直線驅(qū)動(dòng)式x射線單色器及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及X射線熒光光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，特別公開一種直線驅(qū)動(dòng)式X射線單色器及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]XRF，即X射線熒光光譜分析(X Ray Fluorescence)。一臺(tái)典型的X射線熒光光譜儀(XRF)由激發(fā)源(X射線管)和探測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。X射線管產(chǎn)生入射X射線(一次X射線)，激發(fā)被測(cè)樣品。受激發(fā)的樣品中的元素會(huì)發(fā)射出二次X射線即特征熒光，并且不同的元素所發(fā)射出的二次X射線具有特定的能量特性和波長(zhǎng)特性。探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量這些放射出來(lái)的二次X射線的能量及強(qiáng)度。
[0003]將光源發(fā)出的光單色化成所需要的單色光的器件稱為單色器，是從光源發(fā)射的波長(zhǎng)連續(xù)的光譜中選擇某一波長(zhǎng)的光的光學(xué)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的單色器由入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件、物鏡和出射狹縫構(gòu)成。其中色散元件是關(guān)鍵部件，作用是將復(fù)合光分解成單色光。入射狹縫用于限制雜散光進(jìn)入單色器，準(zhǔn)直鏡將入射光束變?yōu)槠叫泄馐筮M(jìn)入色散元件。物鏡將出自色散元件的平行光聚焦于出口狹縫。出射狹縫用于限制通帶寬度。
[0004]X射線單色器是利用晶體衍射作用以取得單色X射線束的裝置。目前，用來(lái)將X射線管所發(fā)出的連續(xù)波長(zhǎng)的X射線進(jìn)行單色化的裝置，多為固定式的平面或凹面晶體，晶體是固定不動(dòng)的，每個(gè)裝置只能得到一種波長(zhǎng)的單色X射線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供直線驅(qū)動(dòng)式X射線單色器，其通過(guò)直線驅(qū)動(dòng)控制入射狹縫與彎曲晶體的間距，來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇單色化后的X射線的不同波長(zhǎng)，一套單色器可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)波長(zhǎng)的X射線的單色化。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種直線驅(qū)動(dòng)式X射線單色器的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明提供一種直線驅(qū)動(dòng)式X射線單色器，包括入射狹縫，色散裝置和出射狹縫，其中，所述的色散裝置包括:
[0008]第一軌道，用于彎曲晶體在其上順序移動(dòng)，其起點(diǎn)位置設(shè)有入射狹縫；
[0009]第二軌道，其上設(shè)有出射狹縫，用于出射狹縫在其上順序移動(dòng)，第二軌道的起點(diǎn)位置和彎曲晶體在第一軌道上耦合；
[0010]固定桿，用于固定彎曲晶體，其起點(diǎn)位置固設(shè)有彎曲晶體，另一端與第一支臂、第二支臂親合；
[0011]第一支臂，連接于第一軌道的起點(diǎn)位置與固定桿的端點(diǎn)位置；和
[0012]第二支臂，連接于第二軌道的出射狹縫位置與固定桿的端點(diǎn)位置；
[0013]第一支臂、第二支臂和固定桿在固定桿的端點(diǎn)位置耦合，第一支臂、第二支臂和固定桿的長(zhǎng)度相同，均為彎曲晶體的曲率半徑；
[0014]隨著彎曲晶體在第一軌道上順序移動(dòng)，相對(duì)應(yīng)地，出射狹縫在第二軌道上順序移動(dòng)，并且入射狹縫、彎曲晶體和出射狹縫始終位于以固定桿、第一支臂、第二支臂三者的耦合端為圓心，以彎曲晶體的曲率半徑為半徑的同一虛擬的羅蘭圓上。
[0015]彎曲晶體對(duì)X射線的聚焦式衍射必須同時(shí)滿足羅蘭條件和布拉格衍射條件。羅蘭條件要求入射狹縫、彎曲晶體衍射中心和出射狹縫應(yīng)處在同一個(gè)半徑為R的羅蘭圓上，且R為彎曲晶體的曲率半徑。布拉格衍射條件要求X射線反射應(yīng)服從布拉格公式:
[0016]2d sin Θ = η λ 式(I)
[0017]式(I)中，d為彎曲晶體的晶面間距，單位納米nm ；
[0018]Θ為衍射角，衍射角Θ =入射角θ1=出射角Θ 2；
[0019]η為衍射級(jí)數(shù)，為大于等于I的整數(shù)，一般只考慮η = I ;
[0020]λ為被單色化的X射線波長(zhǎng)，單位納米nm。
[0021]同時(shí)，在羅蘭圓中，存在如下關(guān)系:
[0022]sin θ = N/ (2R)式(2)
[0023]式(2)中，R為羅蘭圓半徑；
[0024]N為入射狹縫A和彎曲晶體點(diǎn)S間的距離。
[0025]將式⑵代入式⑴中，即可得到:
[0026]選擇不同的入射狹縫與彎曲晶體的間距N，可在出射狹縫處獲得不同的單色化后某一定固定波長(zhǎng)λ的X射線，兩者的關(guān)系滿足:
[0027]N = Rn λ /d 式(3)
[0028]式(3)中，N為入射狹縫與彎曲晶體的間距；λ為被單色化的X射線波長(zhǎng)；d為彎曲晶體的晶面間距；n為衍射級(jí)數(shù)，為大于等于I的整數(shù)#為彎曲晶體的曲率半徑，也即是羅蘭圓半徑。
[0029]當(dāng)使用的彎曲晶體的晶面間距為d，羅蘭圓半徑為R時(shí)，如果需要在出射狹縫B處得到波長(zhǎng)為λ的X射線，只需使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到N滿足式(3)中條件即可。
[0030]較佳的，第一軌道上設(shè)有用于帶動(dòng)彎曲晶體順序移動(dòng)的第一滑塊，第一滑塊由第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)；
[0031]第二軌道上設(shè)有用于帶動(dòng)出射狹縫順序移動(dòng)的第二滑塊，第二滑塊由第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)；
[0032]第一電機(jī)和第二電機(jī)保持步調(diào)一致。
[0033]第一電機(jī)和第二電機(jī)保持步調(diào)一致，即可實(shí)現(xiàn)第一支臂、第二支臂及固定桿的長(zhǎng)度均為彎曲晶體的曲率半徑，且第一支臂與固定桿間的夾角、第二支臂與固定桿間的夾角始終保持相等，從而使得入射狹縫、彎曲晶體和探測(cè)器始終位于同一羅蘭圓上。
[0034]優(yōu)選的，所述電機(jī)為直線電機(jī)。
[0035]較佳的，第一軌道上設(shè)有用于帶動(dòng)彎曲晶體順序移動(dòng)的第一滑塊，第一滑塊由第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)；
[0036]第一滑塊上設(shè)有第三支臂，第一滑塊位于第一軌道起點(diǎn)位置與彎曲晶體位置之間，第三支臂的另一端可移動(dòng)地連接于固定桿上，第三支臂在第一滑塊上的固定點(diǎn)至彎曲晶體的距離與第三支臂的長(zhǎng)度相等；
[0037]第二軌道上設(shè)有第四支臂，第四支臂的一端位于第二軌道起點(diǎn)位置與出射狹縫位置之間，第四支臂的另一端可移動(dòng)地連接于固定桿上，第四支臂在第二軌道上的固定點(diǎn)至彎曲晶體的距離與第四支臂的長(zhǎng)度相等；
[0038]第三支臂、第四支臂的長(zhǎng)度相等，且兩者的端點(diǎn)共同耦合于固定桿上。
[0039]優(yōu)選的，第三支臂、第四支臂的端點(diǎn)在固定桿上耦合的位置設(shè)有第三滑塊，用于帶動(dòng)第三支臂、第四支臂的端點(diǎn)在固定桿上順序移動(dòng)。
[0040]優(yōu)選的，所述電機(jī)為直線電機(jī)。
[0041]采用耦合的第三支臂和第四支臂結(jié)構(gòu)，僅需單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)彎曲晶體，并通過(guò)機(jī)構(gòu)力傳導(dǎo)的作用原理，即可實(shí)現(xiàn)同步驅(qū)動(dòng)出射狹縫的功能，以使第一支臂與固定桿間的夾角、第二支臂與固定桿間的夾角始終保持相等，從而使得入射狹縫、彎曲晶體和出射狹縫始終位于同一羅蘭圓上。
[0042]較佳的，彎曲晶體位置設(shè)有彎曲晶體托架，用于承托彎曲晶體，所述彎曲晶體托架與固定桿一體式設(shè)計(jì)或者耦合為一體。
[0043]較佳的，所述第一支臂、第二支臂的長(zhǎng)度為Imm-lOOOmm。
[0044]較佳的，彎曲晶體為L(zhǎng)iF(200)、LiF(220)、Ge(lll)、PET、TAIP、TAM、ADP、KAP、InSb、E.D.D.T、PE、石膏或黃玉。
[0045]較佳的，彎曲晶體為圓柱凹面晶體或球面晶體，對(duì)應(yīng)的，出射狹縫處分別可得到線狀或點(diǎn)狀的光斑。
[0046]本發(fā)明提供上述的直線驅(qū)動(dòng)式X射線單色器在X射線熒光光譜儀、X射線衍射儀等需要單色化X射線的裝置或儀器中的應(yīng)用。
[0047]本發(fā)明的有益效果有:
[0048]1、本發(fā)明的直線驅(qū)動(dòng)式X射線單色器，通過(guò)直線驅(qū)動(dòng)控制入射狹縫與彎曲晶體的間距及彎曲晶體與出射狹縫的間距，來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇單色化后的X射線的不同波長(zhǎng)，一套單色器可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)波長(zhǎng)的X射線的單色化。
[0049]2、本發(fā)明的色散裝置，采用由兩條軌道和相應(yīng)的支臂組成采用等角等距虛擬的羅蘭圓裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，且可實(shí)現(xiàn)彎曲晶體條件下的X射線波長(zhǎng)連續(xù)不間斷衍射分光。
[0050]3、等角等距虛擬的羅蘭圓裝置既可以雙電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，也可以通過(guò)增設(shè)兩條支臂利用力傳導(dǎo)原理節(jié)約為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0051]下面將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0052]圖1為本發(fā)明的直線驅(qū)動(dòng)式X射線單色器的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0053]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)X射線單色器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)X射線單色器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055]圖中，1-第一軌道，2-第二軌道，3-固定桿，4-第一支臂，5-第二支臂，6_第三支臂，7-第四支臂，8-彎曲晶體，9-第一滑塊，10-第二滑塊，11-第三滑塊，12-第一電機(jī)，13-第二電機(jī)。