Особенности отражения рентгеновского излучения от изогнутых поверхностей (1104153), страница 3
Текст из файла (страница 3)
4. а) Зависимость интенсивности в центре фокусного пятна от расстояниямежду выходным торцом концентратора и окном детектора. б) Зависимостьширины фокусного пятна на полувысоте (FWHM) от расстояния между выходнымторцом концентратора и окном детектора.13Примерпримененияиспытанногоконцентраторавустановкедлярентгеноструктурного анализа рассмотрен в 3.2.2. Использование оптики привело кросту интенсивности большинства рефлексов, а также и их общего количества.Кроме того, увеличился диапазон углов, в которых обнаруживаются рефлексы.В главе 4 теоретически и экспериментально изучены особенности эффекташепчущейгалереинасферическойповерхностивжесткомдиапазонерентгеновского излучения (0.12 – 0.3 нм). Глава состоит из четырёх разделов.В разделе 4.1 качественно рассмотрен эффект шепчущей галереи навогнутой сферической поверхности. Показано, что независимо от точностиюстировки, т.е.
от взаимного расположения зеркала и источника, вогнутаяповерхность зеркала сама находит и отбирает лучи, распространяющиеся вдоль неев режиме шепчущей галереи.Раздел 4.2 посвящен экспериментальному подтверждению этого тезиса. Вэксперименте измерялось двумерное распределение интенсивности на детекторедля различных взаимных расположений источника и зеркала. Результатыэксперимента представлены на рис. 5 (левая колонка). Они согласуются срезультатами численного моделирования (рис. 5, правая колонка), проведенногометодом прогонки лучей.
Описание алгоритма и результатов моделирования дано вразделе 4.3.Наконец, в разделе 4.4 получены аналитические выражения, объясняющиеповедение сигнала на детекторе при наблюдении эффекта шепчущей галереи навогнутых сферических поверхностях.В главе 5 обсуждается и экспериментально демонстрируется возможностьприменения эффекта шепчущей галереи для исследования качества вогнутыхсферических поверхностей, а также для получения двумерных рентгеновскихтомографических изображений депозитных объектов либо дефектов обработки наизогнутых зеркально отражающих поверхностях. Глава состоит из четырёхразделов.В первом разделе обсуждается механизм возникновения контраста наизмеряемых изображениях многократно отраженного от вогнутой сферическойповерхности пучка.
Показана возможность определения пространственногоположения и размеров дефектных областей на поверхности зеркала.14102244668810100121251015202510224466881010012101520251022446688101001210155101551015510155101551015202520252025202520252025α=+0.095oα=+0.000o125Z, мм51251015202510224466881010012α=-0.095o1251015202510224466881010α=-0.190o1201251015202510224466881010012α=-0.285o12510152025102244668810100120α=+0.190oα=-0.380o125510101515202025250551010151520202525Y, ммРис. 5. Изменение распределения интенсивности детектируемого излучения присмещении зеркала от плоскости, касательной к поверхности зеркала.
Степеньпочернения пропорциональна интенсивности. Левая колонка – эксперимент.Правая – результат компьютерного моделирования.15Этостановитсяпространственныхвозможным,распределенийврезультатеинтенсивностиизмеренияотраженногонаборапучкаприразличных углах вращения зеркала относительно его оси симметрии (подобнометоду томографии). Отмечено, что в роли исследуемых «дефектов» могут быть инанесенные на поверхность объекты.Особенностям и отличиям предложенного подхода от традиционного методакомпьютерной томографии посвящён раздел 5.2.
В разделе 5.3 представлена схемаэксперимента и описан метод обработки экспериментальных данных, позволяющихполучитьповерхностноераспределениекоэффициентовослаблениярентгеновского пучка.Рис. 6. Полученные результаты: (а) синограмма чистого зеркала; (б) синограммазеркала с отпечатком пальца; (в) реконструкция чистого зеркала; (г) реконструкциязеркала с отпечатком пальца. Степень почернения пропорциональна ослаблениюпучка.16Экспериментальныерезультаты,подтверждающиеработоспособностьпредложенной идеи, представлены в разделе 5.4. В первом эксперименте (рис. 6а)исследовалось зеркало без искусственно созданных областей, ослабляющих пучок.На реконструкции (рис.
6в), видны не только дефекты обработки поверхности, но иартефакты, связанные с теми особенностями, о которых говорилось в разделе 5.2.Кроме измерений чистого зеркала, также проводились эксперименты, в которых наповерхность искусственно наносились объекты разной природы: свинцоваякрошка, металлические и пластилиновые шарики разных диаметров и др. Одним изнаиболеенеожиданныхполученныхрезультатовявляетсявосстановлениеотпечатка пальца (см. рис. 6б и 6г), сделанного в центре зеркала. На реконструкцииотчетливо видны папиллярные линии (рис. 7).
Расстояния между папиллярнымилиниями, измеренные по результатам реконструкции, находятся в диапазоне от 0.2до 0.5 мм, что совпадает с прямыми измерениями.Рис. 7. Увеличенное изображение реконструкции отпечатка пальца,изображенной на рис. 6гВдругомэкспериментеисследовалсяволостолщиной~ 60 мкм.Восстановленное распределение коэффициентов ослабления представлено на рис.
8(слева). Область касания волосом отчётливо выделяется (см. рис. 8 (справа)) нафоне остальных дефектов и артефактов реконструкции.Таким образом, полученные на данный момент результаты подтверждаютпринципиальную возможность локального выявления дефектов на зеркальныхповерхностях с помощью предлагаемой методики.17Рис. 8. Реконструкция зеркала с волосом.ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ1.
Впервыетеоретическииэкспериментальноизученыособенностивозникновения и существования эффекта шепчущей галереи на сферическойповерхности в жестком диапазоне рентгеновского излучения (0.12 – 0.3 нм): впервыепоказано,чтонаблюдениеэффектанасферическойповерхности не требует столь тщательной юстировки, как, например,на цилиндрической поверхности; получены аналитические выражения для условий наблюдения эффекташепчущей галереи на сферической поверхности в жестком диапазонедлин волн; эти выражения подтверждены как в эксперименте, так и причисленном моделировании, проведенном по методу прогонки лучей; проведенныеисследованияподтверждаютэффективность(~20%)поворотаиспользованиемэффекташепчущейзначительнуюрентгеновскогогалереинапучкассферическойповерхности (радиус кривизны 25 см, диаметр 6 см, изготовлено изплавленого кварца).
Численный расчет показал, распространяясьвдольвогнутойповерхностиисследованногозеркала,лучснаибольшей вероятностью претерпевает около 50 отражений при18повороте, а в среднем каждый луч испытывает 60 отражений отсферической поверхности; впервые показана возможность исследования качества вогнутыхсферическихповерхностейскользящимпучкомжесткогорентгеновского излучения; разработанный метод позволяет определять местоположение иразмеры дефектов или нанесенных объектов на анализируемойповерхности; работоспособность предложенного подхода была продемонстрированана вогнутом сферическом зеркале из плавленого кварца с диаметром 6смирадиусомкривизны25 см.Даннымметодомудаетсяобнаруживать дефекты с линейными размерами ~50 мкм.2. Впервые аналитически решена задача оптимизации концентраторов длялабораторных рентгеновских источников: эффективностьконцентраторауниверсальныхпараметроввыраженачерезS/(F|1-ε|1/2)L/F,несколькои(1-e)/|1-ε|,представляющих собой безразмерные комбинации из межфокусногорасстояния 2F и эксцентриситета e эллипсоида, длины L идиэлектрической проницаемости ε вещества концентратора, а такжедиаметра источника S; аналитическое решение задачи оптимизации позволяет без каких-либовспомогательных вычислений, определить максимально возможнуюэффективностьконцентратораирассчитатьегооптимальныепараметры в зависимости от размера источника, длины волныизлучения,веществаотражающегопокрытия,атакжетехнологических и экспериментальных ограничений, накладываемыхна длину концентратора, расстояние между источником и образцом ит.д.; показано, что, несмотря на низкую эффективность эллипсоидальныхконцентраторов в рентгеновском диапазоне длин волн (от 0.027% дляλ = 0.154 нм до 42.8% для λ = 13.5 нм), выигрыш по интенсивности в19центре фокусного пятна составляет несколько порядков (от 2.7·102 раздо 1.17·105 для соответствующих длин волн); эффективностьконцентратораприближаетсякмаксимальновозможной при использовании источника конечных размеров, а неточечного, как можно было бы ожидать.
За счет этого эффекта можнодобиться повышения эффективности концентратора примерно на 4%(по сравнению с точечным источником).3. Проведенные испытания капиллярных оптических элементов из стекладемонстрируют возможность их эффективного применения как дляфокусировки излучения, так и для поворота рентгеновского пучка даже прииспользовании лабораторного источника, причем их дополнительнымпреимуществом является сравнительно низкая стоимость: в экспериментах с поликапиллярным волокном было показано, чтоэффективность поворота пучка на 10° составляет не менее 5% отинтенсивности пучка, прошедшего через неизогнутый поликапилляр; исследованные эллипсоидальные концентраторы, изготовленные покапиллярнойтехнологии,продемонстрировалифокусировкуизлучения Cu Kα (λ = 1.54 Å) в пятно диаметром 0.15 мм сувеличением интенсивности в нем в 7 раз.4.
Для проведения указанных выше исследований был разработан аппаратурнопрограммный комплекс, включающий в себя: пакет программ для численного моделирования по методу прогонкилучейвзаимодействиярентгеновскихпучковсзеркальнымиповерхностями различной формы; экспериментальную установку для проведения измерений, состоящуюиз узла рентгеновской трубки (с управлением заслонкой), узлаюстировки образца и двумерного координатного детектора (2048х2048элементов, 13х13 мкм). Узел юстировки позволяет проводитьлинейные перемещения образца в двух взаимно перпендикулярныхнаправлениях (ход 15 мм, точность 0.1 мм) и его покачивания вокругдвух взаимно перпендикулярных осей (угол наклона до 8 °, точность0.1°), а также вращать образец с угловой точностью ~0.03°.20Перемещения детектора позволяют регистрировать излучение сугловым отклонением относительно исходного направления пучка изтрубки 45 в горизонтальной плоскости и 10 в вертикальной; пакет программ для обработки экспериментальных данных.СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
