УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ КОЛЛИМИРОВАННОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ПУЧКА

Полезная модель относится к области рентгенотехники и может быть использована для формирования пучка рентгеновского излучения.
Предварительная подготовка и формирование высококогерентных, монохроматических, коллимированных пучков рентгеновского излучения позволяет полноценно реализовать возможности современных рентгеновских методов исследования, к которым относятся, например, методы Фурье оптики, малоуглового рассеяния, дифракции, фазово-контрастной микроскопии и интерферометрии. При этом одной из наиболее востребованных задач формирования пучка является изменение его поперечных размеров при сохранении когерентности.
A
eff
Известно устройство в виде составной параболической линзы по патенту США №US6718009 (опубликован 04.06.2004), которое может использоваться для создания расходящегося пучка за фокусом, при этом сохраняя когерентные свойства исходного, преобразуемого пучка. Составная преломляющая параболическая линза способна эффективно захватить падающий на нее пучок с поперечным размером, определяемым эффективной апертурой линзы , которая может быть оценена по следующей формуле:
д -
в -
F -
л -
N.A.
где  декремент показателя преломления материала, из которого изготовлена составная преломляющая линза,  параметр характеризующий поглощение материала линзы, фокусное расстояние составной преломляющей линзы,  длина волны рентгеновского излучения. При этом угловая апертура линзы ,характеризующая поперечный размер рентгеновского пучка на расстоянии один метр от ее фокуса может быть оценена следующим образом:
Приведенные выражения показывают, что длиннофокусная составная преломляющая линза, способна эффективно захватить подающий пучок с большим поперечным размером, однако при этом угловая апертура такой линзы мала. Уменьшение фокуса приводит к увеличению угловой апертуры, при этом эффективная апертура линзы заметно уменьшается. Таким образом, короткофокусная линза с приемлемой угловой апертурой, имеет малую эффективную апертуру, в большинстве случаев не позволяющую полностью захватить падающий рентгеновский пучок.
Недостатками известного решения является низкая эффективность и небольшая угловая апертура, которые связаны со значительным поглощением излучения в материале линз.
Технический результат, на который направлена полезная модель, создание расширителя рентгеновского пучка, который позволяет эффективно преобразовать широкий падающий узконаправленный пучок, в расходящийся пучок, необходимый для некоторых рентгеновских методов исследования, с сохранением его когерентных свойств.
Технический результат достигается в устройстве, которое представляет собой массив из рентгеновских параболических преломляющих линз, примыкающих друг к другу, объединенных в направлении перпендикулярном рентгеновскому пучку.
В одном из вариантов исполнения массив из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнен одномерным, в виде отдельных рентгеновских параболических линз или составных параболических линз, примыкающих друг к другу в направлении, перпендикулярном рентгеновскому пучку.
В одном из вариантов исполнения массив из рентгеновских параболических преломляющих линз выполнен двумерным, в виде отдельных рентгеновских параболических линз или составных параболических линз, примыкающих друг к другу в плоскости, перпендикулярной рентгеновскому пучку.
Предпочтительно выполнение взаимного расположения и количества линз массива из рентгеновских параболических преломляющих линз такими, чтобы физическая входная апертура устройства совпадала с поперечными размерами преобразуемого пучка или превышала их.
Предпочтительно размещать отдельные составные линзы как можно ближе друг к другу, при этом предпочтительно, чтобы физическая апертура каждой линзы совпадала с размером ее эффективной апертуры.
Предпочтительно выполнение каждой составной линзы с фокусным расстоянием таким, чтобы ее угловая апертура была как можно больше.
В одном из вариантов исполнения в состав массива включены составные преломляющие линзы с разным фокусным расстоянием, для формирования специального профиля интенсивности расходящегося пучка.
В одном из вариантов исполнения составные преломляющие линзы в составе массива выполнены двумерными и/или одномерными (цилиндрическими).
Предпочтительно выполнение устройства из рентгенопрозрачных материалов, например из бериллия Be, или алюминия Al, или кремния Si, или никеля Ni, или углерода C (например, алмаза), или из полимеров, таких как SU8, PMMA, ORMOCOMP.
d
d
z
0
На фиг.1 показана оптическая схема способа увеличения размера коллимированного рентгеновского пучка, где 1 – падающий пучок рентгеновского излучения (поперечный размер ), 2 – расширитель пучка, 3 – расширяющийся рентгеновский пучок (поперечный размер , на расстоянии  от положения фокуса составных преломляющих линз).
На фиг.2 показан пример реализации полезной модели 4 – отдельная составная параболическая линза в составе массива составных параболических линз.
Полезная модель может быть реализована в устройстве, которое представляет собой массив 2 из составных рентгеновских параболических преломляющих линз 4, расположенных вплотную друг к другу так, что поперечный размер расширителя превышает или равен поперечному размеру расширяемого рентгеновского пучка.
L
z
F
z
F
d
z
0
0
Полезная модель работает следующим образом. Слаборасходящийся рентгеновский пучок 1, распространяющийся от источника синхротронного излучения (или предварительно коллимированный пучок), проходя через расширитель 2 разделяется на несколько меньших (в поперечном направлении) пучков, каждый из которых фокусируется на расстоянии  = /( +) от устройства. Относительное расположение сфокусированных пучков соответствует взаимному расположению отдельных составных преломляющих линз входящих в состав расширителя 2 пучка 1. За фокусом сформированные пучки расходятся, образуя расширяющиеся в поперечном направлении пучок 3. При этом образующийся пучок 3 имеет туже угловую апертуру, что и отдельная составная преломляющая линза 4, входящая в состав расширителя 2 пучка 1, однако эффективность предлагаемого устройства значительно выше из-за одновременного использования нескольких составных преломляющих линз позволяющих полностью захватить более широкий падающий на них пучок 1. Поперечный размер  увеличенного пучка рассматриваемого на расстоянии  от положения фокуса составных преломляющих линз, можно оценить как произведение угловой апертуры отдельной составной параболической линзы из состава массива на это расстояние.
Таким образом, достигается технический результат, в виде создания расширителя рентгеновского пучка, который позволяет эффективно преобразовать широкий падающий узконаправленный пучок, в расходящийся пучок, необходимый для некоторых рентгеновских методов исследования, с сохранением его когерентных свойств.