CN1454314A - 应用x射线的成套测试设备 - Google Patents

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Abstract

用于在多个分析仪器上同时用X射线进行研究的成套测试设备，它包括一发散的X射线源(1)、用于将射线传输至各分析仪器(5)的各光路装置、以及各分析仪器的各装置，可供进行光谱、衍射和其他研究、物体内部结构成像、X射线曝光，等等。发散的X射线在作为一组弯曲光路的X射线“半”镜头(2)的各光路内被光路壁多次全外反射而被转变成传输至分析仪器(5)的准平行射线束(4)，每一“半”镜头截获X射线源(1)的一部分发散射线(3)。本发明的成套测试设备可包括X射线“全”镜头(6)，用于将射线聚焦在位于分析仪器(8)之一的输入部分的焦点区域(22)。

Description

应用X射线的成套测试设备
发明领域
本发明是关于用X射线研究和测试物质、材料或装置的技术。
背景技术
用于进行上述研究和同时在几个分析仪器上进行测试的成套设备是众所周知的(见1981年由K.Kunts.Moscow，“Mir”出版的“同步加速器”中的第80-89页[1])。在这样的成套测试设备中，所有分析仪器共用一个射线源。所述射线源是一个同步加速器，或者在更现代的成套测试设备中是储能环。由同步加速器或储能环发出的同步加速器射线被传输至分析仪器(工作站)。进行具体研究或测试所需要的频谱带从带宽相当大的同步加速器射线中萃取(本发明与这一点相关，这一频段是在X射线频段内)。每一分析仪器的装置构成由这种或那种研究和测试的专业而定。
但是，众所周知，同步加速器射线源，包括储能环，是非常复杂的大构造物，其价格高达几亿美元。射线谱含有X射线频段的储能环的直径都不会小于50m([1]第80页)。
在采用同步加速器射线源时，由于其尺度庞大，最复杂的问题是所必需的真空度的维护，从加速器环的几十米长的周边到分析仪器的射线传输光路(通向蓄能器)和每一分析仪器的实验容积内都要有必要的真空度，任一分析仪器内的真空度的降低都将使其停止工作，还会影响蓄能器和与之连通的全部分析仪器([1]，第80页)。
根据分析仪器的数量，从由同步加速器或储能环发出的窄的定向射线束中萃取出X射线并形成某些射线束，必须在真空中进行，这是一个严重的课题，当然这可以用掠射镜(grazing mirror)和晶体系统来解决。在用上述范围内的光路时，应采取专门步骤确保每一形成的射线束的位置控制和维护，这种射线束在垂直平面内的宽度以mrad(毫弧度)计。所以，如果在40m距离处，射线束偏移不超过10mm，则强度就损失了一或两个数量级，这取决于分析仪器的孔径([1]，第85页)。
对于上述尺度的同步加速器和储能环，解决其运行人员和分析仪器处的研究人员的防辐射屏蔽问题也是很难的。
最后，还要指出，基于同步加速器或储能环的成套测试设备是如此昂贵，以致于只有少数几个国家能够建造。所以，现在世界上只有很少几套这样设备。几十年来，各国政府在联合建造这种设备。欧洲的同步加速器辐射中心(在法国的格勒诺布尔)就是这种设备的一个例子。
尽管同步加速器射线源有已被注意到的缺点，但目前它仍是独一无二的能够得到窄的定向辐射的频谱平面的射线源类型，足以用于研究和测试的目的，在所要求的工作范围内，可同时供几个分析仪器工作。
所以，创造一种更适合于科学家和工程师使用的成套测试设备是很有必要的，其能够以便宜的射线源给分析仪器的射入孔提供高强度的射线。
本发明创造的成套测试设备没有上述的缺点(尺度庞大，价格昂贵，真空度保持问题，防辐射安全问题，在射线传输到分析仪器的应用中射线束的形成和控制问题)。
发明概要
本发明的用于在多个分析仪器上同时用X射线进行研究的成套测试设备，和已知的同类设备相类似，包括射线源、将射线传输至分析仪器的光路装置、以及分析仪器的各装置。
与已知同类设备不同的是，本发明的成套测试设备包括用作射线源的发散X射线源，每一将射线传输至分析仪器的光路装置包括制成为一组弯曲光路形式的X射线镜头，X射线在该镜头内的各弯曲光路内被光路壁多次全外反射，该镜头是放置成能够截获射线源的发散X射线的一部分并能把所截获的X射线转变成准平行(quasi-parallel)的射线束。X射线管、激光发生器或等离子发生器都可以用作发散X射线源。
因此，不采用同步加速器或储能环作为射线源，而是并且尤其是可以用标准的X射线管作为射线源，以及用X射线镜头萃取射线并使之变成窄的定向准平行射线束，进而把X射线传输至分析仪器，这些就是本发明的技术成果。
此外，本发明的成套测试设备还包括另一个用作一组弯曲光路的X射线镜头，X射线在该镜头内的各弯曲光路内被光路壁多次全外反射，该镜头是放置成能够截获射线源的发散X射线的一部分，并且该镜头是制成为能够使截获的X射线转变，以及分析仪器制成为能将所研究的物体与之放置在一起并能使所研究物体上要研究的部分对准X射线聚焦区域。
在用一个X射线管的发散X射线作为本发明中的射线源时，所述射线管可以制成具有不同类型的阳极，阳极尤其可以是微焦的(microfocal)、直通的、转动的、复合材料的、钨的。用具有显微测焦的或直通的阳极的射线管来产生发散在宽的空间角(solid angel)内的射线是合适的；用具有复合材料阳极的射线管可以得到与阳极中的若干化学元素相对应的射线中的不同谱线；用具有转动阳极的射线管，由于其散热情况的改善，可以得到更大的射线密度；而用具有钨阳极的射线管可以产生大带宽的X射线。
在本发明的成套测试设备中用一个具有转动的、复合材料的或钨的阳极的射线管作为发散X射线源的情况中，所述成套测试设备还可以包括至少一个单色光镜，将其放置在由X射线镜头形成的准平行射线束的路径上，其能够萃取这一射线束的一部分并将其反射向分析仪器。在这一情况下，由一个X射线镜头形成的准平行射线束可用于为至少两个分析仪器提供X射线。
在构成本发明的成套测试设备之一部分的分析仪器用于进行光谱研究的情况中，它包括一个用于放置所研究的试件的装置、一个用于检测试件被激发出来的射线的检测器、一个连接于检测器输出的光谱光路装置、以及连接于光谱光路装置输出的数据处理和成像装置。这样一个分析仪器是放置在构成成套测试设备之一部分的X射线镜头的输出焦点区域那一部分，以及所述镜头是放置成能够截获射线源的发散X射线的一部分，并且所述镜头是制成为能够使射线聚焦。这一分析仪器必须制成为能够使所研究的试件上的要研究部分对准所述镜头的焦点区域。
尤其是，接受准平行射线束的各分析仪器有如下可能性。
如果这样的分析仪器用于进行光谱研究，它包括一个制成为一组弯曲光路形式的X射线镜头，X射线在该镜头内的各弯曲光路内被光路壁多次全外反射，该镜头是制成并放置成能够使准平行的射线束聚焦。所述分析仪器还包括用于放置所研究的试件并使其上要研究的部分对准X射线的焦点区域的装置。此外，这一分析仪器包括用于检测所研究的试件被激发出的射线的检测器、连接于检测器输出的光谱光路装置、以及连接于光谱光路装置的输出用于进行数据处理和成像的装置。
在构成本发明的成套测试设备之一部分并接受准平行的射线束的分析仪器用于进行衍射研究的情况中，所述分析仪器包括一用于放置所研究的试件并使其相对于射线束的传播方向定向的装置、一用于检测所研究的试件上衍射的射线的检测器、一用于使检测器和所研究的试件相对定位的装置、以及一连接于检测器的输出用于进行数据处理和成像的装置。
在构成本发明的成套测试设备之一部分并接受准平行的射线束的分析仪器用于物体内部结构成像的情况中，所述分析仪器包括一用于使物体定位的装置和一用于检测穿过物体的射线的检测器，检测器又有图象目视读出和记录装置。
在构成本发明的成套测试设备之一部分并接受准平行的射线束的分析仪器用于进行X射线曝光(注：本文中的术语“X射线曝光”还可指“X射线印刷”或“X射线蚀刻”)的情况中，所述分析仪器包括一用于放置掩摸的装置和一用于放置表面上涂有一层保护膜的基底的装置，因此，放置基底的装置放置在放置掩模的装置的后面。
附图说明
本发明由以下各附图予以图示说明，其中：
图1示出了本发明的各主要构成部分的组成和相对布置；
图2示出了X射线沿X射线镜头的一单条光路以多次全外反射形式传播的情形；
图3示出了一个用于聚焦发散的射线(全镜头)的X射线镜头的示意图；
图4示出了一个用于将发散的射线变成准平行射线(半镜头)的X射线镜头的示意图；
图5示出了用于进行光谱研究的分析仪器的各组成装置及其相对布置，在这一应用中，射线源发出的射线被聚焦射线源的发散的射线的“全”X射线镜头传输至所述分析仪器；
图6示出了同样的情况，在这一应用中，由“半”X射线镜头形成的准平行射线被传输至分析仪器；
图7示出了一接受准平行射线的分析仪器的各组成装置及其相对布置，该分析仪器是用于进行衍射研究；
图8示出了另一接受准平行射线的分析仪器的各组成装置及其相对布置，该分析仪器是用于进行物体内部结构成像；
图9示出了又一接受准平行射线的分析仪器的各组成装置及其相对布置，该分析仪器是用于进行X射线曝光；
图10示出了本发明的成套测试设备的各构成部分在布置上的“几何关系”的一种变化，其中，用几个单色光镜将准平行射线束分成分别传输至若干分析仪器的几部分。
本发明的较佳实施例
本发明的成套测试设备(图1)包括一个用于为各分析仪器(工作站)5提供X  射线的X射线管1，其乃是一个共用的X射线源，每一分析仪器的装置组成对应于其专门用于的一定研究、测量或试验类型。几个X射线镜头2(对应于分析仪器5的数目)以空间角度3放置在位，该空间角度对应于X射线管1所形成的射线。每一镜头获取X射线管1的射线在空间角度3内的那一部分并且将它所获取的那一部分发散的射线转变成准平行射线束4。各X射线镜头的射入面的焦点区域互相对准并与X射线管1的射出孔的中心对准，应尽可能做到这一点。
每一镜头2的射出射线束4对准对应的分析仪器5的输入孔。分析仪器5放置成至X射线镜头2有一个距离，该距离应从便于工作人员接近来选定(分析仪器放置区域内各射线束之间的距离必须足够各装置的放置和工作人员的就位)。
制造成能把发散的X射线转变成准平行的X射线的X射线镜头2以及由这些镜头形成的准平行射线束4构成了X射线从射线源(X射线管1)传输到分析仪器(工作站)5的光路或光路装置。
在特定情况下，本发明的成套测试设备还可以包括一个或多个X射线镜头6，这些镜头将它们获得的X射线管1的发散X射线聚焦在需要有更精确的X射线特性作用于所研究的对象的专用分析仪器8的输入侧预定位置内的很小面积上。空间角7对应于图1中由镜头6聚焦的射出X射线束。在需要时，在本发明的成套测试设备中在X射线管的直接射线区域内不用聚焦镜头6也可以得到与上述等效的作用，其作法是采用类似镜头2之一但取向与之相反的镜头来为分析仪器5提供聚焦的X射线，因为用这样的镜头可以将准平行的X射线束4转变成聚焦的射线。屏蔽9对工作人员提供防射线管1的X射线保护，屏蔽9上有供射线束4、7通过且尺度与之相适应的孔。保护屏蔽9可以放置成靠近分析仪器5、8(图1所示就是这样)，或者也可以靠近X射线镜头2、6的射出面。由于射线束4的长度可能是几米或更长，前一种放置情况中的屏蔽尺度比后一种情况的大得多。但是，应该预料到，保护屏蔽生产中的差错对射线管1的X射线直接作用于工作人员有更大的影响。
本发明的成套测试设备的最重要部件是X射线镜头，正是由于使用它们才可能取得技术成果，这些部件已列举于本发明的概要中。
用于X射线控制(聚焦发散的射线，使发散的射线变成平行的射线，聚焦平行的射线等)的第一组镜头，根据需要，可具有一组弯曲的射线传输光路10(图2)，在其中射线经受壁面11的多次全外反射。图2中的折线12示出了当单独的定量X射线沿X射线镜头内的一条光路10传播时其被多次全外反射的过程。这样的镜头是被制成为毛细管组或多毛细管形状，这些毛细管穿过沿着镜头的长度以一定距离设置的支撑结构的许多孔或称微孔(见V.A.Arkadiev，A.I.Kolomiitsev，M.A.Kumakhov等人的<具有宽角孔径的宽带X射线光学器件>一文，《乌兹别克物理科学》期刊，1989，第157卷，第3期，第529-537页[2]；美国专利No.5,192,869(1993，09，03公布)[3])。一个镜头作为一个整体，如果是用于聚焦发散的射线，是制成腰鼓形的(也就是中间粗两头细)，如果是用于将发散的射线变成准平行射线或者用于聚焦准平行的射线，则制成半腰鼓形的(也就是一头粗一头细)。
下文中，将用“全”镜头和“半”镜头这两个术语来表示上述两种形式的镜头，包括不同于实施例中所述镜头的镜头。本发明的以下叙述中将用适当的术语。
大家知道，一个镜头中各相邻射线传输光路的各壁沿它们的整个长度互相接触，而且各光路本身的横断面沿其整个长度是变化的，其变化规律与镜头的整个横断面的变化规律相同(见V.M.Andreevsky，M.V.Gubarev，P.I.Zhidkin，M.A.Kumakhov，A.V.Niskin，I.Yu.Ponomarev，Kh.Z.Ustok等人的<具有可变横断面的光路段的X射线波导系统>，1990.5.9-15在前苏联卡巴尔迪诺-巴儿卡里安自治共和国厄尔布鲁士山区举行的关于射线与固体的相互作用的第四届全苏大会的论文摘要集，第177-178页[4]；美国专利No.5,570,408(1996.10.29公布)[5])。具有这样光路的“全”镜头和“半”镜头分别示意地绘于图3和图4。
“全”镜头(图3)有这样弯曲的光路，其从镜头两端面向左右的延伸线分别会聚于左右焦点区域13和14，焦点区域的尺度与单个光路的直径处于同一数量级。靠近“全”镜头外周的光路的弯曲度比靠近与镜头的纵向几何轴线相重合的光学轴线15的光路的弯曲度大。为了聚焦发散的X射线，必须将一个准点光源(quasi-point source)放在焦点区域之一，然后就能在另一侧的焦点区域实现聚焦。
当发散的射线从左边射入图4所示的“半”镜头时，该镜头就把它变成从右边射出的准平行射线。各光路至“半”镜头的光学轴线15的距离不同，其弯曲度使它们的左端延伸线会聚于“半”镜头的焦点区域16，这样，焦点区域16一定与发散的X射线的准点光源相重合，而且“半”镜头的各光路在其射出面(图4的右端)是相互平行的。当准平行的X射线从图4所示的“半”镜头的右端射入时，该射线就被聚焦在左边的焦点区域16。
由于使用能直接发出X射线的射线源(X射线管)，在本发明的成套测试设备中不必用任何装置来从射线源的射线中萃取X射线频段的射线。射线的获取及其在传输至分析仪器的各光路上的分布也不需要任何专用的装置或技术。把镜头2、6以一定距离放置在从射线管发出的射线区域内就行了，这样就使镜头的焦点区域附近成为射线管1的射线的有效几何中心。
也不需要用任何专用装置来维护所形成的X射线(X射线束4，7)在其通往分析仪器5、8的路径上所必需的轨迹。只要使X射线管1和镜头2、6相对机械固定就行了。X射线管1和X射线镜头2、6的特点是很稳定，其在初始正确安装后不需要任何调整。
只要被传输的准平行射线束的长度，亦即X射线镜头的射出面和分析仪器之间的距离，不超过几米(这一距离足够分析仪器的各装置的方便放置和工作人员的就位)，X射线的衰减和发散是很小的。因此，射线可以直接地在空气介质中传输，不必创造任何真空条件。所以，本发明的成套测试设备中也不存在真空度保持问题。
用屏蔽9实现的防射线保护结构上很简单，这种保护可以用通常用于低功率X射线管1的建筑结构来提供(下文中将说明其是非常可行的)。
与以发出脉冲性质的射线为特点且其参数不可能由分析仪器的工作人员加以改变的同步加速器相比，X射线管的射线既可以是连续的也可以是脉冲的，且可具有所需要的脉冲参数。由于能够以连续的射线工作，那些用脉冲射线不可行的研究(例如，由于脉冲射线的平均强度相当于连续射线，而脉冲中的高强度可能引起所研究介质中的非线性作用关系)可以用本发明的成套测试设备进行。
构成本发明的成套测试设备之一部分的分析仪器可用于解决大量各类基础和应用研究课题，例如，简单的、复杂的和蛋白质结晶的衍射研究和表面状态研究，用聚焦的X射线束进行X射线荧光分析，包括生物方面和医药方面应用的不同物体的内部结构成像，新材料和药品的分析，表面的细纹、特点和质量的分析，等等。
在构成本发明的成套测试设备之一部分的分析仪器用于进行光谱分析的情况下，它包括(图5)一个用于放置所研究的试件18的装置17、一个用于检测试件被激发出的射线的检测器19、一个连接于检测器19输出的光谱光路装置20、和一个连接于光谱光路装置20输出的用于进行数据处理和成像的装置21。将这样一个分析仪器8放置在乃是成套设备之一部分的X射线“全”镜头6射出焦点区域22的一部分上(也见图1)，并且将所述镜头放置成能够获取射线源1的一部分发散X射线且能够使获取的射线聚焦。用于放置所研究的试件18的装置17必须便于将所研究的试件18的要研究的部分对准“全”镜头6的射出焦点区域22(图1和图5中的右边的那个)。关于光谱光路装置的各构成部分(放大器、叠加信号抑制器(rejector)、多光路幅值分析器以及其他)以及数据处理和成像装置21的资料详见特别是如下书籍：R.Volsdet著《应用X射线光谱分析》，第二章，莫斯科原子能出版社，1977[6]。光谱研究的主要应用领域是通过评定所研究的试件中的不同化学元素的定量含量确定试件的元素成分。
类似上述的分析仪器也可以用准平行X射线，其射线束用一个“半”镜头2(图1)来形成。对于这一用途，用“半”镜头23(见图6，其示出了加了这一镜头的分析仪器5)完成图5所示的装置8就足够了。“半”镜头23的焦点区域24起着“全”镜头的射出焦点区域的作用。
如果构成本发明的成套测试设备之一部分并接受准平行射线束的分析仪器5用于进行衍射研究(见图7)，它包括(图7)用于放置所研究的试件18并使其相对于射线束4的传播方向正确定向的装置17、用于检测在所研究的试件上衍射的射线的检测器19、用于使检测器19和所研究的试件18相对定位的装置25、以及连接于检测器19的输出用于进行数据处理和成像的装置26。用于使检测器和所研究的试件相对定位的装置25和用于放置所研究的试件18并使其相对于射线束4的传播方向正确定向的装置17应该有很高的角度精度，而且，这些装置应制成具有角度测量机构。这样的分析仪器的主要应用领域是研究晶体试件。
如果构成本发明的成套测试设备之一部分并接受准平行射线束的分析仪器5用于进行物体内部结构成像，则所述仪器(图8)包括用于使物体18定位的装置17和用于检测穿过物体的射线的检测器27。在最简单的情况下，装在防止光线作用的包装内的普通X射线胶卷或薄膜可以用作所述检测器。所述胶卷同时用作图象记录的载体和在其显影之后作为目视观察图象的载体。本发明的成套测试设备的分析仪器中应用的其他成像结构原理图在例如欧洲专利申请No.EP 0 742 150(1996.7.31公布)[7]中有所叙述。
如果构成本发明的成套测试设备之一部分并接受准平行射线束的分析仪器5用于进行X射线曝光，则所述仪器(图9)包括用于固定掩模29的装置28和用于放置上面涂有一层保护膜32的底片或基底31的装置30，并且装置30是放在装置28的后面。更复杂的结构原理见例如美国专利No.5,175,755(1992.12.29公布)[8].。
美国专利No.5,497,008(1996.05.03公布)[9]和欧洲专利No.EP 0 555376(1998.03.18公布)[10]中叙述了其中应用X射线“全”镜头和“半”镜头的分析仪器结构的许多其他例子。
如果射线管的阳极是钨制成的，由于钨的射线其带宽相当大且强度相当高，可以用各不同的单色光镜分离出各不同的波长。
如果用由某些化学元素制成的一个复合材料对象作为射线管阳极，这样，各单色光镜将能有选择地析取该复合材料阳极的特性射线中的一个或其它波长。
要用的发散X射线源的类型选择应特别由其要解决的课题所限定。所以，当研究是在生物、医药领域进行时，例如用于显微镜或其他目的，就可以用属于软X射线频段的激光器和等离子源的射线。除这样一些源之外，在包括分析仪器(工作站)的本发明的成套测试设备中也可以采用功率足够的X射线管。X射线曝光课题(既有接触又有投射)和LIGA技术都是借其解决的。
射线管的阳极、X射线镜头和分析仪器放置的可变“几何关系”的应用取决于X射线管的类型。
上述并示于图1的几何关系还有一种可能，其中每一分析仪器对应于仅为其形成一个射线束的X射线镜头。在这一“几何关系”中，用例如带有一直通或微焦阳极的射线管是适当的，这样的射线管尤其能在半空间内发出辐射，所以，大多数“半”镜头和“全”镜头都可以放置在所述射线管射线的空间角内。
图10示出了另一种“几何关系”，其特点是在很大程度上适用于以带有一转动阳极的射线管(通常位置1表示它)作为X射线源的情况。在用这样的射线管时，射线源是线性的。这种射线管有两个射出窗口。X射线光学器件只“获取”从这两个窗口射出的射线。几个(5-10)单色光镜33以不同的角度放置在由X射线“半”镜头2形成的准平行射线束的路径上，以使对应数量的分析仪器能工作。这些单色光镜“截取”从“半”镜头2射出的初始射线束4的横截面的不同部分34，并使其反射部分35射向分析仪器5。具有不平行于晶体平面的剪切平面和层状结构的晶体可以用作单色光镜33。单色光镜的类型及其相对于从“半”镜头射出的X射线束的方向的取向角决定着所要求的在对应单色光镜上反射的那一部分射线束的对准度。
这样，当用一X射线管作为发散的射线源时，将射线传输至各分析仪器的各光路可以分成下列的部分：
在图1所示的“几何关系”上：
—X射线管1(更确切地说是其阳极)和X射线镜头2或6的射入面之间的空间(在空间角3的界限内)；
—X射线镜头2或6内的光路；
—X射线镜头2或6的射出面和各分析仪器5或8之间的空间(在镜头2的射出射线束的横截面的界限内或在对应于镜头6的射出射线束的空间角7的界限内)；
在图10所示的“几何关系”上：
—X射线管1(更确切地说是其阳极)和X射线镜头2的射入面之间的空间(在空间角3的界限内)；
—X射线镜头2内的光路；
—X射线镜头2的射出面和单色光镜33之间的空间(在镜头2的射出射线束4的部分射线34的横截面的界限内)；
—单色光镜33和分析仪器5之间的空间(在由单色光镜反射的射线束35的横截面的界限内)。
现在让我们来比较一下现代同步加速器和构成本发明的成套测试设备之一部分的X射线管的射线参数。
在参考文献[1]的图15(20页)给出了英国的同步加速器“Doris”(E＝2GeV，电流等于300mA)的射线亮度曲线，从该图可以看到，这一加速器以大约10keV发出1010photon/s eV(mrad)2，也就是处于等于1mrad的窄空间角和等于1eV的窄谱范围内，Doris射出1010量级的光子每秒。而功率为1W的X射线管可以各向同性地射出近似3·1011光子每秒。这些光子是处于大约10eV宽的光谱范围内的准单色光子。对应地，功率10kW的X射线管可以发出3·1015光子每秒。
用X射线“半”镜头把发散的射线变成准平行的射线可以产生下列数量的光子，其以约3mrad的角度发散准平行传输，并可用在本发明的成套测试设备中：
   N＝3·1015·α·π·(Δθ3)2/4πphot/s·(3mrad)2·10eV，
式中Δθ3——被“半”镜头截获的射线对应的X射线管的孔径，
α——“半”镜头的传输效率
考虑Δθ3＝0.1rad(弧度)，α＝0.3，我们得到
  N＝2，5·1011·phot/c·eV·(mrad)2，
也就是说，本发明的成套测试设备中，平均功率为10kW的X射线管与光学装置结合起来使用，能够给出的射线强度，在相同的频谱和角度范围内，是同步加速器Doris的射线强度的25倍。很明显，在本发明的成套测试设备中用功率仅为400W的X射线管就能达到用同步加速器Doris可得到的约10keV的射线密度。这样的甚至功率更大的X射线管现在在科学研究例如衍射研究中广泛地应用着。例如，飞利浦公司在用2.5kW功率的X射线管研究衍射。
当今，功率30-100kW的具有转动阳极的X射线管在生产并自由地销售。这种射线管包括发生器的价格约为100,000美元，比同步加速器的价格低3个数量级。
从以上给出的计算来看，所提出的解决方法的效率和实用性是很明显的。
工业应用
本发明的成套测试设备，由于其与传统的装置相比相当简单和成本低，可应用于广泛的专业范围，其能够大大扩展X射线在研究、试验和测量中的应用，给分析仪器的射入光孔提供较佳的射线强度。我们建议，在将来，本发明的成套测试设备可广泛的应用于大中型的物理实验室
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7.欧洲专利申请No.EP 0 742 150(1996.7.31公布)(Europeanapplication No.EP 0 742 150(published 31.07.96)).
8.美国专利No.5,175,755(1992.12.29公布)(USA patent No.5,175,755(published 29.12.92)).
9.美国专利No.5,497,008(1996.05.03公布)(USA patentNo.5,497,008(published 05.03.96)).
10.欧洲专利No.EP 0 555 376(1998.03.18公布)(European applicationNo.EP 0 555 376(published 18.03.98)).

Claims (27)

1.一种用于在多个分析仪器上同时用X射线频段的射线进行研究的成套测试设备，它包括一射线源、用于将射线传输至各分析仪器的各光路装置、以及各分析仪器(5)的各装置，其特征在于：
所述成套测试设备包括一作为射线源的发散X射线源(1)，
至少一个能将射线传输至分析仪器(5)的光路装置包括用作一组弯曲光路(10)的X射线镜头(2)，用于使X射线在其光路壁(11)多次全外反射，所述镜头是放置和制造成能够截获射线源(1)的发散的X射线的一部分(3)并能将其转变成准平行的射线束(4)。
2.如权利要求1所述的成套测试设备，其特征在于，所述成套测试设备还包括一用作一组弯曲光路的X射线镜头6，X射线在所述镜头内的各弯曲光路内被光路壁多次全外反射，所述镜头是放置和制造成能够截获射线源(1)的发散的X射线的一部分并能将所截获的射线聚焦，
一分析仪器(8)，放置在所述X射线镜头6的射出焦点区域22的那一部分并制造成能将所要研究的物体(18)定位以使所要研究的物体的需要研究的部分对准所述X射线镜头(6)的射出焦点区域(22)。
3.如权利要求2所述的成套测试设备，其特征在于，放置在所述X射线镜头(6)的射出焦点区域(22)那一部分的所述分析仪器8是用于进行光谱研究，并且所述分析仪器包括用于检测所研究的试件18被激发出来的射线的检测器19，
连接于所述检测器的输出的光谱光路装置(20)，
连接于光谱光路装置(20)的输出用于进行数据处理和成像的装置21。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的成套测试设备，其特征在于，所述成套测试设备包括用作发散的X射线源的X射线管1。
5.如权利要求4所述的成套测试设备，其特征在于，所述X射线管(1)制成为具有微焦阳极。
6.如权利要求4所述的成套测试设备，其特征在于，所述X射线管(1)制成为具有直通阳极。
7.如权利要求4所述的成套测试设备，其特征在于，所述X射线管(1)制成为具有转动的阳极。
8.如权利要求4所述的成套测试设备，其特征在于，所述X射线管(1)制成为具有复合材料的阳极。
9.如权利要求4所述的成套测试设备，其特征在于，所述X射线管(1)制成为具有钨的阳极。
10.如权利要求7至9中的任一项所述的成套测试设备，其特征在于，所述成套测试设备还包括至少一个单色光镜(33)，其放置成能够萃取准平行射线束(4)的一部分(34)并向所述分析仪器反射线束(35)，
所述准平行射线束(4)是由制成为既能截获射线源的发散的X射线的一部分又能把所截获的射线转变成准平行的射线束的所述X射线镜头(2)形成的。
11.如权利要求1至3中的任一项所述的成套测试设备，其特征在于，所述成套测试设备包括一用作发散X射线源的等离子或激光X射线源。
12.如权利要求1至3和5至9中的任一项所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行衍射研究并且它包括一用于放置所要研究的试件(18)并使所述试件相对于准平行射线束(4)的传播方向定向的装置(1 7)。
13.如权利要求1至3和5至9中的任一项所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行物体内部结构成像并且它包括一用于使物体(18)定位的装置(17)和用于检测穿过所述物体的射线的检测器(27)，所述检测器又包括用于目视读出和记录图象的装置。
14.如权利要求1至3和5至9中的任一项所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行X射线曝光并且它包括用于定位掩模(29)的装置(28)和用于放置其上涂有一层保护膜(32)的基底(31)的装置(30)，并且所述装置(30)是放置在所述装置(28)的后面。
15.如权利要求1至3和5至9中的任一项所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行光谱研究并且它包括用作一组弯曲的光路的X射线镜头(23)，X射线在所述镜头内的各弯曲光路内被光路壁多次全外反射，所述X射线镜头制成并放置成能将准平行的射线束聚焦，
用于使所研究的试件(18)定位以使其上所要研究的部分对准X射线聚焦区域(24)的装置(17)，
用于检测所研究的试件(18)被激发出来的射线的检测器(19)，
连接于检测器(19)  的输出的光谱光路装置(20)，
以及连接于所述光谱光路装置(20)的用于数据处理和成像的装置(21)。
16.如权利要求4所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行衍射研究并且它包括用于放置所要研究的试件(18)并使试件相对于准平行射线束(4)的传播方向定向的装置(17)，
用于检测在所研究的试件上衍射的射线的检测器(19)，
用于使所述检测器和所研究的试件相对定位的装置(25)，
以及连接于所述检测器(19)的输出的用于数据处理和成像的装置(26)。
17.如权利要求4所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于物体内部结构的成像并且它包括用于使所述物体(18)定位的装置(17)，
以及用于检测穿过物体的射线的检测器(27)，所述检测器包括目视读出和记录图象的装置。
18.如权利要求4所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行X射线曝光并且它包括用于放置掩模(29)的装置(28)，
用于放置表面上涂有一层保护膜(320的基底(31)的装置(30)，
并且所述装置(30)是放置在所述装置(28)的后面。
19.如权利要求4所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行光谱研究并且它包括用作一组弯曲的光路的X射线镜头(23)，X射线在所述镜头内的各弯曲光路内被光路壁多次全外反射，
所述X射线镜头(23)制成并放置成能将准平行的射线束聚焦，
用于使所研究的试件(18)定位以使其上要研究的部分对准X射线聚焦区域(24)的装置(17)，
用于检测所研究的试件(18)被激发出来的射线的检测器(19)
连接于检测器(19)的输出的光谱光路装置(20)，
以及连接于所述光谱光路装置(20)的输出用于数据处理和成像的装置(21)  。
20.如权利要求10所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行衍射研究并且它包括用于放置所要研究的试件(18)并使试件相对于准平行射线束(4)的传播方向定向的装置(17)，
用于检测在所研究的试件上衍射的射线的检测器(19)，
用于使所述检测器和所研究的试件相对定位的装置(25)，
以及连接于所述检测器(19)的输出用于数据处理和成像的装置(26)。
21.如权利要求10所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于物体内部结构的成像并且它包括用于使所述物体(18)定位的装置(17)，
以及用于检测穿过物体的射线的检测器(27)，所述检测器包括用于目视读出和记录图象的装置。
22.如权利要求10所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行X射线曝光并且它包括用于放置掩模(29)的装置(28)，
用于放置表面上涂有一层保护膜(32)的基底(31)的装置(30)，
并且所述装置(30)是放置在所述装置(28)的后面。
23.如权利要求10所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行光谱研究并且它包括用作一组弯曲的光路的X射线镜头(23)，X射线在所述镜头内的各弯曲光路内被光路壁多次全外反射，
所述镜头制成并放置成能将准平行的射线束聚焦，
用于使所研究的试件(18)定位以使其上要研究的部分对准X射线聚焦区域(24)的装置(17)，
用于检测所研究的试件(18)被激发出来的射线的检测器(19)，
连接于检测器(19)的输出的光谱光路装置(20)，
以及连接于所述检测器(19)的输出用于数据处理和成像的装置(21)。
24.如权利要求11所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行衍射研究并且它包括用于放置所要研究的试件(18)并使试件相对于准平行射线束4的传播方向定向的装置(17)，
用于检测在所研究的试件上衍射的射线的检测器(19)，
用于使所述检测器和所研究的试件相对定位的装置(25)，
以及连接于所述检测器(19)的输出用于数据处理和成像的装置(26)。
25.如权利要求11所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于物体内部结构的成像并且它包括用于使所述物体(18)定位的装置(17)，
用于检测穿过物体的射线的检测器(27)，所述检测器包括用于目视读出和记录图象的装置。
26.如权利要求11所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行X射线曝光并且它包括用于放置掩模(29)的装置(28)，
用于放置其上涂有一层保护膜(32)的基底(31)的装置(30)，
并且所述装置(30)是放置在所述装置(28)的后面。
27.如权利要求11所述的成套测试设备，其特征在于，其中至少一个接受准平行射线束(4)的分析仪器(5)是用于进行光谱研究并且它包括用作一组弯曲的光路的X射线镜头(23)，X射线在所述镜头内的各弯曲光路内被光路壁多次全外反射，所述X射线镜头(23)制成并放置成能将准平行的射线束聚焦，
用于使所研究的试件(18)定位以使其上要研究的部分对准X射线聚焦区域(24)的装置(17)，
用于检测所研究的试件(18)被激发出来的射线的检测器(19)，
连接于检测器(19)的输出的光谱光路装置(20)，
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