛細(xì)管截面圖。 圖3是一次復(fù)合毛細(xì)管截面圖。 圖4是二次復(fù)合毛細(xì)管截面圖。
圖5是三次復(fù)合毛細(xì)管截面圖("坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡截面圖)。
具體實(shí)施方式
參見圖1，"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡的入口端直徑Z^和出口端直徑A^與其最大截
面的直徑A^相比，前者較?。?坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡入口焦距/和出口焦距/2可 以相等也可以不等；透鏡的長度/根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件而定。
將多根單毛細(xì)管(圖2)放在模型架中固定，然后放在拉絲爐中拉制得到一次復(fù)合毛細(xì)管(圖 3)，將多根一次復(fù)合毛細(xì)管(圖3)放在模型架中固定，然后放在拉絲爐中拉制得到二次復(fù) 合毛細(xì)管(圖4)，將多根二次復(fù)合毛細(xì)管(圖4)放在模型架中固定，然后放在拉絲爐中拉 制得到三次復(fù)合毛細(xì)管(圖5)，即得到了 "坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡(圖5)。
下面給出"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡的實(shí)例08-12-27型"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透 鏡共有375000根單毛細(xì)管構(gòu)成，在沿垂直于透鏡中心線的方向截面上，每根毛細(xì)管的內(nèi)徑大 小不同，在最大橫截面上，外層每根毛細(xì)管的內(nèi)徑約為4微米，中間每根毛細(xì)管的內(nèi)徑約為 7微米，透鏡的長度為80mra，透鏡的入口端直徑、出口端的直徑和最大截面直徑分別為5mm、 6mm和IO腦，在17.4 keV能量點(diǎn)，透鏡入口焦距、出口焦距、"坪區(qū)"處X射線強(qiáng)度分布均 勻度、"坪區(qū)"直徑和功率密度增益分別為83mm、 96mm、 3%、 24和1200。
權(quán)利要求
1. 一種毛細(xì)管X射線光學(xué)器件“坪區(qū)”毛細(xì)管X射線會聚透鏡，它利用多毛細(xì)管將發(fā)散的X射線會聚為帶有“坪區(qū)”的微焦斑，“坪區(qū)”處X射線強(qiáng)度分布均勻度高，且具有較高的功率密度增益。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡，其特征在于"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡是利用X射線在毛細(xì)管中的全反射而對X射線進(jìn)行會聚的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡，其特征在于"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡由20-50萬根單玻璃毛細(xì)管構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡，其特征在于"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡的入口端直徑Z),"和出口端直徑化 ,與其最大截面的直徑Anax相比，前者較??；"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡入口焦距/和出口焦距/2可以相等也可以不等；透鏡的長度/根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件而定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡，其特征在于為了保證毛細(xì)管X射線會聚透鏡的焦斑處存在一個(gè)高功率密度增益的"坪區(qū)"，在排列單毛細(xì)管時(shí)，采用"中間稀疏周圍密集"的排列方式以保證透鏡焦斑處出現(xiàn)"坪區(qū)"。
6. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡，其特征在于在增加單毛細(xì)管數(shù)量的基礎(chǔ)上，采用大于2次的多次復(fù)合拉制工藝，同時(shí)在改變爐溫空間分布的基礎(chǔ)上，讓中間單毛管的材料和周圍單毛細(xì)管的材料不同，這樣可以保證透鏡有更高的傳輸效率，從而提高透鏡"坪區(qū)"處的功率密度增益。
7. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的"坪區(qū)"毛細(xì)管X射線會聚透鏡，其特征在于"坪區(qū)"大小在l-60微米范圍內(nèi)，適用于對0.2-40keV范圍內(nèi)X射線進(jìn)行會聚，"坪區(qū)"處X射線強(qiáng)度分布均勻度在2%-6%范圍內(nèi)，"坪區(qū)"處功率密度增益的數(shù)量級在102 -103范圍內(nèi)。
專利摘要
“坪區(qū)”毛細(xì)管X射線會聚透鏡一種利用X射線全反射原理設(shè)計(jì)的X射線光學(xué)器件，它是利用多毛細(xì)管將發(fā)散的X射線會聚為帶有“坪區(qū)”的微焦斑，“坪區(qū)”處X射線強(qiáng)度分布均勻度高，且具有較高的功率密度增益，“坪區(qū)”的大小在1-60微米范圍內(nèi)，適用于對0.2-40keV范圍內(nèi)X射線進(jìn)行會聚，“坪區(qū)”處X射線強(qiáng)度分布均勻度在2％-6％范圍內(nèi)，“坪區(qū)”處功率密度增益的數(shù)量級在10²-10³范圍內(nèi)。此種器件特別適用于對大氣顆粒物等微小顆粒物進(jìn)行單顆粒分析。
文檔編號G21K1/00GKCN101499327SQ200910119849
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月20日
發(fā)明者劉志國, 孫天希, 科 楊, 滕玥鵬 申請人:北京師范大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan