ЭЛЕМЕНТ РЕНТГЕНОВСКОЙ ОПТИКИ НА ОСНОВЕ БЕРИЛЛИЯ С ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Полезная модель относится к научному приборостроению, а именно к области разработки элементов рентгеновской оптики, выполненных из бериллия, таких как рентгеновские окна, диски, оптические зеркала и линзы.
Металлический бериллий, благодаря своему малому атомному номеру, является наиболее прозрачным для рентгеновского излучения твердым материалом в нормальных условиях. Благодаря этому он активно используется для изготовления вакуумно-плотных окон, зеркал и составных преломляющих линз для рентгеновского излучения, установленных на источниках синхротронного излучения и лазерах на свободных электронах. Под воздействием высокоинтенсивного рентгеновского ионизирующего излучения происходит окисление бериллия элементов рентгеновской оптики, которое приводит к изменению рентгенооптических свойств. Оксид бериллия является высокотоксичным для человека. Эти проблемы решаются путем помещения бериллиевой оптики в вакуум, а также постоянным охлаждением и/или обдувом инертными газами.
Из патента Германии №19528329 на изобретение (опубликован 10.12.2009) известны элементы рентгеновской оптики, выполненные из бериллия, с защитным покрытием, состоящим из, по меньшей мере, одного компонента, выбранного из группы, состоящей из оксида кремния, нитрида кремния, карбида кремния и аморфного углерода, нанесенным физическим методом осаждения или химическим методом осаждения из газовой фазы.
Недостатком указанного изобретения является значительная толщина защитного покрытия от 300 до 500 нм, которая может приводить к существенным искажениям рентгеновского излучения после элемента рентгеновской оптики в форме. Недостатком является также высокое содержание водорода, что приводит к нестабильности защитных покрытий при длительном воздействии рентгеновского излучения. Кроме того, использованные в изобретении методы осаждения не позволяют достичь конформного осаждения на объектах сложной формы, к которым относятся, например, составные преломляющие линзы.
2
3
Технический результат, на получение которого направлена полезная модель, заключается в выполнении элемента рентгеновской оптики с конформным наноразмерным защитным покрытием из оксида алюминия AlO без содержания водорода, которое не приводит к искажениям рентгеновского излучения по сравнению с аналогичным элементом рентгеновской оптики, выполненным без такого покрытия.
Технический результат достигается в полезной модели, в виде оптического элемента рентгеновской оптики, выполненного из бериллия, отличающегося тем, что его поверхность выполнена с защитным слоем из оксида алюминия толщиной из диапазона 10-200 нм, нанесенным методом атомно-слоевого осаждения.
Одним из вариантов реализации полезной модели является окно из бериллия для рентгеновской оптики.
Другим вариантом реализации полезной модели является двояковогнутая параболическая линза из бериллия для рентгеновской оптики.
2
3
На фиг.1 приведено сечение окна из бериллия для рентгеновской оптики, выполненного с защитным покрытием из оксида алюминия AlO.
2
3
На фиг.2 приведено сечение двояковогнутой параболическая линза из бериллия, выполненной с защитным покрытием из оксида алюминия AlO.
2
3
Полезная модель может осуществляться следующим образом. Из бериллия изготавливают элемент рентгеновской оптики в форме окна 1, на его поверхность методом атомно-слоевого осаждения наносят защитный слой 2 оксида алюминия AlO контролируемой толщины в диапазоне 10-200 нм. Указанный метод нанесения обеспечивает конформность нанесенного покрытия.
2
3
Полезная модель также может осуществляться следующим образом. Из бериллия изготавливается элемент рентгеновской оптики в форме двояковогнутой параболической линзы 3, на его поверхность методом атомно-слоевого осаждения наносят защитный слой 4 оксида алюминия AlO контролируемой толщины в диапазоне 10-200 нм. Указанный метод нанесения обеспечивает конформность нанесенного покрытия.
Элементы рентгеновской оптики 1 и 3 с защитными слоями 2 и 4 были протестированы под мощным синхротронным излучением Европейского источника синхротронного излучения ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) в различных условиях (экстремальных для бериллиевой оптики).
Исследования изготовленных из бериллия элементов рентгеновской оптики (окна 1 и двояковогнутой параболической линзы 3) в потоках рентгеновского излучения высокой интенсивности до и после нанесения защитных слоев 2 и 4 показали высокую рентгеногомогенность и полное отсутствие искажений, в том числе, в виде появления паразитных спеклов, изменения когерентности, однородности и плотности потока или его расходимости.
2
3
С помощью метода рентгеновский рефлектометрии была проведена проверка защитных покрытий 2 и 4 по следующим параметрам: толщина, плотность и шероховатость. Был определен диапазон толщин защитных покрытий 2 и 4, который позволяет покрытию выполнять свои защитные функции, но не вносит изменений в функциональные свойства покрываемого объекта 1 или 3. Контроль плотности напыляемого материала показал, что напыляемый материал соответствует плотности AlO и не содержит каких-либо примесей, вызывающих ее отклонение, которые могли бы в последствии привести к взаимодействию и способствовать разрушению защитных слоев 2 и 4. Измерения шероховатости напыляемых покрытий 2 и 4 показали равномерность защитных покрытий 2 и 4 по всей площади и отсутствие каких-либо дефектов, которые могли бы привести к разрушению защитных покрытий 2 и 4 в процессе эксплуатации.
2
3
Таким образом, достигнут технический результат, на получение которого направлена полезная модель, создан элемент рентгеновской оптики с конформным наноразмерным защитным покрытием из оксида алюминия AlO без содержания водорода, которое не приводит к искажениям рентгеновского излучения по сравнению с аналогичным элементом рентгеновской оптики, выполненным без такого покрытия.