УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО АБСОРБЦИОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

Полезная модель относится к области исследования или анализа материалов с помощью рентгеновского излучения, а именно к абсорбционной спектрометрии и может быть использована в физическом приборостроении, рентгеноструктурном анализе, в нефтегазовой промышленности и в медицинской технике.
Известно устройство рентгеновского абсорбционного спектрального анализа [Д.И. Кочубей, «EXAFS-спектроскопия катализаторов», ВО "Наука" Новосибирск, 1992, С.83], которое содержит расположенные на одной оптической оси источник синхротронного излучения, входной коллиматор, формирующий пучок рентгеновского излучения и первый кристалл двухкристального монохроматора. Выходной коллиматор, мониторирующая ионизационная камера, исследуемый образец, ионизационная камера полного поглощения расположены на одной оптической оси со вторым кристаллом двухкристального монохроматора, параллельной первой оси. Детектор флуоресценции расположен перпендикулярно исследуемому образцу. Кристаллы двухкристального монохроматора механически связаны с шаговыми двигателями, которые обеспечивают их перемещение. Блоки приводов шаговых двигателей, блоки регистрации ионизационных камер и детектора флуоресценции связаны с ЭВМ.
Это устройство предназначено для работы на пучках синхротронного излучения, что ограничивает его использование - только в синхротронных центрах.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для рентгеновского абсорбционного спектрального анализа [рекламный проспект устройства UNIVERSITY М8 компании ООО «Метрологический канал ВУФ и МРИ»]. В качестве источника излучения в этом устройстве использована рентгеновская трубка, напротив выходного окна которой установлен входной коллиматор, формирующий пучок рентгеновского излучения. На оси распространения пучка излучения в держателях гониометра типа θ-2θ установлены объект исследования и два кристалла-монохроматора. Держатели механически связаны с двигателями гониометра. С каждым кристаллом-монохроматором связан сцинтилляционный детектор, ориентируемый к кристаллу под углом Брэгга. Между объектом исследования и кристаллами-монохроматорами установлен выходной коллиматор. За кристаллами-монохроматорами на оси распространения недифрагированного пучка расположен поглотитель.
В этом устройстве использованы стандартные кристаллы-монохроматоры, которые лишь частично отражают соответствующую энергетическую линию падающего пучка излучения в направлении дифракции. Часть же излучения не дифрагирует и, проходя не отклоняясь, остается в немонохроматизированном пучке. Как следствие, часть потенциально полезного сигнала теряется.
Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств для абсорбционного спектрального анализа вещества.
Предложенное устройство для рентгеновского абсорбционного спектрального анализа также, как в прототипе, содержит расположенные на одной оптической оси источник рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки, коллиматор, монохроматор и поглотитель, установленный на основании гониометрической приставки, причем объект исследования, монохроматор и блок детектирования размещены на держателях гониометрической приставки, двигатели которой механически связаны с держателями.
В отличие от прототипа в качестве коллиматора использован двухщелевой коллиматор, в качестве монохроматора выбран акустомонохроматор, установленный на первом держателе гониометрической приставки, на втором держателе которой размещены объект исследования и блок детектирования. Акустомонохроматор через усилитель электрического сигнала подключен к широкополосному генератору электромагнитных колебаний. Источник рентгеновского излучения, двигатели гониометрической приставки, широкополосный генератор электромагнитных колебаний и блок детектирования подключены к компьютеру.
За счет использования акустомонохроматора в предложенном устройстве реализован эффект полной переброски рентгеновского излучения в направлении дифракции [Мкртчян А.Р., Навасардян М.А., Габриелян Р.Г. и др. Полное зеркальное отражение излучения ангстремных длин волн на ультразвуковой сверхрешетке в случае Лауэ-геометрии // Письма в ЖТФ. - 1983. - Т.9. - В.11. - С.1181], так как акустомонохроматор позволяет отражать энергетическую линию в направлении дифракции практически полностью, в отличие от обычных кристаллических монохроматоров, в которых значительная часть энергетической линии излучения не отклоняется в направление дифракции. Это позволяет увеличить интенсивность дифрагированного излучения и, как следствие, полезный сигнал регистрируемый блоком детектирования.
Таким образом, предлагаемое устройство для рентгеновского абсорбционного спектрального анализа по сравнению с прототипом обладает большей светосилой и быстродействием.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для рентгеновского абсорбционного спектрального анализа.
Устройство для рентгеновского абсорбционного спектрального анализа содержит расположенные на одной оптической оси источник рентгеновского излучения 1 (ИИ) на основе рентгеновской трубки, двухщелевой коллиматор 2 (ЩК), акустомонохроматор 3 (АМ), установленный на держателе (на фиг.1 не показан) гониометрической приставки 4 (ГП) и поглотитель 5, установленный на основании гониометрической приставки.
За акустомонохроматором 3 (АМ) по направлению дифракции на втором держателе (на фиг.1 не показан) гониометрической приставки 4 (ГП) установлен объект исследования 6 и блок детектирования 7 (БД). Держатели механически связаны с двигателями (на фиг.1 не показаны) гониометрической приставки 4 (ГП).
Акустомонохроматор 3 (АМ) через усилитель электрического сигнала 8 (УС) подключен к широкополосному генератору электромагнитных колебаний 9 (ШГ). Источник рентгеновского излучения 1 (ИИ), двигатели гониометрической приставки 4 (ГП), широкополосный генератор электромагнитных колебаний 9 (ШГ) и блок детектирования 7 (БД), подключены к компьютеру 10 (ПК) через соответствующие драйверы управления.
В качестве источника излучения 1 (ИИ) может быть использована рентгеновская трубка типа БСВ-29. Двухщелевой коллиматор 2 (ЩК) представляет собой пару свинцовых пластин с прорезанными в них щелями. Пластины установлены так, чтобы щели были параллельны друг другу и перпендикулярны направлению распространения пучка рентгеновского излучения. Акустомонохроматор 3 (АМ) выполнен по патенту АМ 2719 А, G21K 1/00, опубл. 25.02.2013. Поглотитель 5 представляет собой сплошную свинцовую пластину с углублением в центральной части. Блок детектирования 7 (БД) может быть исполнен на основе энергодисперсионного детектора рентгеновского излучения БДЕР-КИ-11К и спектрометрического тракта, собранного в стандарте «ЕВРОМЕХАНИКА» из модулей УИС-04, БНВ-07, БНН-03 и БПА-02 производства ЗАО НПЦ «АСПЕКТ» (г.Дубна). В качестве гониометрической 4 (ГП) приставки может быть использован гониометр типа θ-2θ, например, ГУР-8. В качестве усилителя электрического сигнала 8 (УС) может быть выбран усилитель ВВА100 фирмы Rohde & Schwarz. В качестве широкополосного генератора электромагнитных колебаний 9 (ШГ) может быть использован генератор WW5061 производства Tabor Electronics Ltd. с рабочим частотным диапазоном от 0,1 мГц до 25 МГц.
Рентгеновское излучение от источника излучения 1 (ИИ) проходит через двухщелевой коллиматор 2 (ЩК). Сколлимированный пучок рентгеновского излучения со сплошным спектром проходит через акустомонохроматор 3 (АМ), часть пучка не удовлетворяющая условию Брэгга поглощается поглотителем 5, а другая часть отклоняется в направлении дифракции. Пучок монохроматического рентгеновского излучения пропускают через объект исследования 6 и регистрируют блоком детектирования 7 (БД). С помощью шаговых двигателей гониометрической приставки 4 (ГП) одновременно поворачивают держатель с установленным на нем акустомонохроматором 3 (АМ) и держатель с установленными на нем объектом исследования 6 и блоком детектирования 7 (БД), при этом энергия излучения, которое проходит через объект исследования 6, меняется в соответствии с законом Брэгга, а блок детектирования 7 (БД) записывает спектрометрическую информацию, представляющую собой зависимость интенсивности прошедшего излучения от его энергии. Широкополосный генератор электромагнитных колебаний 9 (ШГ) генерирует электрический сигнал, который усиливается усилителем электрического сигнала 8 (УС) и подается на акустомонохроматор 3 (АМ), возбуждая в нем акустическое поле. Компьютер 10 (ПК) при помощи набора программ осуществляет управление параметрами источника рентгеновского излучения 1 (ИИ), двигателями гониометрической приставки 4 (ГП), параметрами акустического поля в акустомонохроматоре 3 (АМ), создаваемыми широкополосным генератором электромагнитных колебаний 9 (ШГ), сбором и записью спектрометрической информации блоком детектирования 7 (БД).
По резонансным провалам интенсивности из полученной блоком детектирования 7 (БД) зависимости интенсивности прошедшего излучения от его энергии определяют состав и концентрацию вещества в объеме объекта исследования 6. Состав вещества определяют по положению провалов на энергетической шкале, а концентрацию по зависимости коэффициента поглощения от концентрации вещества в объеме объекта исследования 6.