多分辨率透射柱面弯晶谱仪的制作方法

本发明涉及射线谱测量仪器设备技术领域，具体涉及一种多分辨率透射柱面弯晶谱仪。

背景技术：

晶体谱仪是使用晶体对X射线进行衍射分光、从而实现对X射线谱进行测量的一种设备。透射柱面弯晶谱仪即为其中的一种，从同一点状辐射源发出的复色X射线经柱面弯晶透射分光后，受弯晶的几何会聚作用，某种波长X射线的衍射线会呈线状和关于中心两侧对称分布的特点；而从整体光谱分布来看，距离对称中心较近的是波长较短的X射线。

基于测量需求，传统的透射柱面弯晶谱仪的基本结构包括铅制针孔、柱面弯晶分析器、铅制狭缝、X射线记录设备等。由于通常的X射线记录设备是平面型的，记录面尺寸较为有限，透射柱面弯晶谱仪不能同时兼顾很宽的测谱范围和较高的谱分辨率。故通常通过将X射线记录设备的记录面置于柱面弯晶罗兰圆切线位置，可以平衡测谱范围和谱分辨率。而由布拉格衍射理论表明，如果X射线记录设备的记录面放置在远离罗兰圆的位置，可以有效提高衍射线的谱分辨率，这在相当多的实验场合中是非常有必要的，特别是在需要测量某种特征谱线时更需要。但将X射线记录设备的记录面远离罗兰圆会使测谱范围显著减少，所以传统的透射柱面弯晶谱仪缺乏同时具有高分辨和大谱宽的测量能力，在实际测量过程中，很难满足测量需求。

技术实现要素：

有鉴于此，为了能得到高分辨率和大谱宽的测量能力，满足更多场合的测量需求，本发明提供了一种多分辨率透射柱面弯晶谱仪。

其技术方案如下：

一种多分辨率透射柱面弯晶谱仪，包括箱体，其关键在于：所述箱体内依次同轴设置有柱面弯晶分析器、后置铅光阑、以及可透光的台阶闪烁体和X射线记录装置；

所述后置铅光阑中部设有狭缝，该狭缝用于阻挡直穿的X射线，而供经柱面弯晶分析器分光的X射线透过；

所述台阶闪烁体靠近后置铅光阑的一端沿其轴向至少设有两级台阶，每个所述台阶的端面均具有将衍射后的X射线的衍射线转化成可见光后，还保持其谱分辨率的晶体薄层。

采用以上结构，X射线光经柱面弯晶分析器的处理后的衍射线透射到台阶闪烁体的台阶上，最后背后端的X射线记录装置记录并测量，由于台阶与柱面弯晶的罗兰圆距离不同，从而可以测得两种不同的分辨率，与柱面弯晶的罗兰圆相近的台阶接收到的衍射线的分辨率较低而测谱范围较宽，与柱面弯晶的罗兰圆较远台阶所接收到的衍射线分辨率较高但侧谱范围较窄，这样设置即可使装置能够测得多种不同的分辨率，而谱宽较大，可以满足更多的测量需求，具有极大的科研应用价值。

作为优选：所述箱体前端还设有前置铅光阑，该前置铅光阑位于柱面弯晶分析器设有柱面弯晶的一侧，并与柱面弯晶分析器同轴设置；该前置铅光阑的中心位置设有中心孔，在中心孔左右两侧对称的设有供X射线通过的通光窗口。采用以上结构，通过中心孔可以指示记录谱仪中心的光轴位置，而由通光窗口的尺寸可以根据需要测量的射线能谱范围来确定，能使测量更精确。

作为优选：所述X射线记录装置包括CMOS相机，该CMOS相机的正面光纤面板紧贴所述台阶闪烁体的后端面。采用CMOS相机记录测量，可以能更加精确进行动态捕捉衍射线，保证结果更准确。

作为优选：所述X射线记录装置还包括相机压板，该相机压板为平板结构，紧贴CMOS相机的背部，并通过四角的压紧螺丝固定在箱体的后端，所述螺栓上套设有弹簧，该弹簧位于相机压板与箱体的侧壁后端之间，所述相机压板上还设有供CMOS相机线缆穿出的通孔。采用以上结构，可以通过轻拧压紧螺丝来压缩弹簧，从而轻推CMOS相机的正面光纤面板与台阶闪烁体的后端平面无缝隙紧贴，不会出现硬接触，延长使用寿命，同时保证测量精度。

作为优选：所述台阶闪烁体为由光纤制成的圆柱状结构，所述台阶为两个，且两个台阶的交界线与弯晶分析器的光轴重合，靠近所述弯晶分析器的一个台阶的端面与柱面弯晶的罗兰圆相切。采用以上方案，可以使两个台阶对称的接收X射线的衍射线，且通过与罗兰圆相切台阶可以得到较为平衡的测谱范围和谱分辨率。

作为优选：所述晶体薄层为碘化铯掺铊晶体，并以柱状结构密布在台阶的端面。采用以上结构，可以将X射线经柱面弯晶后的衍射线转化成可见光，并具有一定空间分辨能力，能更好的保持其分辨率。

作为优选：所述晶体薄层上覆盖有用于隔绝空气的有机薄膜。采用以上结构，可以有效隔绝空气，防止碘化铯掺铊晶体被氧化潮解。

作为优选：所述箱体呈前小后大的长方体形，其前端和后端敞口，其上部顶盖可拆卸地安装。采用以上结构，方便在箱体内安装所需设备，以及快速检测维护。

作为优选：所述箱体侧壁上对应所述CMOS相机的散热口位置设有通风孔。采用以上结构，可以有效降低CMOS相机工作时的环境温度，保证测量稳定性及其使用寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

采用以上技术方案的多分辨率透射柱面弯晶谱仪，通过台阶型闪烁体实现多分辨率和大测谱范围的X射线的兼顾测量，满足更多测量场合，同时实现实时获取捕捉X射线谱图像，能快速看到测量结果，构思新颖，具有极大的科研应用价值。

附图说明

图1为本发明一实施例的内部结构示意图；

图2为图1所示实施例的立体结构示意图；

图3为相机压板安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参考图1和图2所示的多分辨率透射柱面弯晶谱仪，包括大体呈前小后大形状的长方体形的箱体1，箱体1的前后两端敞口，其顶盖10可拆卸地安装。箱体1内依次同轴设置有前置铅光阑6、柱面弯晶分析器2、后置铅光阑3、台阶闪烁体4和X射线记录装置5。

前置铅光阑6为铅合金定制的矩形平板，通过螺丝竖直固定在箱体1的前端端部，前置铅光阑6的中心位置设有中心孔60，为盲孔，主要用于指示谱仪的光轴位置，前置铅光阑6上在中心孔60的左右两侧对称的设有一对通光窗口61，通光窗口61的尺寸可以根据需要测量的射线能谱范围来决定。

柱面弯晶分析器2包括柱面弯晶20和柱面支撑台21，柱面支撑台21的两端设有螺孔，箱体1上对应位置设有安装部，柱面支撑台21通过螺丝与箱体1固定安装，柱面支撑台21正对前置铅光阑6的前端面为向外凸出的弧面210，与弧面210相背离的后端面为竖直平面，与前置铅光阑6平行设置，柱面支撑台21中间位置水平设有矩形的通光孔(图中未示出)，通光孔贯穿其前后两侧面，可以供光线穿过；

柱面弯晶20的弯曲半径与弧面210的半径相同，紧贴在弧面210上，并遮挡柱面支撑台21上的通孔，使X射线都经过柱面弯晶20后才会穿过通光孔。

后置铅光阑3为铅合金定制的矩形平板，正对柱面支撑台21后端面竖直设置，并处于柱面弯晶20的罗兰圆圆心附近(罗兰圆：在凹球面反射镜面上刻划一系列等间距的平行线条构成的反射光栅，它具有分光能力和聚光能力。罗兰发现，若将缝光源和凹面光栅放置在直径等于凹面光栅曲率半径的圆周上，且该圆与光栅中点G相切，则由凹面光栅形成的光谱呈在这个圆周上，该圆即为罗兰圆)；

后置铅光阑3的中心位置竖直设有狭缝30，狭缝30的方向与柱面支撑台21的竖轴线平行，狭缝30可以阻挡直接直穿的X射线，而经过柱面弯晶分析器分光的X射线又可从此狭缝30处通过。

台阶闪烁体4的主体由可透光材质制成，本实施例中采用光纤制成，大体呈圆柱状结构，其正对后置铅光阑3的前端设有至少两级台阶40，每个台阶40的端面与后置铅光阑3平行，且每个台阶40的端面均设有晶体薄层41，晶体薄层41可以将X射线的衍射线转化成可见光，同时还能保持其分辨率；台阶闪烁体4的后端面为竖直平面，与台阶40的端面平行。

本实施例中优选台阶40为两级，两个台阶40对称设置，其交界线与柱面弯晶分析器2的纵轴线，即谱仪的光轴重合，靠近柱面弯晶分析器2的一个台阶40的端面与柱面弯晶20的罗兰圆相切，另一台阶40的端面则相对远离罗兰圆，这样可以使台阶40上的晶体薄层对称的接收X射线的衍射线，由于与罗兰圆的距离不同，则衍射线的分辨率不同，远离罗兰圆的台阶40可测得较高分辨率的X射线的衍射线，但是测谱范围较窄，而靠近罗兰圆的台阶40所测则相反，而与罗兰圆相切时，则可得到较为平衡的测谱范围和谱分辨率，满足常规需求及两种分辨率的测量需求。

本实施例中为了能刚好的保持衍射线转化成可见光后的分辨率，晶体薄层41采用碘化铯掺铊晶体，以柱状结构密布在台阶40的端面，其表面覆盖有有机薄膜，可以有效隔绝空气，防止碘化铯掺铊晶体被氧化潮解，保证其性能稳定性。

参考图1和图3，在箱体1的后端可拆卸地安装有X射线记录装置5，本实施例中X射线记录装置5采用CMOS相机50进行测量记录，CMOS相机50正面的感光光纤面板正对台阶闪烁体4的后端平面；

在CMOS相机50的背部设有相机压板51，相机压板51为平板结构，紧贴在CMOS相机50的背部，其四角设有压紧螺丝510，箱体1的两侧后端部对应位置设有螺孔，相机压板51则通过压紧螺丝510固定在箱体1的后端，且压紧螺丝510上套设有弹簧511，弹簧511处于相机压板51与箱体1的侧壁后端部之间，当轻拧压紧螺丝510时，相机压板51则推动CMOS相机50紧贴台阶闪烁体4的后端面，调节压紧螺丝510的松紧度，使弹簧511处于最佳压紧状态，进一步确保CMOS相机50的正面感光部与台阶闪烁体4的后端面无缝贴合，而又保证松紧合适，二者不会发生硬接触，导致设备损坏；

相机压板51上还设有通孔512，CMOS相机50的线缆可以从通孔512处穿出。

箱体1侧壁在对应CMOS相机50的散热口位置设有通风孔11，可以供CMOS相机50散热，降低其工作时的环境温度，通风孔11呈百叶窗结构，可以一定程度隔绝粉尘进入CMOS相机50内部。

本发明的工作过程如下；

将本装置正对X射线谱仪放置，并通过中心孔60确保二者中心对正，X射线谱仪发射出的X射线从通光窗口61照射至柱面弯晶20上，X射线经柱面弯晶20的衍射后形成呈线状分布的衍射线，衍射线从柱面支撑台21上的通光孔穿过到达后置铅光阑3；

衍射线经后置铅光阑3上的狭缝30的处理，阻挡了直穿的X射线，而可以让经过柱面弯晶20分光的衍射线穿过，通光狭缝30的衍射线均匀的透射到台阶闪烁体4上的两个台阶40上，经过台阶40上的晶体薄层41的处理转化形成可见光，同时还保持了原有的分辨率，可见光沿其轴线穿过台阶闪烁体4后，被设置在后方的CMOS相机50实时感光捕捉记录测量；

因为两个台阶40与罗兰圆的距离不同，故最后测得的两个台阶40对应的可见光的分辨率和谱宽不同，离罗兰圆的台阶40可测得较高分辨率的X射线的衍射线，但是测谱范围较窄，而靠近罗兰圆的台阶40所测结果则相反，而与罗兰圆相切时，则可得到较为平衡的测谱范围和谱分辨率，满足常规需求及两种分辨率的测量需求，实际研究过程中，可以通过调节台阶40的数量或/和台阶40之间的厚度来实现多种分辨率及不同谱宽的测量，以满足特定的测量需求。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。