[发明专利]使用整体X光透镜的位置灵敏X射线谱仪

说明书

本发明涉及一种使用整体X光透镜和一维平行X光聚束系统的位置灵敏X射线谱仪，它是一种国际上尚无商品推出的使用微X光束进行各种样品的微材料、微成份无损分析和检测的新型科学仪器。用它可测定试样中元素含量、元素存在的化学态、元素在试样中的分布。但现有这种仪器X光功率密度、灵敏度和能量分辨率均低，而探测极限高，又不能同时进行多元素微区分布分析。

本发明的目的在于提供一种高X光功率密度、高灵敏度、高能量分辨、低探测极限又能同时进行多元素微区分布分析的位置灵敏X射线谱仪。

本发明的目的通过如下措施达到：该谱仪包括X光源、样品、平面晶体、位置灵敏探测器及相应电子学系统和计算机多道分析器。其特点在于：在X光源和样品之间加有一整体会聚X光透镜，在样品和平面晶体之间加有一维平行X光聚束系统。它将平面晶体波长色散系统与位置灵敏探测器高空间分辨率结合起来，改变了以往晶体谱仪低效率的单点工作方式，而能象半导体谱仪那样一次同时记录下被测能区内完整的X光能谱。同时保持了波长色散晶体谱仪高的能量分辨率。自X光源发射的相当大立体角内的X光被整体会聚X光透镜收集和会聚，形成高功率密度的微X光束，并聚焦在被测样品上，使得被激发样品成为高亮度的点状X光发射源。样品中元素的特征X光在垂直于平面晶体的平面，并以与晶体平面成θ1-θ2夹角的方向射向平面晶体。它们将按照Bragg定律被晶体衍射，于是不同能量的特征X光被一一散开。与θ对应的能量为E的衍射X光在位置X被位置灵敏探测器记录，而θ1-θ2范围内的衍射X光被位置灵敏探测器在X1-X2的位置范围内记录。当在样品和平面晶体之间加有一维平行X光聚束系统时，自样品发射的离开垂直于平面晶体的平面方向的特征X光被一维平行聚束系统收集、传输，最终以垂直于平面晶体的平面的方向的扇形平行X光束射入平面晶体，其与平面晶体的夹角同样在θ1-θ2之间。它们分别在相互平行又垂直于平面晶体的衍射面上被晶体衍射。显然同一θ角对应的能量为E的X光都将在位置X被位置灵敏探测器所记录，于是大大提高了计数率。

该整体会聚X光透镜为一个单一的、没能支撑部件的玻璃固体，内有多个从所述固体一端贯通到另一端的X光导孔，且该玻璃固体由上述X光导孔壁自身熔合而成，该透镜沿长度的外形母线和X光导孔外形的母线及X光导孔的轴线近似为空间二次曲线段、二次曲线段的组合或二次曲线段和直线段和组合，透镜的母线和X光导孔外形母线的径向变化对于假想的透镜X光轴线是对称的。X光可以借助在所述X光导孔的内壁上全反射而从所述玻璃固体的一端传播到另一端，利用所述的玻璃固体和X光导孔的不同形状的大小改变X光传播的方向，在很宽的波长范围内调控X光，将X光会聚成很小的束斑形成整体会聚X光透镜。

上述透镜的进口截面和出口截面尺寸小于最大的截面尺寸。进口端截面和X光导孔在与上述透镜光轴线垂直方向上的截面为正多边形或圆形或矩形。出口端截面与进口端截面形状相同，X光导孔尺寸与透镜X光轴线相垂直的截面上不同部位处有不同的大小，透镜有实体密合包边。

在样品和平面晶体之间加有一一维平行X光聚束系统，是由多层相互间隔一定距离的有光滑表面的薄层组成，这些薄层在沿样品到平面晶体方向的母线近似为二次曲线段和直线段的组合，各层相对中间一层假想的平行于衍射面的平面是平面对称的，一维平行X光聚束系统各层之间的间隔距离在沿样品到平面晶体方向上不同位置处是不同的，其入口端，即靠近样品一端的各层间隔较小，各层面假想的延伸面均通过样品靶点；其出口端，即靠近平面晶体一端的各层间隔较入口端的大，且各层均与晶体衍射平面平行，其相互间隔距离为数微米到数百微米。

该一维平行X光聚束系统由平面对称的，表面光滑的多层相互间隔的二次曲面组成，内有多个从所述聚束系统一贯通到另一端的X光导面。X光在该导面表面经全反射从所述聚束系统的一端传播到另一端，将点状X光发射源发出的X光变成相互平行的扇形平行X光。

本发明与现有技术相比具有优点如下：

1.由于本发明采用整体会聚X光透镜，这种整体会聚X光透镜收集了大量发散的X光，并将其会聚成微束斑，束斑的功率密度提高一百倍到一万倍。

2.由于整体会聚X光透镜有一定的通频带，可以选择分析时的最佳X光波段，从而卡掉高能X光引起的本底，提高了分析灵敏度，扩展了探测极限。

3.由于本发明加有整体会聚X光透镜，所以它形成的微束斑可用于微区分析。

4.由于这种整体会聚X光透镜没有支架，结构小巧，所以本发明结构简单、造价低，便于普及和推广使用。