[发明专利]适应性强的X射线分析装置

说明书

本发明涉及适应性强的X射线分析装置。X射线分析装置使用户能够执行多个X射线分析应用，以分析样品。该装置包括用于用X射线照射样品的X射线源，X射线源包括固体阳极和用于发射电子束的阴极。该装置还包括控制器和用于将电子束聚焦到阳极上的聚焦装置。控制器被配置为接收X射线分析应用信息，并基于X射线分析应用信息来控制X射线分析装置选择性地在第一X射线分析模式或第二X射线分析模式下操作。在第一X射线分析模式下，X射线源以第一操作功率操作，并且具有小于100μm的有效焦斑大小。在第二X射线分析模式下，X射线源以高于第一操作功率的第二操作功率操作，并且有效焦斑的面积大于在第一X射线分析模式下的有效焦斑的面积。

发明领域

本发明涉及一种用于X射线分析的装置和方法。实施例特别涉及用于执行多个X射线分析应用的X射线分析装置。更具体地说，实施例涉及用于通过X射线衍射、X射线散射或X射线荧光执行对样品的分析的X射线分析装置。

背景

典型地，X射线产生设备(例如X射线管)包括阴极和阳极。阴极被布置成用电子束照射阳极的表面，并且从被照射的区域发射X射线。阳极的被照射的区域称为焦斑。

一些X射线管具有旋转阳极，其中阳极在操作期间旋转。其他一些X射线管具有固定阳极，该固定阳极在操作期间保持静止。

一般说来，X射线管包括壳体，该壳体包封阴极和阳极。在一些布置中，被电子束照射的阳极的表面相对于电子束以斜角倾斜。在这些布置中，从测量从X射线管发射的X射线束的测量设备观察到的焦斑的大小(称为“有效焦斑”)不同于阳极的被照射的区域的大小。有效焦斑的大小可以根据欧洲标准EN 12543:1999年(第1部分至第5部分)进行测量。

对于常规的固体阳极X射线管，在操作期间阳极的表面温度应远低于阳极的熔点(例如低100摄氏度)，以便避免阳极损坏。因此，可以在有效焦斑的面积和最佳操作功率设置之间进行权衡。例如，在一些应用中，希望使用具有小面积的焦斑。为了适应这一点，同时避免对阳极的损坏，与具有较大焦斑的X射线管相比，适用于小焦点X射线管的最大功率相对较低。

X射线管的最佳操作功率设置——其是阳极和阴极之间的压降(操作电压，kV)和发射电流(mA)(即电子从阴极到阳极的流动)的组合—通常被确定为制造过程的一部分。最佳操作功率设置考虑了可能影响电子束的特性的各种因素。一个这样的因素是包围阳极和阴极的X射线管的内部几何形状。因此，每个单独的X射线管通常具有在制造期间确定的相关操作功率(例如，X射线管可以是“50瓦X射线管”)。这允许用户以某种方式操作X射线管，该方式将确保X射线管正确地工作，同时也确保可靠性和寿命。

用户通常基于要执行的特定X射线分析应用来选择用于X射线分析装置的X射线管。以这种方式，用户可以选择适合于相关X射线分析应用的X射线管。一些X射线分析应用，诸如大样品上的粉末衍射，可以使用具有大焦斑的X射线束来执行，从而实现相对高强度的测量。然而，其他一些X射线分析应用需要使用小焦点X射线管(例如具有小于300μm的有效焦斑大小的X射线管)。小焦斑意味着管在相对低的操作功率下操作，从而导致相对低的强度测量。例如，X射线衍射应用，诸如二维小角X射线散射(2D SAXS)、掠入射小角X射线散射(GISAXS)和微衍射测量，通常都使用微焦点X射线管(具有小于100μm的有效焦斑大小的X射线管)来执行。替代地，这些应用可以使用具有较大有效焦斑的X射线管结合准直光学元件来执行，该准直光学元件在X射线束照射样品之前减小X射线束的大小，这显著降低强度。

小焦点X射线管通常直接联接(即固定)到特定X射线分析应用所需的光学元件。

将希望能够使用X射线分析装置来执行多种不同类型的X射线分析应用，同时最小化对X射线分析装置的重新配置的需要。

概述

根据本发明的一个方面，提供了一种X射线分析装置，用于通过测量X射线衍射和/或X射线荧光来执行多个X射线分析应用以分析样品，该装置包括：