CZ301342B6 - Systém pro úpravu rentgenových paprsku - Google Patents

Abstract

Systém pro úpravu rentgenových paprsku obsahuje zdroj rentgenových paprsku pro generování svetelného svazku rentgenových paprsku, dopadajícího na Kirkpatrick-Baezovu optiku (16) typu vedle sebe, mající vícevrstvé Braggovy odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsku. Odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsku jsou usporádány vedle sebe pod úhlem 90.degree. pro odrážení svazku rentgenových paprsku od techto odrazových ploch (18a, 18b) ve dvou smerech pro nezávislé vytvárení upraveného svazku rentgenových paprsku pro pusobení na príslušnou strukturu. Vícevrstvé Braggovy odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsku mají bocne odstupnovanou vzdálenost d.

Description

Systém pro úpravu rentgenových paprsků

Oblast techniky

Vynález se týká optiky rentgenových paprsků. Zejména se předmět tohoto vynálezu týká zdokonaleného optického systému na úpravu, usměrňování, zaostřování nebo kolimaci ěi clonění rentgenových paprsků. Předmětný systém pro úpravu rentgenových paprsků obsahuje zdroj rentgenových paprsků pro generování světelného svazku rentgenových paprsků, dopadajícího na Kirkio patři ck-Baezovu optiku typu vedle sebe, mající vícevrstvé Braggovy odrazové plochy rentgenových paprsků.

Dosavadní stav techniky

Existuje celá řada uplatnění, kde je využíváno upravených, usměrněných, zaostřených nebo kolimovaných rentgenových paprsků. Například systémy lékařské radioterapie využívají rentgenových paprsků pro rozrušování zhoubných maligních tkání, systémy analýzy difrakce nebo mikrod i frakce rentgenových paprsků přivádějí rentgenové záření na vzorový krystal pro vytváření difirakčního vzoru, odpovídajícího struktuře jeho mřížky, a systémy fluorescence a spektroskopie rentgenových paprsků využívají usměrněných rentgenových paprsků.

U celé řady uplatnění je žádoucí usměrnit paprsek ve dvou rozměrech. Pro kolimování paprsku ve dvou rozměrech může být využito tradičního schématu Kirkpatrick-Baezovy optiky. Dvě zkřížená zrcadla, uspořádaná v postupném pořadí, kolimují rozbíhavý rentgenový paprsek podél dvou směrů nezávisle. S využitím bodového zdroje bude tento postupně řazený systém, vybavený dvěma parabolickými zrcadly, poskytovat rovnoběžné paprsky. S koncovým zdrojem bude tento systém poskytovat paprsky s různou rozbíhavostí ve dvou směrech.

Tento postupně řazený systém, vybavený dvěma eliptickými zrcadly, může poskytovat perfektní reálný bodový obraz s bodovým zdrojem v jeho ohnisku. Pro prostorový předmět bude zobrazení prostřednictvím tohoto systému zvětšeno nebo zmenšeno. Jelikož uvedená dvě zrcadla mají různé vzdálenosti od daného předmětu, bude zvětšení různé pro oba směry.

Podstata vynálezu

Předmět tohoto vynálezu využívá inovované varianty systému Kirkpatrick-Baezovy optiky s využitím schématu typu vedle sebe. Tento systém typu vedle sebe poskytuje řešení problémů, kterými trpí postupný systém, přičemž dále poskytuje celou řadu jiných výhod.

Zrcadla v systému typu vedle sebe mohou být uspořádána v nej výhodnějším místě pro optimalizaci optické účinnosti za účelem zvýšení toku a zkrácení času, nezbytného pro shromáždění údajů prostřednictvím detekčního ústrojí rentgenových paprsků.

Systém typu vedle sebe bude méně trpět v důsledku povrchových nedokonalostí plochy, přičemž je předem vyrovnán a spojen za účelem předcházení chybám při vyrovnání.

Optika typu vedle sebe je rovněž mnohem složitější, než optika s postupným schématem, který umožňuje její využití u takových uplatnění, kdy je prostor na prvním místě. Účinnost optiky typu vedle sebe může být dokonce dále zlepšena a zdokonalena prostřednictvím využití vícevrstvých Braggových odrazových ploch rentgenových paprsků. Tyto vícevrstvé odražeče mají velký úhel odrazu, jehož důsledkem je vyšší shromažďovací účinnost, přičemž je poskytnuta možnost volby kmitočtů odražených rentgenových paprsků.

- 1 CZ 301342 B6

Předmětem tohoto vynálezu je nový typ optiky rentgenových paprsků založených na schématu Kirkpatrick-Baezovy optiky typu vedle sebe.

Předmět tohoto vynálezu rovněž zahrnuje vícevrstvé Braggovy odrazové plochy, které jsou pře5 dem vyrovnány a vzájemně spojeny k sobě ve schématu Kirkpatrick-Baezovy optiky. Tyto odrazové plochy budou poskytovat vysokou hustotu toku při zaostření na malý vzorek, přičemž vícevrstvá struktura umožní, aby optika rentgenových paprsků mohla řídit odražené kmitočtové pásmo. Optika rentgenových paprsků bude mít schopnost odrážet rentgenové paprsky v širokém pásmu, v úzkém pásmu, monochromatickým způsobem, nebo výběrovým frekvenčním polyii) chromatickým způsobem.

Úkolem předmětu tohoto vynálezu je zvýšit tok na vzorku.

Dalším úkolem předmětu tohoto vynálezu je snížit odchylku optiky rentgenových paprsků.

Ještě dalším úkolem předmětu tohoto vynálezu je vytvořit kompaktní optiku rentgenových paprsků, která bude snadno ovladatelná.

Ještě dalším úkolem předmětu tohoto vynálezu je vyvinout optiku rentgenových paprsků, která bude snadno vyrovnatelná.

A ještě dalším úkolem předmětu tohoto vynálezu je poskytnout úzké frekvenční pásmo, monochromatické nebo kmitočtově volitelné polychromatické rentgenové paprsky.

Shora uvedené úkoly byly podle tohoto vynálezu splněny tím, že byl vyvinut systém pro úpravu rentgenových paprsků, obsahující zdroj rentgenových paprsků pro generování světelného svazku rentgenových paprsků, dopadajícího na Kirkpatrick-Baezovou optiku typu vedle sebe, mající vícevrstvé Braggovy odrazové plochy rentgenových paprsků. Odrazové plochy rentgenových paprsků jsou uspořádány vedle sebe pod úhlem 90° pro odrážení svazku rentgenových paprsků od těchto odrazových ploch ve dvou směrech pro nezávislé vytváření upraveného svazku rentgenových paprsků pro působení na příslušnou strukturu, přičemž vícevrstvé Braggovy odrazové plochy rentgenových paprsků mají bočně odstupňovanou vzdálenost d.

Vícevrstvé Braggovy odrazové plochy rentgenových paprsků jsou s výhodou tvořeny válcovou plochou, jejíž řídicí křivkou je elipsa.

V ícevrstvé Braggovy odrazové plochy rentgenových paprsků mohou být s výhodou tvořeny válcovou plochou, jejíž řídicí křivkou je parabola.

V ícevrstvé Braggovy odrazové plochy rentgenových paprsků mohou být s výhodou tvořeny kombinací válcových ploch, jejichž řídicí křivkou je elipsa nebo parabola.

Systém podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje alespoň jednu otvorovou sestavu rentgenových paprsků pro pohlcování části rentgenových paprsků.

V souladu s dalším aspektem tohoto vynálezu byl rovněž vyvinut systém pro úpravu rentgenových paprsků, obsahující zdroj rentgenových paprsků pro vyzařování rentgenových paprsků na unitární odražeč rentgenových paprsků, kterým je vícevrstvý Braggův odražeč rentgenových paprsků, mající alespoň dvě odrazové plochy, předběžně vyrovnané a spojené k sobě. Odrazové plochy rentgenových paprsků jsou uspořádány vedle sebe pod úhlem 90° pro odrážení podle rentgenových paprsků ve dvou směrech nezávisle a pro vytváření upraveného svazku rentgenových paprsků pro působení na příslušnou strukturu, přičemž vícevrstvé Braggovy odrazové plochy rentgenových paprsků mají bočně odstupňovanou vzdálenost d.

-2CZ 301342 B6

Pro účely splnění shora uvedených úkolů byl tedy v souladu s jedním aspektem předmětu tohoto vynálezu vyvinut systém pro usměrňování rentgenových paprsků, který obsahuje:

Kirkpatrick-Baezovu optiku typu vedle sebe, která přesměrovává rentgenové paprsky, přičemž tato Kirkpatrick-Baezova optika typu vedle sebe má vícevrstvé Braggovy odrazové plochy rentgenových paprsků.

Vícevrstvé Braggovy odrazové plochy rentgenových paprsků mají s výhodou vzdálenosti odstupňované o rozměr d.

Vzdálenost odstupňovaná o rozměr d tvoří s výhodou boční odstupňování.

Vzdálenost odstupňovaná o rozměr d tvoří s výhodou hloubkové odstupňování.

Systém pro usměrňování rentgenových paprsků podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje alespoň jednu otvorovou sestavu rentgenových paprsků, přičemž sestava pohlcuje část rentgenových paprsků.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl rovněž vyvinut systém pro odrážení rentgenových paprsků, který obsahuje: množinu odražečů rentgenových paprsků, přičemž těmito odražeči rentgenových paprsků jsou vícevrstvé Braggovy odražeče rentgenových paprsků, přičemž tyto odražeče rentgenových paprsků odrážejí dopadající paprsek nezávisle ve dvou smě25 rech.

Vícevrstvé Braggovy odražeče rentgenových paprsků mají s výhodou vzdálenosti odstupňované o rozměr d.

Vzdálenost odstupňované o rozměr d tvoří s výhodou boční odstupňování.

Vzdálenost odstupňovaná o rozměr d tvoří s výhodou hloubkové odstupňování.

Systém pro usměrňování rentgenových paprsků podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje alespoň jednu otvorovou sestavu rentgenových paprsků, přičemž tato sestava pohlcuje část rentgenových paprsků.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický axonometrický pohled na tradiční postupně řazený zrcadlový sys45 tém Kirkpatrick-Baezovy optiky;

obr. 2 znázorňuje schematický axonometrický pohled na zrcadlový systém Kirkpatrick-Baezovy optiky typu vedle sebe;

obr. 3a a obr. 3b znázorňují schématické axonometrické pohledy na zrcadlový systém Kírkpatrick-Baezovy optiky typu vedle sebe, zobrazující pracovní oblasti daného systému;

-3CZ 301342 B6 obr. 4 znázorňuje mnohem detailnější schématický axonometrický pohled ve zvětšeném měřítku na zrcadlový systém Kirkpatrick-Baezovy optiky typu vedle sebe, zobrazující dráhy rentgenových paprsků;

obr. 5 znázorňuje axonometrický pohled na zrcadlový systém Kirkpatrick-Baezovy optiky typu vedle sebe s otvorovými sestavami; a obr. 6 znázorňuje schématický axonometrický pohled na způsob vyrovnávání podle tohoto vynálezu.

to

Příklady provedení vynálezu

Na vyobrazení podle obr. 1 je znázorněn axonometrický schematický pohled na tradiční postupně řazený zrcadlový systém Kirkpatrick-Baezovy optiky.

Tento postupně řazený zrcadlový systém může zaostřit nebo kolimovat rentgenový paprsek ve dvou rozměrech prostřednictvím odrazu divergentního rentgenového paprsku nezávisle podél dvou směrů. Zrcadla 12a a 12b jsou uspořádána v postupném pořadí a mohou být opatřena para20 holickou nebo eliptickou povrchovou plochou. S bodovým zdrojem jO rentgenových paprsků bude tento postupně řazený systém, vybavený dvěma parabolickými zrcadly, poskytovat rovnoběžné paprsky. S koncovým zdrojem bude tento systém parabolických zrcadel poskytovat zaostřené paprsky s různou divergencí neboli rozbíhavostí ve dvou směrech.

Pokud budou parabolická zrcadla nahrazena eliptickými zrcadly, bude tento postupně řazený systém poskytovat perfektní reálné bodové zobrazení s bodovým zdrojem v jeho ohniskovém bodě. Pro prostorový předmět bude zobrazení daným systémem zvětšeno nebo zmenšeno. Velikost zvětšení se bude měnit spolu se vzdálenostmi, oddělujícími zrcadla od daného předmětu.

jo Existuje několik omezení, která značně ovlivňují účinnost postupně řazeného systému Kirkpatrick-Baezovy optiky. Neexistuje žádná možnost nainstalovat obě zrcadla v těch nejoptimálnějších polohách, výsledkem čehož je menší tok a větší odchylka.

S ohledem na vyobrazení podle obr. 1 pak odchylka od ideálního zakřivení Δα odrazové plochy, odchylka paprsku od teoretické polohy v obrazové rovině bude rovna 2Δα1, kde 1 je vzdálenost mezi bodem dopadu a obrazovou rovinou. Pro postupný systém pak chyba na zrcadle v blízkosti předmětu vede k větší odchylce.

Pokud jsou zrcadla umístěna v různých vzdálenostech od detektoru a pokud mají obě zrcadla stejnou úhlovou odchylku, bude odchylka od zrcadla, která je nejblíže ke zdroji, větší. Postupně řazený systém Kirkpatrick-Baezovy optiky bude mít proměnlivé zesílení, protože jsou zrcadla umístěna v různých polohách vzhledem ke vzdálenosti prostorového předmětu.

A nakonec vyrovnávací hardware pro postupně řazená zrcadla Kirkpatrick-Baezovy optiky je velice rozměrný, neskladný a složitý, takže proces vyrovnávání je obtížný a časově náročný, jelikož nastavení zahrnuje vyrovnání vzhledem k paprsku a vyrovnání vzhledem k oběma zrcadlům.

Systém Kirkpatrick-Baezovy optiky typu vedle sebe poskytuje řešení problémů, existujících u postupného systému, stejně jako poskytuje i další výhody.

Na vyobrazení podle obr. 2 je znázorněn systém Kirkpatrick-Baezovy optiky 16 typu vedle sebe, Braggovy odrazové plochy 18a a 18b jsou uspořádány tak, že k sobě vzájemně přiléhají pod úhlem 90°. Systém Kirkpatrick-Baezovy optiky 16 typu vedle sebe nemá žádné přesazení vzdáleností mezi odrazovými plochami 18a a 18b, jako je tomu u postupně řazeného systému, takže jsou odstraněny problémy potenciální odchylky.

-4CZ 301342 B6

Na vyobrazeních podle obr. 3a a obr. 3b jsou znázorněny schematické axonometrické pohledy na zrcadlový systém Kirkpatrick-Baezovy optiky typu vedle sebe, zobrazující první pracovní oblast 20a a druhou pracovní oblast 20b nad zrcadlovými plochami. Tyto pracovní oblasti 20a a 20b jsou umístěny nad a v blízkosti rohu, tvořeného spojením odrazových ploch 18a a 18b.

Na vyobrazení podle obr. 4 je znázorněn ve větším detailu axonometrický pohled na systém Kirkpatrick-Baezovy optiky typu vedle sebe, kde jsou zobrazeny dráhy dopadajících a odražených rentgenových paprsků.

to

Jednotlivé rentgenové paprsky 26a a 26b jsou vyzařovány z bodového zdroje JO rentgenových paprsků a mohou být nejprve prohlíženy či prověřovány v pněném profilu či průřezu 22 rentgenových paprsků. Tento průřez 22 rentgenových paprsků znázorňuje mnoho rozbíhavých směrů rentgenových paprsků, vycházejících z bodového zdroje jO rentgenových paprsků. Jednotlivý t5 rentgenový paprsek 26a dopadá na pracovní oblast 20a, která leží na spojnici odrazových ploch

18a a 18b. Jednotlivý rentgenový paprsek 26b rovněž dopadá na první pracovní oblast 20a.

Jednotlivé rentgenové paprsky 26a a 26b se odrážejí od první pracovní oblasti 20a a jsou opětovně nasměrovány na druhou pracovní oblast 20b, která rovněž leží obecně na spojnici odrazo20 vých ploch 18a a 18b, přičemž leží proti první pracovní oblasti 20a, kterou částečně překrývá, jak je znázorněno na vyobrazeních podle obr. 3a a obr. 3b. Jednotlivé rentgenové paprsky 26a a 26b poté opouštějí systém Kirkpatrick-Baezovy optiky j_6 a mohou být v rozbíhavé, kolimované nebo zaostřené formě v závislosti na tvarech odrazových ploch 18a a 18b a na formě bodového zdroje 10 rentgenových paprsků. Toto uspořádání je všeobecně známé jako uspořádání s jedním rohem.

Pro předmět tohoto vynálezu je možno využít jakékoliv kombinace parabolických nebo eliptických zrcadlových ploch. Jedna odrazová plocha může mít například eliptický povrch, zatímco druhá odrazová plocha může mít parabolický odrazový povrch.

Braggovy odrazové plochy u výhodného provedení jsou uspořádány jako vícevrstvá nebo postupně o rozměr d odstupňovaná vícevrstvá zrcadla, přestože může být využito i zrcadel s celkovým odrazem, krystalových nebo jiných struktur pro odraz rentgenových paprsků.

Braggova struktura či konstrukce odráží rentgenové záření pouze tehdy, je-li splněna následující Braggova rovníce:

ηλ = 2d sin(B) kde:

n = řád odrazu λ = vlnová délka dopadajícího záření d = vzdálenost vrstev Braggovy struktury nebo rozteč mřížky krystalu θ = úhel dopadu

Vícevrstvá nebo postupně o rozměr d odstupňovaná vícevrstvá zrcadla jsou optikami s pevným ohniskovým bodem, které využívají jejich vlastní struktury pro odrážení monochromatického rentgenového záření. Šířka pásma odraženého rentgenového záření může být upravena prostřednictvím úpravy optických a vícevrstvých parametrů. Vzdálenost d vícevrstvého zrcadla může být přizpůsobena takovým způsobem, že Braggovy podmínky budou splněny v každém bodě na vícevrstvém zrcadle. Vzdálenost d se může bočně nebo do hloubky měnit pro ovládání propustného pásma vícevrstvého zrcadla.

-5CZ 301342 B6

Vícevrstvé zrcadlo má velký úhel odrazu, čehož důsledkem je vyšší shromažďovací účinnost pro dopadající rentgenové paprsky. Tato vícevrstvá zrcadla mohou zvýšit tok o více než řád s rentgenovou trubicí s jemným zaostřováním v porovnání se zrcadly pro celkový odraz. Vícevrstvá zrcadla mohou v důsledku svého monochromatického výstupu rovněž přispět ke snížení nežádoucího charakteristického záření, vyzařovaného ze vzorku během difrakční analýzy, a to tisíckrát.

Jak je vidět na vyobrazení podle obr. 5, tak při využívání optiky rentgenových paprsků s jediným rohem může být otvorová soustava 56, opatřená otvorem 58, umístěna do vstupní oblasti, výstupio ní oblasti nebo obou těchto oblastí pro účely eliminace souosých přímých rentgenových paprsků, rentgenových paprsků s jediným odrazem nebo rozptýlených rentgenových paprsků.

Kombinace Kirkpatrick-Baezova schématu typu vedle sebe a vícevrstvých o rozměr d postupně odstupňovaných vícevrstvých Braggových odrazových ploch Rentgenových paprsků může pos15 kytovat vynikající optiku pro celou řadu uplatnění, kde je vyžadováno usměrňování zaostřování nebo kol imo vání rentgenových paprsků.

Na vyobrazení podle obr. 6 je znázorněn schématický axonometrický pohled, zobrazující způsob vyrovnávání podle tohoto vynálezu.

Aby mohlo zrcadlo Kirkpatrick-Baezovy optiky správně pracovat, musí mít velice specifickou orientaci. Předmět tohoto vynálezu využívá mikronastavovací hardware pro správnou orientaci zrcadla Kirckpatrick-Baezovy optiky. Vyrovnání optiky lze dosáhnout s pěti volnostmi nastavení, a to se dvěma otočnými a se třemi posuvnými. Osa otáčení dvou zrcadel bude procházet středy průsečnice dvou zrcadel, a současně rovnoběžně příslušným zrcadlům, jak je znázorněno na schématickém vyobrazení. Dva posuny, kteréjsou kolmé na optiku (víz obr. 6), budou rovnoběžné s příslušnými zrcadlovými plochami (viz spodní část obr. 6). Tyto volnosti umožní nastavení úhlů dopadu a polohy paprsků.

jo Je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu není omezen pouze přesně na shora popsanou konstrukci, která je znázorněna na přiložených výkresech, neboť zde mohou být prováděny různé změny a modifikace, aniž by došlo k úniku z myšlenky a rozsahu předmětu tohoto vynálezu, který je definován v následujících patentových nárocích.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Systém pro úpravu rentgenových paprsků, obsahující zdroj rentgenových paprsků pro generování světelného svazku rentgenových paprsků, dopadajícího na Kirkpatrick-Baezovu optiku (16) typu vedle sebe, mající vícevrstvé Braggovy odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsků, vyznačující se tím, že odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsků

   45 jsou uspořádány vedle sebe pod úhlem 90° pro odrážení svazku rentgenových paprsků od těchto odrazových ploch (18a, 18b) ve dvou směrech pro nezávislé vytváření upraveného svazku rentgenových paprsků pro působení na příslušnou strukturu, přičemž vícevrstvé Braggovy odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsků mají bočně odstupňovanou vzdálenost d.

   50
2. 2. Systém podle nároku í, vyznačující se tím, že vícevrstvé Braggovy odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsků jsou tvořeny válcovou plochou, jejíž řídicí křivkou je elipsa.

   -6CZ 301342 B6
3. 3. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že vícevrstvé Braggovy odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsků jsou tvořeny válcovou plochou, jejíž řídicí křivkou je parabola.
4. 5 4. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že vícevrstvé Braggovy odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsků jsou tvořeny kombinací válcových ploch, jejichž řídicí křivkou je elipsa nebo parabola.

   5. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje alespoň jednu otvoto rovou sestavu (56) rentgenových paprsků pro pohlcování části rentgenových paprsků.
5. 6. Systém pro úpravu rentgenových paprsků, obsahující zdroj rentgenových paprsků pro vyzařování rentgenových paprsků na unitární odražeč rentgenových paprsků, kterým je vícevrstvý Braggův odražeč rentgenových paprsků, mající alespoň dvě odrazové plochy (18a, 18b), před15 běžně vyrovnané a spojené k sobě, vyznačující se tím, že odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsků jsou uspořádány vedle sebe pod úhlem 90° pro odrážení pole rentgenových paprsků ve dvou směrech nezávisle a pro vytváření upraveného svazku rentgenových paprsků pro působení na příslušnou strukturu, přičemž vícevrstvé Braggovy odrazové plochy (18a, 18b) rentgenových paprsků mají bočně odstupňovanou vzdálenost d.