ФОРМИРОВАТЕЛЬ НАБОРА РЕНТГЕНОВСКИХ МИКРОПУЧКОВ

Полезная модель относится к области рентгенотехники и может быть использована для формирования набора пучков рентгеновского излучения.
Существует ряд практических задач требующих специальных наборов независимых рентгеновских микропучков, для специального освещения биологических объектов.
Известно устройство для формирования специальных наборов независимых рентгеновских микропучков, по патенту на изобретение США №6718009 (опубликован 2004-04-06) состоящее из нескольких рентгеновских микролинз параболической или цилиндрической формы, получаемых методом экструзии.
Недостатком известного устройства является то, что в каждой микролинзе формируется сходящийся пучок, имеющий минимальный размер в фокусе микролинзы.
Известно устройство для формирования специальных наборов независимых рентгеновских микропучков в виде многощелевого коллиматора (E. Bräuer-Krisch, H. Requardt, T. Brochard, G. Berruyer, M. Renier, J. A. Laissue, and A. Bravin, «New technology enables high precision multislit collimators for microbeam radiation therapy», Review of Scientific Instruments 80, 074301 (2009) 6 стр)
Получаемые в устройстве микропучки представляют собой переодические полосы, ширина которых составляет десятки микрон. Кроме того, получаемые полосы расширяются с увеличением расстояния до коллиматора, ввиду наличия дифракционных эффектов.
Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является создание устройства простой конструкции, способного формировать набор независимых рентгеновских микропучков в широком диапазоне длин волн.
Технический результат достигается в устройстве, изготовленном из прозрачного в рентгеновской области материала, которое представляет собой пластину рентгенопрозрачного материала, на одной из сторон которой выполнены, не менее чем две осесимметричные полости конической формы с несовпадающими осями.
Предпочтительно осесимметричные полости выполнены конической формы, описываемой уравнением в цилиндрической системе координат:
<mrow><mi>z</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>φ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>cot</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>α</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>r</mi></mrow>
,
где ось z направлена вдоль оптической оси, r - радиальная координата, α - угол в вершине конуса и/или в виде параболического конуса, описываемого уравнением в цилиндрической системе координат:
<mrow><mi>z</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>r</mi><mo>,</mo><mi>φ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi></mrow></mfrac><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mfrac><mi>d</mi><mi>R</mi></mfrac><mi>r</mi></mrow>
,
где ось z направлена вдоль оптической оси, r - радиальная координата, R – радиус кривизны в вершине параболы, образующей поверхность полости, а d – сдвиг оси этой параболы относительно оси параболического конуса.
Предпочтительно изготавливать устройство из материала, характеризующегося большим декрементом показателя преломления и малым коэффициентом поглощения, например, из бериллия Be, алюминия Al, кремния Si, никеля Ni, углерода C (например, алмаза), из полимеров SU8, PMMA или ORMOCOMP
Предпочтительно выполнение устройства с круглой физической апертурой каждой полости, превышающей эффективную апертуру, при которой увеличение физической апертуры практически не влияет на сформированное амплитудно-фазовое распределение рентгеновского пучка.
Предпочтительно выполнение устройства в форме периодической двумерной структуры в виде матрицы n x m полостей конической формы.
Предпочтительно выполнение соседних полостей без перекрытия.
На фиг.1 приведены вид сверху и поперечное сечение формирователя набора рентгеновских пучков в виде матрицы n x m с одинаковыми полостями, выполненными в форме конуса. А – физическая апертура конической полости, α – угол при вершине конуса, образующего полость, b – толщина пластины рентгенопрозрачного материала, Т – расстояние между осями соседних конических полостей. Поперечное сечение выполнено по плоскости, в которой расположены оси симметрии m полостей матрицы.
Действие одной конической полости, описывается преобразованием падающего плоского Гауссова пучка в длинный осевой отрезок, длина и толщина которого зависит от угла раствора конуса α. Толщина осевого отрезка остается неизменным на всем его протяжении. Поперечное распределение интенсивности описывается функцией Бесселя первого рода нулевого порядка. С увеличением расстояния z, интенсивность из осевого отрезка перераспределяется в широкое расходящееся кольцо.
Каждая полость в виде параболического конуса фокусирует падающий плоский Гауссов пучок в кольцо с радиусом d, на расстоянии f от него. Величина f соответствует фокусному расстоянию параболической рентгеновской преломляющей линзы, имеющей радиус кривизны R. Ширина кольца ограничивается дифракционным пределом, а угловая зависимость в распределении интенсивности отсутствует, в силу осевой симметрии рассматриваемой оптической схемы. С увеличением расстояния z, радиус кольца линейно увеличивается, а его границы размываются. Кроме того, падающий когерентный рентгеновский пучок, проходя через рентгеновский параболический аксикон, образует область интерференции, расположенную между центром преломляющей поверхности и фокусом. В этой области рентгеновский параболический аксикон формирует, масштабно уменьшающийся с расстоянием z, яркий сходящийся осевой отрезок. Поперечное распределение интенсивности, формируемое осевым отрезком, описывается функцией Бесселя первого рода нулевого порядка.
Действие каждой полости не зависит от соседних полостей. Таким образом, Формирователь набора рентгеновских микропучков преобразует падающее рентгеновское излучение в набор или, при соответствующем расположении конических полостей, в матрицу n × m независимых микропучков.
Таким образом, достигается технический результат, на получение которого направлена полезная модель, в виде создания устройства простой конструкции, способного формировать набор независимых рентгеновских микропучков в широком диапазоне длин волн.