DE1572829B1

DE1572829B1 - Device for a fully focusing X-ray spectrometer

Info

Publication number: DE1572829B1
Application number: DE19671572829
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Bruno Harm
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1967-06-19
Filing date: 1967-06-19
Publication date: 1971-02-11

Description

Ein Röntgenstrahlenspektrometer enthält im wesentlichen einen Analysator-Kristall, eine Röntgenstrahlenquelle, einen Detektor und einen Detektorspalt. An X-ray spectrometer essentially contains an analyzer crystal, an x-ray source, a detector and a detector slit.

Zur Spektrometerierung wird der Analysator-Kristall um einen bestimmten Winkel verdreht. Die Röntgenstrahlenquelle, der Mittelpunkt des Analysator-Kristalls und der Fokussierungspunkt der von dem Analysator-Kristall reflektierten monochromatischen Strahlung liegen auf einem Rowlandkreis. Dieser Rowlandkreis hat den Radius R. Die Netzebenen des Analysator-Kristalls sind mit dem Krümmungsradius 2 R gekrümmt. Der Abstand b, Quellpunkt der Röntgenstrahlen und Analysator-Kristallmitte, wird von dem Beugungswinkel 8 der auf den Analysator-Kristall auftreffenden Strahlen und dem Radius R des Rowlandkreises bestimmt. Er hat die Größe b = 2 R sin wobei der Winkel 6 der Beugungswinkel ist. Bei einem vollfokussierenden Röntgenspektrometer hat dann auch der Abstand Analysator-Kristallmitte zum Fokuspunkt den gleichen Wert b.For spectrometry the analyzer crystal is around a certain Twisted angle. The X-ray source, the center of the analyzer crystal and the focus point of the monochromatic reflected from the analyzer crystal Radiation lie on a Rowland circle. This Rowland district has the radius R. Die Lattice planes of the analyzer crystal are curved with the radius of curvature 2 R. Of the Distance b, source point of the X-rays and analyzer crystal center, is from the diffraction angle θ of the rays impinging on the analyzer crystal and the radius R of the Rowland circle. It has the size b = 2 R sin where the Angle 6 is the flexion angle. With a fully focusing X-ray spectrometer the distance between the center of the analyzer and the crystal and the focal point has the same value b.

Wird der Analysator-Kristall um seinen Mittelpunkt gedreht, so muß der Abstand Quellpunkt-Analysator-Kristall verändert werden, und mit ihm ändert sich in gleicher Weise der Abstand Analysator-Kristallmitte zu Fokuspunkt. Soll sich der Eintrittspalt des Detektors stets am Fokuspunkt befinden, müßte dieser Detektor gemäß der Bewegung des Fokuspunktes mitbewegt werden. Dabei müßte der Detektorarm, auf dem der Detektor befestigt ist, in seiner Länge verändert werden. Dies führt jedoch zu einem sowohl raummäßig als auch führungstechnisch aufwendigen Mechanismus, der sich an vorgegebenen Spektrometern wegen des großen Platzbedarfes nur sehr schwierig oder gar nicht realisieren läßt. If the analyzer crystal is rotated around its center point, then must the distance from the source point to the analyzer to the crystal can be changed, and changes with it The distance from the center of the analyzer to the focal point changes in the same way. Intended to if the entrance slit of the detector is always at the focal point, this would have to be Detector can be moved along with the movement of the focal point. The detector arm would have to on which the detector is attached, can be changed in length. this leads to however, to a mechanism that is complex in terms of both space and management, which is very difficult to use given spectrometers because of the large amount of space required or can not be realized at all.

Verzichtet man hingegen auf eine Veränderung der Stellung des Detektors in der Achsenrichtung des Detektorarmes, so kann der Fokuspunkt der monochromatischen Strahlung nur in einer bestimmten Stellung im Eintrittsspalt des Detektors liegen. Wählt man einen festen Detektorspalt so groß, daß er in jeder Reflexionsstellung die reflektierte Strahlung voll eintreten läßt, wird das Signal-Untergrundverhältnis der zu untersuchenden monochromatischen Strahlung empfindlich gestört, da im allgemeinen die optimale Spaltbreite kleiner ist als die maximal erforderliche. Die optimale Spaltbreite des Detektorspaltes bedeutet, daß lediglich Nutzstrahlung, d h. monochromatische Strahlung in den Detektor selbst gelangt. Die Detektorspaltbreite muß also variabel sein, wenn stets die optimale Spaltbreite eingestellt sein soll. On the other hand, if you do not change the position of the detector in the axial direction of the detector arm, the focus point can be the monochromatic Radiation only lie in a certain position in the entrance slit of the detector. If you choose a fixed detector gap so large that it is in every reflection position allows the reflected radiation to fully enter, the signal-to-background ratio becomes of the monochromatic radiation to be investigated, because it is generally disturbed the optimal gap width is smaller than the maximum required. The optimal one Gap width of the detector gap means that only useful radiation, i.e. monochromatic Radiation enters the detector itself. The detector gap width must therefore be variable if the optimal gap width should always be set.

Es ist eine Blendenvorrichtung bei einem Röntgendiffraktometer bekannt, die aus einer Aperturblende mit zwei Blendenbacken besteht. Dabei ist die Aperturblende um die Mittellinie zwischen den Blendenbacken so drehbar angeordnet, daß die Blendenebene bei allen Beugungswinkeln stets parallel zur Oberfläche des drehbaren Präparates steht. Die Drehung der Aperturblende ist mit der Drehung des Präparates mechanisch gekoppelt. Die Blendenweite ergibt sich bei dieser bekannten Anordnung als eine reine Sinusfunktion. A diaphragm device is known in an X-ray diffractometer, which consists of an aperture diaphragm with two diaphragm jaws. Here is the aperture diaphragm around the center line between the diaphragm jaws so rotatably arranged that the diaphragm plane at all diffraction angles always parallel to the surface of the rotatable specimen stands. The rotation of the aperture diaphragm is mechanical with the rotation of the specimen coupled. The aperture width results in this known arrangement as one pure sine function.

Die eingangs erläuterten Bedingungen bei einem vollfokussierenden Linearspektrometer erfordern jedoch für die Blendenweite eine Funktion, in der ein additives Glied neben der Sinusfunktion vorkommt. The conditions explained at the beginning for a fully focusing However, linear spectrometers require a function for the aperture in which a additive term occurs in addition to the sine function.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die auch dieses additive Glied berücksichtigt und so eine stets optimale Spaltbreite für den Detektor ergibt. Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung für ein vollfokussierendes Röntgenspektrometer mit Analysator-Kristall, Röntgenstrahlenquelle, Detektor und Detektorspalt, bei der eine Drehung des Analysator-Kristalls um den Winkel 8 in eine Drehung eines Detektorarmes, auf dem der Detektor und der Detektorspalt befestigt sind, um den Winkel 2 übertragen wird. Diese Vorrichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Analysator-Kristallträger bei seiner Drehung um den Winkel 6 eine mit ihm fest verbundene erste Drehscheibe mitdreht, daß diese Drehscheibe mit einem Seilzug od. dgl. eine zweite Drehscheibe um den Winkel 6 dreht, deren Mittelpunkt auf dem Detektorarm liegt und vom Mittelpunkt der Drehscheibe einen konstanten Abstand hat und auf der zwei Zylinder, die den Detektorspalt bilden, in einem gegenseitigen Abstand ihrer Achsen von der Länge des Analysator-Kristalls radial gegenüberstehend befestigt sind und daß der Durchmesser der Zylinder gleich dem Produkt aus Länge des Analysator-Kristalls und dem Abstand der Mittelpunkte dividiert durch den Durchmesser des Fokussierungskreises des Spektrometers ist.The invention is therefore based on the object of providing a device create that also takes this additive link into account and thus always an optimal one Gap width for the detector results. The invention is based on a device for a fully focusing X-ray spectrometer with analyzer crystal, X-ray source, Detector and detector gap, in which a rotation of the analyzer crystal around the Angle 8 in a rotation of a detector arm on which the detector and the detector gap are attached to the angle 2 is transferred. This device is according to Invention characterized in that an analyzer crystal carrier during its rotation around the angle 6 a fixedly connected first turntable rotates that this Turntable with a cable pull or the like, a second turntable rotates through the angle 6, whose center is on the detector arm and from the center of the turntable has a constant distance and on which two cylinders that form the detector gap, at a mutual distance of their axes from the length of the analyzer crystal are fixed radially opposite and that the diameter of the cylinder is the same the product of the length of the analyzer crystal and the distance between the centers divided by the diameter of the spectrometer's focusing circle.

Die Zylinder können vom Mittelpunkt der Drehscheibe wegstrebend mit Blendenbacken verlängert werden. The cylinders can strive away from the center of the turntable Aperture jaws are extended.

Die Erfindung gewährleistet, daß bei einem vollfokussierenden Linearspektrometer, bei dem der Detektorarm nicht der mit dem Beugungswinkel 6 sich ändernden Entfernung des Fokussierungspunktes vom Analysator-Kristallmittelpunkt angepaßt wird, trotzdem ein optimales Verhältnis zwischen in den Detektor einfallender Nutz- und Störstrahlung erzielt wird. The invention ensures that with a fully focusing linear spectrometer, in which the detector arm does not change with the diffraction angle 6 distance of the focus point is adjusted from the analyzer crystal center point, anyway an optimal ratio between the useful and interfering radiation incident on the detector is achieved.

Die Erfindung wird an Hand der Figur näher erläutert. The invention is explained in more detail with reference to the figure.

Ein starrer, bei Kund F drehbar gelagerter Arm KF, an dem bei K der Analysator-Kristall LKM befestigt ist, wird längs einer festen Geraden F11 F2, geführt. A rigid arm KF rotatably mounted at Kund F, on which at K the Analyzer crystal LKM is attached, is guided along a fixed straight line F11 F2.

Somit erfährt der Analysator-Kristall LKM bei Bewegung längs der Führungsgeraden K1, K2, eine Drehung um den Winkel #.The analyzer crystal thus experiences LKM when moving along the straight guide line K1, K2, a rotation through the angle #.

Ein Detektorarm A wird mit Hilfe einer nicht näher erläuterten Mechanik nochmals um einen Winkel 6 gedreht. Somit wird der Detektorarm A gegenüber der Führung K1, K21 um den Winkel 2 2# gedreht. Auf dem Detektorarm A ist im Abstand KD eine Drehscheibe Dz befestigt. Mit der auf dieser Drehscheibe D2 angebrachten Vorrichtung wird der Detektorspalt EH realisiert. A detector arm A is made with the aid of a mechanism that is not explained in more detail rotated again by an angle 6. Thus, the detector arm A is opposite the guide K1, K21 rotated by the angle 2 2 #. On the detector arm A there is one at a distance KD Turntable Dz attached. With the device attached to this turntable D2 the detector gap EH is realized.

Für die Drehung der Drehscheibe D2 und die Dimensionierung der den Detektorspalt EH begrenzenden Zylinder Z1 und Z2 gelten folgende Überlegungen. For the rotation of the turntable D2 and the dimensioning of the The following considerations apply to cylinders Z1 and Z2 delimiting the detector gap EH.

Der Detektorspalt EH soll stets so groß sein, daß alle Nutzstrahlung, die von dem Analysator-Kristall LKM auf den Punkt D' fokussiert wird, gerade hindurchgelassen wird. Es muß dabei gelten, daß der Winkel, der von den Strecken ED' und HD' eingeschlossen wird, gleich dem Winkel ist, der von den Strecken LD' und MD' eingeschlossen wird. The detector gap EH should always be so large that all useful radiation, which is focused on point D 'by the analyzer crystal LKM, is just allowed through will. It must apply here that the angle enclosed by the lines ED 'and HD' is equal to the angle enclosed by the lines LD 'and MD'.

Wegen der Kleinheit der Winkel folgt daraus, daß das Verhältnis der Strecken EH zu DD' gleich dem Verhältnis der Strecken LM sin 6 zu KD ist. Da die Strecke DD' gleich der Strecke KD' minus der Strecke KD ist, und da die Strecke KD' gleich 2 R sin 6 ist, gilt die Gleichung Da die Strecke LM stets klein gegenüber der Strecke KD ist, kann diese Bedingung mit einem drehbaren Detektorspalt realisiert werden. Auf der Drehscheibe D2 sind zwei Zylinder Z1 und Z2 radial gegenüberstehend befestigt. Die Zylinder haben den Durchmesser (KD-.LM) :2R=2r.Because of the smallness of the angles, it follows from this that the ratio of the distances EH to DD 'is equal to the ratio of the distances LM sin 6 to KD. Since the distance DD 'is equal to the distance KD' minus the distance KD, and since the distance KD 'is equal to 2 R sin 6, the equation applies Since the distance LM is always small compared to the distance KD, this condition can be implemented with a rotatable detector gap. Two cylinders Z1 and Z2 are fastened radially opposite one another on the turntable D2. The cylinders have the diameter (KD-.LM): 2R = 2r.

Ihre Mittelpunkte sind auf der Drehscheibe D2 auf einem Kreis mit dem Durchmesser LM montiert.Their centers are on the turntable D2 on a circle with the diameter LM mounted.

Der Mittelpunkt der Drehscheibe D2 befindet sich im Punkte D.The center of the turntable D2 is at point D.

Befindet sich der Analysator-Kristall LKM an einer Stelle K1, und hat dort der Beugungswinkel 6 seinen kleinsten Wert, so soll das Röntgenspektrometer die monochromatische Röntgenstrahlung auf den Punkt D fokussieren. In allen anderen Stellungen ist die Strecke KD kleiner als die Strecke KD'. Is the analyzer crystal LKM at a point K1, and If the diffraction angle 6 has its smallest value there, the X-ray spectrometer should focus the monochromatic X-rays on point D. In everyone else Positions, the distance KD is smaller than the distance KD '.

Da die Zylinder Z1 und Z2 in der gezeigten Stellung die volle Öffnung des Detektors nicht abdecken, sind sie mit zusätzlichen seitlichen Blendenbacken B1 und B2 versehen. Diese Blendenbacken B1 und B2 streben von der Drehscheibe D2 bzw. von deren Mittelpunkt D weg. Weitere feste Abschirmplatten sind vorgesehen, aber nicht dargestellt. Sie dienen dazu, die Streustrahlung, die von anderen Seiten zum Detektor gelangen können, abzuhalten. Because the cylinders Z1 and Z2 are fully open in the position shown of the detector, they are provided with additional side diaphragm jaws B1 and B2 provided. These diaphragm jaws B1 and B2 strive from the turntable D2 or away from its center point D. Further fixed shielding plates are provided, but not shown. They serve to reduce the scattered radiation from other sides can get to the detector.

Der Analysator-Kristall LKM ist auf einem Kristallträger T befestigt. Auf diesem Kristallträger T ist eine zweite Drehscheibe D1 befestigt. Sie hat den gleichen Durchmesser LM wie die Drehscheibe D2. The analyzer crystal LKM is attached to a crystal carrier T. A second turntable D1 is attached to this crystal carrier T. She has that same diameter LM as the turntable D2.

Ein Seilzug S od. dgl. läuft über den Umfang der beiden Drehscheiben D1 und D2 und überträgt die Relativdrehung von Kristallträger T zu Detektorarm A um 6 auf die Drehscheibe D2. Die Drehscheibe D2 wird somit um den Mittelpunkt D um den Winkel 6 gedreht. Mit ihr werden die Zylinder Z1 und Z2 bewegt. Die Detektorspaltbreite EH verändert ihre Ausdehnung gemäß der obengenannten Beziehung.A cable S or the like runs over the circumference of the two turntables D1 and D2 and transmits the Relative rotation of crystal carrier T to detector arm A by 6 to the turntable D2. The turntable D2 is thus around the center point D. rotated by the angle 6. With it the cylinders Z1 and Z2 are moved. The detector gap width EH changes its expansion according to the above relationship.

Claims

Claims: 1. Device for a fully focusing X-ray spectrometer with analyzer crystal, X-ray source, detector and detector slit the one rotation of the analyzer crystal through the angle 6 into one rotation of a Detector arm on which the detector and the detector gap are attached to the Angle 2 is transmitted, characterized in that an analyzer crystal carrier (T) when it is rotated through the angle 6 a first turntable firmly connected to it (DX also rotates that this turntable (D1) with a cable (S) or the like. A second The turntable (D2) rotates through the angle 6, its center point (D) on the detector arm (A) and a constant distance from the center (K) of the turntable (D1) (KD) and on which two cylinders (Z1 and Z2), which form the detector gap (EH), at a mutual distance between their axes of the length (LM) of the analyzer crystal (LKM) are attached radially opposite and that the diameter (2 r) of the cylinder (Z1 and Z2) equal to the product of the length (LM) of the analyzer crystal and the distance the center points (K, D) divided by the diameter of the focus circle of the spectrometer.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cylinder (Z1 and Z2) striving away from the center (D) of the turntable (D2) with cover jaws (B1 and B2) are extended.