[发明专利]一种X射线小角散射与X射线成像联用的光学系统

说明书

本发明提供一种X射线小角散射与X射线成像联用的光学系统，包括：真空腔；布置于真空腔内的束流阻挡器，包括：依次叠置的二极管、闪烁体、第一透镜组和反射棱镜；布置于真空腔外的X射线小角散射探测器；沿与X射线入射方向垂直的方向安装的X射线成像机构，包括：第二透镜组和X射线成像探测器，以及一维调焦电机；以及计算机；其中，X射线照射到样品，发生小角散射后的X射线通过X射线小角散射探测器采集，穿过样品的直通X射线经过束流阻挡器转换为可见光并被90度折射后在X射线成像探测器上成像，从而实现X射线小角散射和X射线成像的同时测量。根据本发明，提供了一种可实现对X射线小角散射和X射线成像同时检测的光学系统。

技术领域

本发明涉及光学成像领域，更具体地涉及一种X射线小角散射与X射线成像联用的光学系统。

背景技术

X射线小角散射是指当X射线透过样品时与样品中的电子发生相互作用，在靠近原光束2°～5°的小角度范围内发生的散射现象，散射的X射线在空间的分布与物质内的电子密度起伏密切相关。凝固过程是包含复杂的热力学和动力学过程，涉及到溶质迁移、温度分布、组织结构从微观到宏观的演变等。凝固时各因素之间相互关联，多物理场的耦合作用是其突出的特点。X射线成像技术几乎是目前唯一可实现实时观察难混溶合金动态微观生长行为的实验手段，然而合金凝固组织演变受温度场、溶质场、流场、压力场等多场耦合作用的复杂因素影响。由于凝固过程的时间相关性、合金熔体的高温不透明性、组织结构跨尺度演变等原因，对凝固过程中多场耦合进行跨尺度原位实时的定量化表征，一直是世界性难题。现有技术中已有的检查仪器通常仅能检测1-2项参数，因此不能揭示这样一种复杂的凝固过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种X射线小角散射与X射线成像联用的光学系统，从而解决现有技术无法对合金凝固组织演变过程中的凝固过程进行跨尺度原位实时的定量化表征的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种X射线小角散射与X射线成像联用的光学系统，包括：具有一容纳空间的真空腔，所述真空腔的上方包括一窗口；沿X射线入射方向布置于所述真空腔内的束流阻挡器，包括：依次叠置的二极管、闪烁体、第一透镜组以及反射棱镜；沿X射线入射方向布置于所述真空腔外的X射线小角散射探测器，所述X射线小角散射探测器位于束流阻挡器的后端；沿与X射线入射方向垂直的方向安装于所述真空腔外的X射线成像机构，包括：与所述窗口对准的第二透镜组和X射线成像探测器，以及用于所述X射线成像探测器调焦的一维调焦电机；以及与所述X射线成像探测器信号连接的计算机，用于快速获取电信号并重建图像；其中，X射线在照射到样品之后，发生小角散射后的X射线通过所述X射线小角散射探测器采集，穿过所述样品的直通X射线经过所述束流阻挡器转换为可见光并被90度折射后在所述X射线成像探测器上成像，从而实现X射线小角散射和X射线成像的同时测量。

优选地，所述二极管为硅光电二极管；所述闪烁体由YAG∶Ce材料(铈掺杂钇铝石榴石)制成，具有化学稳定性高、硬度大、高熔点和寿命长的特点，用于将X光转换为可见光。

优选地，第一透镜组由四个凸透镜和两个凹透镜依次叠置、彼此压紧组合而成，具体设置为凸透镜、凹透镜、凸透镜、凸透镜、凸透镜、凹透镜(顺着光路方向)这样依次压紧，第二透镜组由两个凸透镜和一个凹透镜依次叠置、彼此压紧组合而成，具体设置为凸透镜、凸透镜、凹透镜(从下往上)这样依次压紧。在该优选方案中，该第一透镜组和第二透镜组的结构设置是发明人通过详细的光学系统设计出来的，能达到最优的技术效果，使成像分辨率达到1μm以下。该设置不是本领域常规技术手段，是实现本发明X射线小角散射和X射线成像探测技术联用的特别优选方案之一。

优选地，所述反射棱镜是采用玻璃制成的直角反射棱镜，该反射棱镜反射可见光而对X射线透明，将光路中未吸收的X射线与闪烁体发出的可见光分离。

优选地，所述第二透镜组安装于由石英玻璃制成的圆筒形结构中，所述圆筒形结构通过法兰安装于所述窗口上。