专利名称：微束质子荧光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及质子荧光分析技术领域，特别涉及一种对样品进行微区质子荧光分析 的微束质子荧光谱仪。
背景技术：
质子荧光技术是利用质子束激发样品中原子的特征X射线，然后通过分析此特征 X射线而得到样品的元素组成等信息，由于质子荧光技术的探测限较低，所以该技术具有广 泛的应用。随着人们对样品分析要求的不断提高，微束质子荧光技术备受关注，因为微束质 子荧光技术可以对样品进行二维质子荧光微区扫描分析。在发展微束质子荧光技术中，如 何使质子会聚，是首先需要解决的问题。由于质子是带有正电荷的带电粒子，当其在磁场中运动时，会受到磁场力的作用 而改变运动方向。根据质子的上述特性，在一种典型的质子会聚技术中，利用电磁会聚系统 对质子束进行会聚，通过调节电磁会聚系统提供的电磁力的大小和方向，使通过电磁会聚 系统的质子会聚成微束。但是，由于电磁会聚系统的结构较为繁锁，使得使用电磁会聚系统 的微束质子荧光谱仪的结构较为复杂；并且，电磁会聚系统的成本较高，价格较为昂贵，从 而使得微束质子荧光谱仪的成本较高。因此，如何简化微束质子荧光谱仪的结构，并且降低其生产和使用成本，就成为本 领域技术人员亟须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种微束质子荧光谱仪，其结构较为简单，且生产和使用的 成本较低。为解决上述技术问题，本发明提供一种微束质子荧光谱仪，包括用于发射质子的 质子加速器、用于将所述质子加速器发射出的质子会聚的质子会聚部件，以及用于接收所 述质子激发出的荧光的探测器，所述质子会聚部件为毛细管光学会聚器，所述毛细管光学 会聚器包括至少一根单毛细管。优选地，所述毛细管光学会聚器包括多根单毛细管。优选地，所述毛细管光学会聚器包括20万-60万根单毛细管。优选地，所述单毛细管的截面形状为圆形。优选地，所述毛细管光学会聚器垂直于其中心轴线方向的截面边缘上的各所述单 毛细管的中心点连线的形状为正六边形。优选地，所述毛细管光学会聚器的进口截面的尺寸和其出口截面的尺寸，均小于 所述毛细管光学会聚器除进口截面和出口截面以外的截面的尺寸。优选地，所述毛细管光学会聚器为回转体，且其母线为预定函数。优选地，所述进口截面的尺寸与所述出口截面的尺寸相等。本发明所提供的微束质子荧光谱仪，包括用于令质子加速并将加速后的质子发射出去的质子加速器，质子经过质子加速器以后进入质子会聚部件，并通过质子会聚部件会 聚成质子束，质子束形成微焦斑并打在被测样品上，从而激发被测样品发出荧光，荧光进入 位于样品之后的探测器，上述质子会聚部件为毛细管光学会聚器，且该毛细管光学会聚器 包括至少一根单毛细管。质子束从质子加速器射出之后，以适当的角度进入毛细管光学会 聚器，在毛细管光学会聚器中，质子束在毛细管内壁上发生反射，经过若干次反射之后，质 子束射出毛细管光学会聚器，并会聚得到微焦斑，从而实现质子会聚的目的。该微束质子 荧光谱仪通过毛细管光学会聚器对质子进行会聚，毛细管光学会聚器由玻璃毛细管构成， 且不需大型支架支撑，结构简单，且成本较低，从而实现了简单、经济、实用地对质子进行会 聚，并且简化了微束质子荧光谱仪的结构，降低了微束质子荧光谱仪的生产和使用成本。在一种优选的实施方式中，所述毛细管光学会聚器包括20万-60万根单毛细管， 从理论上来讲，毛细管光学会聚器中所包括的单毛细管的数量越多，同一时间内经过其会 聚的质子的数量越多，从而显著提高了微束质子荧光谱仪会聚质子的效率。在另一种优选的实施方式中，所述毛细管光学会聚器垂直于其中心轴线方向的截 面的形状为正六边形，也即多根单毛细管在排列组合呈毛细管光学会聚器时，其横截面排 列成正六边形的结构，以便在单毛细管的数量确定的情况，使得毛细管光学会聚器所占的 空间较小，从而进一步紧凑了本发明所提供的微束质子荧光谱仪的结构。
图1为本发明所提供微束质子荧光谱仪一种具体实施方式
的结构示意图；图2为本发明所提供的毛细管光学会聚器一种具体实施方式
的结构示意图；图3为图2所示毛细管光学会聚器垂直于其中心线方向的截面视图。
具体实施例方式本发明的核心是提供一种微束质子荧光谱仪，其结构较为简单，且生产和使用的 成本较低。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步的详细说明。请参考图1，图1为本发明所提供微束质子荧光谱仪具体实施方式
的结构示意图。在一种具体实施方式
中，本发明所提供的微束质子荧光谱仪包括用于令质子加速 并将加速后的质子发射出去的质子加速器4，质子经过质子加速器4以后进入质子会聚部 件，并通过质子会聚部件会聚成质子束，质子束形成微焦斑并打在被测样品5上，从而激发 被测样品5发出特征荧光，特征荧光进入位于样品之后的探测器6，上述质子会聚部件为毛 细管光学会聚器1，该毛细管光学会聚器1包括至少一根单毛细管2。需要指出的是，本领域的技术人员应该知道，上述被测样品5上被激发出的荧光 为X射线荧光。上述毛细管光学会聚器1主要由适当长度的玻璃管构成，高速质子在进入细长的 玻璃管中后会发生若干次的反射，从而实现质子的会聚。毛细管光学会聚器1中的细长玻 璃管的长度和直径应根据实际使用的要求和装置的适用性等因素确定，在此不做限定。当质子束从质子加速器4射出之后，以某一适当的角度进入毛细管光学会聚器1，在毛细管光学会聚器1中，质子束在毛细管内壁上发生反射，经过若干次反射之后，质子束 射出毛细管光学会聚器1，并会聚得到微焦斑，从而实现质子会聚的目的，微焦斑打到被测 样品5上，从而激发出特征X射线荧光，激发出的荧光进入探测器6，从而实现对被测物体5 的荧光分析。该微束质子荧光谱仪通过毛细管光学会聚器1对质子进行会聚，毛细管光学 会聚器1由玻璃毛细管构成，且不需大型支架支撑，结构简单，且成本较低，从而实现了简 单、经济、实用地对质子进行会聚，并且简化了微束质子荧光谱仪的结构，降低了微束质子 荧光谱仪的生产和使用成本。还可以对本发明所提供的荧光谱仪进行进一步的改进。请参考图2和图3，图2为本发明所提供的毛细管光学会聚器一种具体实施方式
的 结构示意图；图3为图2所示毛细管光学会聚器垂直于其中心线方向的截面视图。在一种具体实施方式
中，本发明所提供的毛细管光学会聚器1可以包括多根单毛 细管2。显然地，相对于单毛细管来讲，多根单毛细管2的结合体能够显著提高毛细管光学 会聚器1会聚质子的效率。具体地，所述毛细管光学会聚器1可以包括20万-60万根单毛细管2，从理论上来 讲，毛细管光学会聚器1中所包括的单毛细管2的数量越多，同一时间内经过其会聚的质子 的数量越多，从而能够显著提高荧光谱仪质子会聚的效率；但是，由于技术和空间有限，20 万至60万根单毛细管2既能够满足使用要求，又能够会聚足够多的质子，从而保证了毛细 管光学会聚器1具有较高的会聚效率。 上述毛细管光学会聚器1中包括的单毛细管2的数量也不局限于20万至60万根， 其具体数量应根据实际使用情况等诸多因素确定，其具体数量不应受到本说明书具体实施 方式的限定。上述单毛细管2的截面形状可以为圆形，以便保证质子束在单毛细管2中的反射 进行的较为顺利。上述毛细管光学会聚器1垂直于其中心轴线方向的截面的形状为正六边形，由于 毛细管光学会聚器1是由若干根单毛细管2排列而成的，则上述毛细管光学会聚器1在垂 直于其中心轴线方向上的截面形状，是由组成该截面的若干单毛细管2的截面组合而成 的，上述单毛细管2的截面形状为圆形，则显然的，在数目一定的情况下，若干的圆形排列 组合后，形成一个正六边形能够使该截面具有最小的面积，以便在单毛细管的数量确定的 情况，使得毛细管光学会聚器所占的空间最小，从而进一步紧凑了本发明所提供的荧光谱 仪的结构。上述毛细管光学会聚器1的进口截面11的尺寸和其出口截面12的尺寸，均小于 所述毛细管光学会聚器1除进口截面11和出口截面12以外的截面的尺寸，以便提高毛细 管光学会聚器1的质子会聚范围。所述毛细管光学会聚器1可以为回转体，且其母线为预定函数。上述预定函数可 以近似为空间椭球二次曲线段、椭球二次曲线段的组合或椭球二次曲线段与直线段的组 合，且其径向变化对于透镜的中心轴线是对称的，从而能够实现多毛细管光学会聚器件在 较大角度范围内会聚发散的质子，并将发散的质子会聚成微焦斑。上述进口截面11的尺寸可以与出口截面12的尺寸相等。具体地，本发明所提供 的毛细管光学会聚器1的各几何参量可以如图2中所示，入口焦距表示质子加速器4距离毛细管光学会聚器1入口端的距离；出口焦距f2表示毛细管光学会聚器1出口端到其焦 斑处的距离；L表示毛细管光学会聚器1的长度；Din表示毛细管光学会聚器1的入口截面 尺寸；D。ut表示毛细管光学会聚器1的出口截面尺寸；D_表示毛细管光学会聚器1的最大 尺寸，上述Din与D。ut可以相等，并且均小于Dmax。 以上对本发明所提供的微束质子荧光谱仪进行了详细介绍。本文中应用了具体个 例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的 方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理 的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求 的保护范围内。
权利要求
一种微束质子荧光谱仪，包括用于发射质子的质子加速器(4)、用于将所述质子加速器(4)发射出的质子会聚的质子会聚部件，以及用于接收所述质子激发出的荧光的探测器(6)，其特征在于，所述质子会聚部件为毛细管光学会聚器(1)，所述毛细管光学会聚器(1)包括至少一根单毛细管(2)。
2.根据权利要求1所述的微束质子荧光谱仪，其特征在于，所述毛细管光学会聚器(1) 包括多根单毛细管(2)。
3.根据权利要求2所述的微束质子荧光谱仪，其特征在于，所述毛细管光学会聚器(1) 包括20万-60万根单毛细管⑵。
4.根据权利要求3所述的微束质子荧光谱仪，其特征在于，所述单毛细管(2)的截面形 状为圆形。
5.根据权利要求4所述的微束质子荧光谱仪，其特征在于，所述毛细管光学会聚器(1) 垂直于其中心轴线方向的截面边缘上的各所述单毛细管(2)的中心点连线的形状为正六 边形。
6.根据权利要求2至5任一项所述的微束质子荧光谱仪，其特征在于，所述毛细管光学 会聚器(1)的进口截面(11)的尺寸和其出口截面(12)的尺寸，均小于所述毛细管光学会 聚器(1)除进口截面(11)和出口截面(12)以外的截面的尺寸。
7.根据权利要求6所述的微束质子荧光谱仪，其特征在于，所述毛细管光学会聚器(1) 为回转体，且其母线为预定函数。
8.根据权利要求7所述的微束质子荧光谱仪，其特征在于，所述进口截面(11)的尺寸 与所述出口截面(12)的尺寸相等。
全文摘要
本发明公开了一种微束质子荧光谱仪，包括用于发射质子的质子加速器(4)、用于将所述质子加速器(4)发射出的质子会聚的质子会聚部件，以及用于接收所述质子激发出的荧光的探测器(6)，所述质子会聚部件为毛细管光学会聚器(1)，所述毛细管光学会聚器(1)包括至少包括一根单毛细管(2)。该荧光谱仪通过毛细管光学会聚器(1)对质子进行会聚，毛细管光学会聚器(1)由玻璃毛细管构成，且不需大型支架支撑，结构简单，且成本较低，从而实现了简单、经济、实用地对质子进行会聚，并且简化了荧光谱仪的结构，降低了荧光谱仪的生产和使用成本。
文档编号G01N23/223GK101858874SQ20101018095
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月18日 优先权日2010年5月18日
发明者刘志国, 孙天希, 李玉德, 林晓燕, 滕玥鹏, 潘秋丽, 王广甫, 罗萍 申请人:北京师范大学