[发明专利]一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的控制方法及其装置

说明书

(一)技术领域。

本发明涉及X射线光谱分析技术的衍射分光与探测，特别是涉及一种采用弯曲晶体实现对X射线的连续衍射分光与探测的控制方法及实现该方法的装置，应用在X射线荧光光谱分析领域。

(二)背景技术。

在X射线光谱分析技术中，存在波长色散与能量色散两种分析方法。当采用单晶体实现波长色散时，又可分为平面晶体色散法和弯曲晶体色散法，无论平面晶体还是弯曲晶体色散法，其目的就是实现X射线的单色性，提供高信噪比、高分辨本领的X射线探测条件。现有的平晶衍射分光装置，在结构上必需配置前、后准直器，至使衍射分光效率太低，但它能够对X射线实现连续衍射分光与探测，问世至今仍被采用；现有的弯曲晶体衍射分光装置由前、后狭缝取代了准直器，由于取消了前、后准直器，加之弯曲晶体具有聚焦功能，使其衍射分光效率比平晶衍射分光效率可高出三到四个数量级，衍射像可以聚焦到一点或一条线；但是，一种波长的X射线需要设计一种与该波长相对应的弯曲晶体完成衍射分光。目前应用的弯曲晶体色散装置均以一个真空室为核心，在特定的立体角上安装有限数量弯曲晶体分光计并在每个分光计上配置一个X射线探测器，即每种波长都必需配置一个专用的分光与探测通道。这种结构的衍射分光与探测装置的优点在于可同时采样和分析各专用分光与探测通道的数据，提高分析速度；其缺欠在于结构庞杂只适用有限、分立波长的分析。现有弯曲晶体色散装置分析X射线波长的局限性，推动人们寻求更新与改进；本发明公开一种业内人士多年期盼的弯曲晶体连续衍射分光与探测的控制方法及其装置，为弯曲晶体扫描式荧光光谱仪的诞生提供技术支撑。

(三)发明内容。

本发明的目的：在充分应用弯面晶体对X射线的高衍射分光效率和高波长分辨本领的前提下，更新现有弯曲晶体衍射分光与探测的方法及其机构。设想在一个特制的可位移的罗兰圆盘上，实现弯曲晶体和X射线探测器能同时满足罗兰条件和布拉格条件的跟随位移；通过罗兰圆盘、衍射晶体、X射线探测器的位移过程完成对X射线的连续衍射分光与探测，为X射线光谱分析提供一种结构新颖、机电结合、灵活实用的弯曲晶体连续衍射分光与探测的控制方法及其装置。

本发明的技术方案：本发明的技术方案建立在下述物理基础和构思上，弯曲晶体对X射线的聚焦式衍射分光必需同时满足罗兰条件和布拉格条件。罗兰条件要求弯曲晶体应该是半径为2R的柱面反射器，依据光学的反射定律，源狭缝、晶体衍射中心、衍射线的实像焦点应处在同一个半径为R的罗兰圆上(亦称聚焦圆)，聚焦圆就是源狭缝、衍射线实像焦点的轨迹，并且满足晶源弦长与晶焦弦长相等(晶体衍射中心点到源狭缝点的弦长与晶体衍射中心点到实像聚焦点的弦长相等)；布拉格条件要求X射线反射还应服从布拉格公式：nλ_i＝2d Sin θ_i(λ_i为X射线波长，θ_i为衍射角，d为晶体晶面间距，n为衍射级数，只考虑n＝1)，满足布拉格条件的晶体表面应和聚焦圆处处重合。为此需要把晶面曲率为1/2R的柱面反射器的凹面再加工成具有曲率为1/R的表面，即表面曲率为1/R，晶面曲率为1/2R的弯曲晶体符合罗兰条件和布拉格条件，且具有全聚焦功能，衍射像可以聚焦到一点或一条线，本发明首选双曲率全聚焦功能的弯曲晶体完成对X射线衍射分光。