РЕНТГЕНОВСКИЙ ПЛАНАРНЫЙ АКСИКОН

Полезная модель относится к области рентгенотехники и может быть использована для формирования пучка рентгеновского излучения.
Существует ряд практических задач, требующих специальных периодически модулированных рентгеновских пучков, для освещения периодических объектов, например, кристаллов, многослойных и поверхностных структур, а также, для исследования структур, изучаемых в области медицинских и биологических приложений.
В видимой области спектра известны интерференционные оптические элементы и схемы, которые за счет отражения и/или преломления преобразуют падающее электромагнитное излучение, характеризующееся высокой степенью пространственной когерентности, в набор периодически модулированных пучков, в отличие от линзы, которая изображает такой точечный источник в точку. Это оптические элементы, выполняющиеся из оптически прозрачных материалов, и представляющие собой набор различных призм, клиньев и зеркал. Одним из таких элементов является бипризма Френеля, осуществляющая двухлучевую интерференцию.
Недостатком таких устройств является невозможность их применения для рентгеновской области спектра из-за слабого эффекта преломления и отражения рентгеновских лучей.
Известны устройства для формирования рентгеновских периодически модулированных пучков на основе дифракционных решеток и структур. В зависимости от созданной дифракционной структуры, такие устройства, например, могут за счет интерференции создавать пучки с различным периодическим поперечным распределением максимумов и минимумов интенсивности.
Недостатком таких устройств является дискретность поверхностных структур, а также сложность их изготовления. Кроме того, они могут работать лишь в ограниченном узком диапазоне энергий, обусловленном структурой его поверхности, рассчитанной для заранее определенной длины волны.
Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является создание устройства простой конструкции, способного формировать пучок рентгеновского излучения в широком диапазоне длин волн, представляющий собой в поперечном сечении периодическое распределение интерференционных полос.
Технический результат достигается в устройстве, изготовленном из прозрачного в рентгеновской области материала, которое представляет собой плоскую пластину рентгенопрозрачного материала, выполненную, по крайней мере, с одной полостью, расположенной в плоскости пластины и выполненной в форме клина.
В случае выполнения устройства с несколькими полостями, они выполняются расположенными соосно.
В одном из вариантов исполнения полезной модели, по крайней мере, с двумя полостями, выполненными в форме клина, они выполнены обращенными основаниями друг к другу, и образуют единую полость.
В случае выполнения устройства с двумя полостями, обращенными вершинами друг к другу предпочтительно выполнять его с расстоянием между полостями намного меньшим, чем длина затухания электромагнитной волны в материале из которого изготовлено устройство.
В одном из вариантов исполнения полезной модели, по крайней мере, одна полость, выполнена с плоскими гранями.
В одном из вариантов исполнения полезной модели, по крайней мере, одна полость, выполнена форме параболического клина.
Предпочтительно изготавливать устройство из материала, характеризующегося большим декрементом показателя преломления и малым коэффициентом поглощения рентгеновского излучения, например из бериллия Be, алюминия Al, кремния Si, никеля Ni, углерода C (например, алмаза), из полимеров SU8, PMMA или ORMOCOMP.
Предпочтительно выполнение устройства с физической апертурой, превышающей эффективную апертуру, при которой увеличение физической апертуры практически не влияет на сформированное амплитудно-фазовое распределение рентгеновского пучка.
В случае исполнения полезной модели с одной полостью, она выполнена в форме клина с плоскими гранями или параболического клина.
В случае исполнения полезной модели с двумя и более полостями, они выполнены в форме клина с плоскими гранями и/или в форме параболического клина.
На фиг.1 приведено поперечное сечение планарного рентгеновского аксикона с полостью, выполненной в форме клина. А – физическая апертура устройства, α – угол при вершине клина, образующего полость, а – ширина, b – длина пластины рентгенопрозрачного материала.
На фиг.2 приведено поперечное сечение рентгеновского аксикона с двумя полостями, выполненными в форме клина. А – физическая апертура устройства, α – угол при вершине клина с плоскими гранями, а – ширина, b – длина пластины рентгенопрозрачного материала, образующего полость, р – расстояние между вершинами клиньев, образующих полости.
На фиг.3 приведено поперечное сечение рентгеновского аксикона с полостью, выполненной в форме параболического клина. Штриховой линией показаны параболы, образующие поверхность полости. А – физическая апертура устройства, R –радиус кривизны параболы, образующей поверхность полости, d – сдвиг оси этой параболы относительно оси параболического клина, а – ширина, b – длина пластины рентгенопрозрачного материала.
На фиг.4 приведено поперечное сечение рентгеновского аксикона с двумя полостями, выполненными в форме параболического клина. Штриховой линией показаны параболы, образующие поверхность полости. А – физическая апертура устройства, R –радиус кривизны параболы, образующей поверхность полости, d – сдвиг оси этой параболы относительно оси параболического клина, а – ширина b – длина пластины рентгенопрозрачного материала, образующего полость, р – расстояние между вершинами клиньев, образующих полости.
На фиг.5 приведен вид составного планарного аксикона, содержащего 6 преломляющих клиньев. Цифрами и штриховыми линиями выделены участки составного планарного аксикона, содержащие две (2), одну (1) и три (3) преломляющие поверхности в форме клиньев.
На фиг.6 приведен вид составного планарного параболического аксикона, содержащего 6 преломляющих параболических клиньев. Штриховой линией показаны параболы, образующие поверхность полости. Вертикальными штриховыми линиями выделены участки составного планарного аксикона, содержащие две, одну и три преломляющие поверхности в форме параболических клиньев.
Полезная модель действует следующим образом.
При выполнении полости в рентгенопрозрачном материале в форме клина с плоскими гранями, за счет преломления на границе полости и рентгенопрозрачного материала в котором эта полость образована, падающий плоский Гауссов рентгеновский пучок преобразуется за счет интерференции в пучок, поперечное сечение которого представляет собой периодически распределенные в пространстве интерференционные полосы, ширина которых зависит от количества преломляющих поверхностей, а также угла раствора клина α. Протяженность области распространения интерференционного пучка также определяется количеством преломляющих поверхностей, и углом раствора клина α. Поперечное распределение интенсивности, за аксиконом, имеет неизменный размер по ширине формируемой яркой полосы. С увеличением расстояния z за область интерференции пучков преломленных на гранях клиньев, интенсивность перераспределяется в две широкие расходящиеся полосы.
При выполнении полости в рентгенопрозрачном материале в форме параболического клина, за счет преломления на границе полости и рентгенопрозрачного материала, в котором эта полость образована, падающее излучение преобразуется как параболической, так и конусной составляющими поверхности.
Исходя из соображений геометрической оптики, рентгеновский планарный параболический аксикон фокусирует падающее излучение падающий плоский Гауссов пучок в две узкие сфокусированные полосы с расстоянием между ними равным 2d, на расстоянии f от него. Величина f соответствует фокусному расстоянию планарной параболической рентгеновской преломляющей линзы, имеющей радиус кривизны R. Толщина сфокусированных полос ограничивается дифракционным пределом. С увеличением расстояния z, расстоянием между полосами линейно увеличивается, а их толщина размывается. Кроме того, падающий когерентный рентгеновский пучок, проходя через рентгеновский планарный параболический аксикон, образует область интерференции, расположенную между центром преломляющей поверхности и фокусом. В этой области рентгеновский планарный параболический аксикон формирует, масштабно уменьшающуюся с расстоянием z, интерференционную картину полос, период которых уменьшается при удалении от преломляющей поверхности.
Возможно также последовательное расположение планарных аксиконов одинаковой или различной конструкции.
Составной рентгеновский планарный аксикон с плоскими гранями преобразует падающий рентгеновский Гауссов пучок в пучок, поперечное сечение которого представляет собой периодически распределенные в пространстве интерференционные полосы, ширина которых зависит от параметров используемых оптических элементов. Поперечное распределение интенсивности, за аксиконом, имеет в ограниченной области неизменный размер. С увеличением расстояния z за формируемой областью интерференции, интенсивность перераспределяется в две широкие расходящиеся полосы. Комбинация различных рентгеновских планарных аксиконов, варьирование их числа, а также толщины и/или числа пластин позволяют гибко изменять параметры структуры интерференционных полос.
Составной рентгеновский планарный параболический аксикон преобразует падающий плоский Гауссов пучок в рентгеновский пучок, поперечное сечение которого представляет собой периодически распределенные в пространстве интерференционные полосы, ширина которых зависит от параметров используемых оптических элементов, а также от расстояния, на котором они наблюдаются. Ширина полос уменьшается по мере отдаления от устройства. Комбинация различных рентгеновских планарных аксиконов с плоскими гранями, рентгеновских планарных параболических аксиконов и рентгеновских планарных параболических линз, а также варьирование их числа позволяют гибко изменять параметры структуры интерференционных полос, а также положение формируемых на фокусном расстоянии двух сфокусированных полос.
Таким образом, достигается технический результат, на получение которого направлена полезная модель, в виде создания устройства простой конструкции, способного формировать рентгеновский пучок в широком диапазоне длин волн, который в поперечном сечении представляет собой периодическое распределение интерференционных полос.