Способ формирования элемента рентгеновской оптики
METHOD OF FORMING AN ELEMENT OF X-RAY OPTICS

Изобретение относится к научному приборостроению, а именно к области разработки элементов рентгеновской оптики, в частности, к способам изготовления устройств для рассеяния, коллимации и фокусировки потока рентгеновского излучения высокой плотности в широком диапазоне длин волн, в том числе от синхротронных источников нового поколения и лазеров на свободных электронах, может быть использовано для проведения процессов рентгеновской микроскопии, рентгеновской спектроскопии, рентгеновской томографии, а также в физике дифракции, биологии, медицине и других областях науки и техники, где используется интенсивное рентгеновское излучение.
2
3
Из существующего уровня техники известен способ получения элемента рентгеновской оптики, который выполнен из бериллия с конформным наноразмерным защитным покрытием из оксида алюминия AlO (RU 171207 U1, опубл. 24.05.2017). Недостатками данного способа являются дорогостоящий бериллиевый материал и метод атомно-слоевого осаждения защитного слоя оксида алюминия. Формирование пространственно-модулированного рентгеновского пучка можно осуществить с использованием монокристаллических пластин GaAs, Si или Ge, но возникает необходимость в дополнительных средствах регулирования температуры из-за разницы коэффициентов температурного расширения материалов, затвердевшего клеевого слоя и подложки (RU 155934 U8, опубл. 20.10.2015). Использование заявляемого способа на основе мелкозернистого графита и обработки в планетарной шаровой мельнице на несколько порядков удешевляют такой элемент.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому способу является способ изготовления заготовок из мелкозернистого графита (RU 2488554 U, опубл. 27.07.2013). Недостатками этого способа является сложная технология, включающая ступенчатую термообработку, прессование и длительный многочасовый высокотемпературный отжиг.
В заявляемом изобретении элемент рентгеновской оптики выполняют в форме окатыша из мелкозернистого графита методом механохимической обработки в планетарной шаровой мельнице.
Задачей заявляемого изобретения является удешевление способа получения элемента рентгеновской оптики, обладающего заданной структурой и требуемыми свойствами рассеяния и преломления рентгеновского излучения повышенной плотности энергии в широком диапазоне длин волн.
Поставленная задача решается тем, что в способе формирования элемента рентгеновской оптики из мелкозернистого графита согласно изобретению элементы изготавливают из мелкозернистого графита в форме окатыша. Исходный материал в виде кубиков 5×5 мм обрабатывают в планетарной шаровой мельнице в остаточной атмосфере воздуха. При обработке частоту вращения меняют ступенчато от 300 до 600 об/мин с шагом 50 об/мин каждые 20 мин.
Для улучшения рельефа поверхности окатышей к исходному материалу добавляют 6-7 мас. % порошка меламина.
Для увеличения плотности поверхности окатышей к исходному материалу добавляют 8-10 мас. % порошка SiC фракцией 0-100 мкм.
Причем, использование сформированного заявляемым способом элемента рентгеновской оптики, изготовленного с более низкой себестоимостью и трудоемкостью, не понижает рабочие характеристики устройств для управления потоком рентгеновского излучения за счет изменения коэффициента поглощения рентгеновского излучения, увеличения разрешающей способности и широкополостности.
Способ осуществляется следующим образом. Для формирования элемента рентгеновской оптики в планетарную шаровую мельницу загружают мелкозернистый графит МПГ-7, нарезанный кубиками 5×5 мм. Соотношение массы загрузки к массе шаров составляет (8÷10):1. При меньшем соотношении процесс формирования окатышей замедляется, а при большем соотношении окатыши измельчаются и разрушаются. Обработку ведут в остаточной атмосфере воздуха методом ступенчатой механохимической обработки. Частоту обработки изменяют от 300 до 600 об/мин с шагом 50 об/мин каждые 20 мин.
Во втором варианте формирования элемента рентгеновской оптики к исходному материалу добавляют меламин марки RN-M40 Roshal Group 6-7 мас. %. Обработку проводят аналогично первому варианту. В результате получают окатыши с улучшенным рельефом поверхности.
В третьем варианте к исходному материалу добавляют  8-10 мас. % порошка SiC фракцией 0-100 мкм. Обработку проводят аналогично первому варианту. В результате получают окатыши с упрочненной поверхностью увеличенной плотности.
При разработке заявленного способа формирования элемента рентгеновской оптики выполнен анализ влияния патентуемого элемента на микроскопические характеристики рассеяния рентгеновского излучения оптической системой рентгеновской установки, схема которой изображена на Фиг. 1. Показана возможность применения патентуемого элемента в качестве диффузора оптической острофокусной рентгеновской системы. Оптические характеристики системы с патентуемым элементом не ухудшаются и имеют дополнительные качественные характеристики, расширяющие ее рентгенооптические возможности определяющие разрешающую способность в малоугловой области.
Например, образец патентуемого элемента рентгеновской оптики, изготовленного по первому варианту, использовался для получения декогерентных свойств рентгеновского излучения на приведенной рентгеновской установке (Фиг. 1).
На фиг. 2 представлены результаты исследования образца патентуемого элемента, где обозначены 1 - оригинальный профиль интенсивности рассеяния рентгеновского излучения; 2 - профиль интенсивности с патентуемым элементом.
На Фиг. 2. а) показано - микроскопическое изображение; Фиг. 2. б) - распределение интенсивности рассеяния рентгеновского излучения исследуемым образцом.
По результатам можно сделать вывод: патентуемый элемент рентгеновской оптики можно использовать для получения декогерентных свойств оптической системы, так как, несмотря на понижение интенсивности первого интерференционного максимума на 0,5%, происходит сглаживание интерференционного рассеяния в малоугловой области (до первого максимума рассеяния).
Использование заявляемого изобретения позволяет получить элемент рентгеновской оптики, который не снижает рабочие характеристики устройств для управления потоком рентгеновского излучения, но при этом используется дешевый исходный материал и способ формирования элемента. Отсутствие длительного многочасового высокотемпературного отжига и необходимости в прессовании значительно сокращают время и средства.