專利名稱:X-射線發(fā)生器的制作方法
本發(fā)明與需用X-射線源為激發(fā)源的儀器有關(guān)。
引證材料(1)K.Siegbahn等，“ESCAAtomic，Molecular，and Solid State Strueture Studied by Means of Electron Spectroscopy”，Nova Acta Regiae Soc.Seio，Upsaliensis，Ser.Ⅳ，vol.20(1967)。
(2)K.Yate等，J.Phys，E，b，130(1973)。
(3)Q.C.Herd，UK Patent Application，GB2133208A。
已有的X-光電子能譜儀均以X-射線發(fā)生器為激發(fā)源，1967年琶巴(Siegbahn)等(1)用電子轟擊式單陽(yáng)極X-射線發(fā)生器作為激發(fā)源。1973年雅特(Yate)等(2)發(fā)表了電切換雙陽(yáng)極X-射線發(fā)生器的技術(shù)方案見圖1。以后這種技術(shù)方案被大多數(shù)X-光電子能譜儀制造廠采納。1982年赫德(Herd)(3)發(fā)明了四陽(yáng)極遙控選靶X-射線發(fā)生器見圖2。此發(fā)明已在英國(guó)克拉托斯(Kratos)公司生產(chǎn)的X-光電子能譜儀中使用。
目前X-光電子能譜學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)X-射線發(fā)生器提出進(jìn)一步要求1、需要更高強(qiáng)度的激發(fā)源。2、有多種可供選擇的特征線能量和無(wú)交叉干擾的X-射線源以實(shí)現(xiàn)XPS非分解超薄層剖面分析，測(cè)量更深層核心能極的電子結(jié)合能及其光電截面和獲得更廣泛的俄歇參數(shù)(Auger Parameter)。3、任意地選擇與所用靶相匹配的窗材料。4、高重復(fù)性定量分析。
已有的X-射線發(fā)生器在換窗和靶時(shí)必需將工作室放氣，工作靶面不可避免地受到來(lái)自燈絲和環(huán)境的污染，無(wú)法獲得高重復(fù)性的定量分析。用水作為熱耗散介質(zhì)，則陽(yáng)極的額定功率受到限制。雙陽(yáng)極靶可供選擇的特征X-射線只能有兩種，而四陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的靶則存在嚴(yán)重的交叉干擾，所以不能滿足上述的要求。
本發(fā)明所說(shuō)X-射線發(fā)生器可以較好的解決上述要求。
本發(fā)明是電子轟擊式X-射線發(fā)生器，發(fā)生器的總體結(jié)構(gòu)見圖3。
由冷指桿(6)、靶體(10)、燈絲組件(8)、窗架(9)和傳遞桿(11)組成槍體。靶體可在傳遞桿帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)角度以選擇工作面，也可以通過(guò)傳遞桿拉至清潔室(14)中進(jìn)行靶面清潔，或?qū)⑶鍧嵤曳艢庖员愀鼡Q靶體。
窗架(9)可以通過(guò)取窗帽(29)用傳遞桿送入或取出，真空工作室與清潔室中間串連有超高真空閥(12)，用于真空工作室與清潔室之間的通、斷。
清潔室由刻蝕離子槍(13)泵口(15)真空封蓋(16)等組成。
密封承套(17)用于清潔室的真空密封和傳遞桿的水平支承。它由內(nèi)含的密封圈，支持套管和差分抽氣口(18)組成。標(biāo)尺(19)用以指示傳遞桿的軸向和角度位置。
靶體工作時(shí)產(chǎn)生的熱由熱耗散裝置消除，熱耗散裝置由低溫容器(1)和槍體中的冷指桿組成，低溫容器內(nèi)盛放可隨時(shí)補(bǔ)充的低溫介質(zhì)，冷指桿一端插入中空的靶體，另一端與低溫容器內(nèi)筒相聯(lián)成一體。
靶體為中空的四棱柱體，具有四個(gè)相互垂直的靶面，靶面呈微凹形見圖10，靶體與內(nèi)螺紋體(10″)焊成一體見圖9，傳遞桿的端頭有一外螺紋體(30)見圖8，與內(nèi)螺紋體(10″)相匹配，窗架(9)包括窗材料固定板(27)和定位槽(28)見圖6，取窗帽(29)可分別與窗架和傳遞桿相聯(lián)用于窗的取送。
本發(fā)明所說(shuō)的X-射線發(fā)生器較之已有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)1、采用低溫傳導(dǎo)法進(jìn)行熱耗散保證靶的高功率工作狀態(tài)和系統(tǒng)的無(wú)噪音，無(wú)腐蝕運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、可任意選擇同一靶體上具有不同陽(yáng)極材料的靶面，可隨時(shí)更換靶體和與所用陽(yáng)極相匹配的窗材料而不必破壞真空工作室的真空狀態(tài)。
3、可隨時(shí)進(jìn)行靶面清潔，實(shí)現(xiàn)高度重復(fù)性定量測(cè)量。
4、具有四個(gè)微凹面的靶體結(jié)構(gòu)完全避免了交叉干擾。
圖1 表示1973年雅特(Yate)等發(fā)表的電切換雙陽(yáng)極X-射線發(fā)生器。
A1-陽(yáng)極面1 a-冷卻水管A2-陽(yáng)極面2 b-靶體f1-燈絲1 c-屏蔽板f2-燈絲2 d-槍體套筒w-窗圖2 表示1982年赫德(Herd)發(fā)明的四陽(yáng)極遙控選靶X-射線發(fā)生器。
T1-陽(yáng)極面1 e1-屏蔽板1T2-陽(yáng)極面2 e2-屏蔽板2T3-陽(yáng)極面3 e3-屏蔽板3T4-陽(yáng)極面4 e4-屏蔽板4F1-燈絲1 g-電子陷井
F2-燈絲2 h-槍體套筒圖3 示出本發(fā)明的X-射線發(fā)生器總體結(jié)構(gòu)1-低溫容器 10-靶體2-高壓電極 11-傳遞桿3-燈絲電極4-絕緣支承 12-超高真空閥5-槍體套筒 13-刻蝕離子槍6-冷指桿 14-清潔室7-真空工作室 15-泵口8-燈絲組件 16-真空封蓋9-窗架 17-密封支承18-差分抽氣口19-定位標(biāo)尺A-A-圖4的剖面位置標(biāo)記圖4 槍體橫截面表示靶體與樣品和電子能量分析器的相對(duì)位置。
A-A-在圖3中的剖面標(biāo)記20-電子能量分析器 24a-燈絲a21-窗 24b-燈絲b22-窗壓板 25-燈絲底座23-屏蔽板 26-樣品圖5 窗架截面圖B-B-在圖6中的剖面標(biāo)記28-定位槽圖6 窗架外形圖
B-B-圖5剖面標(biāo)記27-窗支承板圖7 取窗帽剖面圖29-取窗帽圖8 傳遞桿外形圖30-外螺紋體 11-傳遞桿圖9 靶體剖面圖C-C-圖10截面位置標(biāo)記10′-銅陽(yáng)極基體 10″-內(nèi)螺紋體圖10 靶體截面圖 此圖是在圖9靶體上C-C位置截面101′-靶面1 103′-靶面3102′-靶面2 104′-靶面4最佳實(shí)施方式參見圖3低溫容器(1)是雙層中空和相互絕緣的套筒式結(jié)構(gòu)，其中可盛放液氮(-178℃)，為確保安全，瓶口封蓋裝有與高壓電極聯(lián)鎖的保護(hù)繼電器。絕緣支承(4)可用陶瓷制成。
冷指桿在低溫容器的一端用不銹鋼制成，在真空工作室內(nèi)的另一端用無(wú)氧銅材料制成，兩部分以螺紋咬合方式聯(lián)成一體，在真空工作室內(nèi)的冷指桿端頭插入中空的靶體中，將靶體工作時(shí)產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)出來(lái)。
槍體套筒(5)用無(wú)氧銅材料制成，參見圖9、圖10，靶體10由銅陽(yáng)極基體10′和與其焊成一體的內(nèi)螺紋體(10″)組成，陽(yáng)極基體的外側(cè)表面呈微凹形可以選用熱蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)或射頻濺射等方法在陽(yáng)極基體外表面上鍍敷所需的陽(yáng)極材料。
通過(guò)高壓電極(2)向靶體提供高壓，實(shí)用的電壓范圍2～20千伏。
參見圖4，燈絲組件(8)由支架在陶瓷底座(25)上的雙燈絲(24a)和(24b)以及燈絲屏蔽板(23)組成，燈絲處于零或接近于零電位。
雙燈絲可以單獨(dú)，也可以同時(shí)工作，每個(gè)燈絲的實(shí)用發(fā)射電流范圍是1～60毫安，屏蔽板(23)與燈絲處于相同或略負(fù)電位。
窗材料可依據(jù)陽(yáng)極發(fā)射的特征X-射線的特性選用5微米鋁箔、10～20微米厚鈹箔或其它適用的薄膜材料(如聚酯和云母等)，窗材料(21)通過(guò)窗壓板(22)固定在窗架(9)上。
靶體(10)可通過(guò)傳遞桿(11)的角度旋轉(zhuǎn)來(lái)選擇工作面，傳遞桿也可以將靶體水平拉至清潔室由刻蝕離子槍進(jìn)行靶面清潔，或?qū)⑶鍧嵤曳艢夂笕〕霭畜w進(jìn)行更換。
窗架(9)可通過(guò)取窗帽(29)用傳遞桿拉出以更換新窗。
所有上述轉(zhuǎn)靶、取靶和取窗操作均不破壞真空工作室真空。
處于真空工作室(7)和清潔室(14)間的超高真空閥(12)與高壓電極連鎖保護(hù)，超高真空閥開，高壓斷，在此條件下傳遞桿可自由出入工作室和進(jìn)行轉(zhuǎn)靶、取送靶和取送窗操作，只有在傳遞桿退出工作室外和關(guān)閉超高真空閥以后，才可能啟動(dòng)高壓。
刻蝕離子槍采用大束斑掃描型氬離子槍。
與泵口(15)相接的是60升/秒小渦輪分子泵。
差分抽氣口(18)接至主機(jī)的前極真空泵密封支承(17)內(nèi)含2至3個(gè)彈簧氟橡膠密封圈和一個(gè)四氟乙烯套管。
定位標(biāo)尺(19)用以指示傳遞桿的軸向和旋轉(zhuǎn)角度的工作位置。
按照與上述同樣的方式，本發(fā)明也可作為X-光單色器系統(tǒng)中的X-射線發(fā)生器部分，例如，靶面可鍍鋁和銀陽(yáng)極材料，用10
10石英晶體為衍射器，則可在78.5～77.5°布拉格角(Braggangle)上獲得(Al Kα1)和(Ag Lα1)的高純特征線。
權(quán)利要求
1.一種X-射線發(fā)生器，有真空工作室(7)、槍體和對(duì)靶體進(jìn)行熱耗散的裝置，其特征在于A、有一個(gè)清潔室(14)，在真空工作室與清潔室中間串聯(lián)一個(gè)超高真空閥(12)。B、槍體中有冷指桿(6)、靶體(10)、窗架(9)和燈絲組件(8)。C、熱耗散裝置中有一低溫容器(1)，低溫容器的內(nèi)筒與槍體中的冷指桿(6)連成一體。
2.按權(quán)利要求
1所說(shuō)的X-射線發(fā)生器，其特征在于清潔室上裝有一個(gè)可清潔靶面用的刻蝕離子槍(13)和一個(gè)便于更換靶體及窗架的密封承套(17)。
3.按權(quán)利要求
2所說(shuō)的X-射線發(fā)生器，其特征在于窗架為中空?qǐng)A柱體，在圓柱面的法線方向上設(shè)有窗(21)，窗架上有可與傳遞桿(11)連接的螺紋結(jié)構(gòu)。
4.按權(quán)利要求
3所說(shuō)的X-射線發(fā)生器，其特征在于靶體為中空四棱柱體，具有四個(gè)相互垂直的靶面(101′、102′、103′、104′)，靶面呈微凹形狀。靶體上有可與傳遞桿連接的螺紋結(jié)構(gòu)。
專利摘要
一種X—射線發(fā)生器，可在不破壞工作系統(tǒng)真空的條件下進(jìn)行靶體和窗的更換，可在系統(tǒng)內(nèi)部清潔靶面，并且能以較高的功率狀態(tài)工作，而靶體的各陽(yáng)極面無(wú)交叉干擾，可獲得高重復(fù)性定量分析結(jié)果。
文檔編號(hào)H01J35/18GK85102523SQ85102523
公開日1988年1月27日 申請(qǐng)日期1985年4月10日
發(fā)明者郁向榮 申請(qǐng)人:北京市理化分析測(cè)試中心導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan