Линза для управления излучением в виде потока нейтральных или заряженных частиц, способ изготовления таких линз и содержащее такие линзы аналитическое устройство, устройство для лучевой терапии и устройства для контактной и проекционной литографии

Линза для управления излучением в виде потока нейтральных или заряженных частиц, способ изготовления таких линз и содержащее такие линзы аналитическое устройство, устройство для лучевой терапии и устройства для контактной и проекционной литографии

Реферат

 

Изобретения относятся к средствам для дефектоскопии и диагностики в технике и медицине, устройствам для лучевой терапии и литографии. Технический результат - увеличение степени фокусирования излучения линзой, обеспечение возможности использования частиц более высоких энергий и повышение зависящих от указанных факторов показателей устройств, использующих линзы для управления излучениями высоких энергий. Линза выполнена в виде совокупности сублинз различной степени интеграции. При этом сублинза наименьшей степени интеграции представляет собой совокупность каналов транспортировки излучения, являющуюся результатом совместного вытягивания и формования уложенных в пучок капилляров при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления внутри каналов капилляров и температуре, достаточной для размягчения материала и сплавления соседних капилляров. Сублинза каждой более высокой степени интеграции представляет собой совокупность сублинз предыдущей степени интеграции, являющуюся результатом их совместного вытягивания и формования при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления внутри каналов сублинз и температуре, достаточной для размягчения материала и сплавления соседних сублинз. Все сублинзы самой высокой степени интеграции скомпонованы в единую структуру, являющуюся результатом их совместного вытягивания и формования при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления в каналах сублинз и температуре, достаточной для размягчения их материала и сплавления соседних сублинз. Концы этой единой структуры обрезаны и образуют входной и выходной торцы линзы. Для получения линз вертикально в печь подают заключенный в трубчатую оболочку пучок заготовок в виде капилляров (например, стеклянных) или заготовок, полученных на предыдущей стадии процесса, и осуществляют вытягивание изделия из печи со скоростью, превышающей скорость подачи. Изделие разрезают на заготовки для следующей стадии, а на заключительной стадии формуют путем варьирования скорости вытягивания, после чего отделяют участки с образовавшимися бочкообразными утолщениями. 6 с. и 34 з.п. ф-лы, 30 ил.

Изобретение относится к средствам для дефектоскопии и диагностики в технике и медицине, использующим излучение в виде потока нейтральных или заряженных частиц, в частности рентгеновское излучение, а также к средствам, в которых указанное излучение используется в лечебных целях или для контактной либо проекционной литографии в микроэлектронике. Общим для всех названных средств является наличие в их составе одной или нескольких линз для осуществления требуемого преобразования указанного излучения. Конструкция такой линзы и способ изготовления таких линз также являются предметом предлагаемой группы изобретений.

Использование разных типов излучений - рентгеновского и гамма-излучения, нейтральных и заряженных частиц в различных областях, таких как приборостроение, медицина, микроэлектроника и др. за последние 20 - 30 лет существенно расширилось. Создаются все более мощные источники рентгеновского излучения и мощные безопасные источники нейтронов. Эти источники решают важные фундаментальные и прикладные задачи, стоящие перед наукой и индустрией.

К сожалению, указанные источники очень дороги. Для того, чтобы построить такие источники, как Европейский центр синхротронного излучения (Гренобль, Франция), нужны совместные усилия нескольких государств.

Поэтому очень важным является создание оптических устройств, которые могли бы существенно увеличить эффективную яркость дешевых и доступных источников, что позволило бы обойтись без использования уникальных источников, подобных названному выше.

В конце 80-х - начале 90-х годов завершающегося столетия были созданы линзы для управления рентгеновским и другими излучениями высоких энергий.

Первые линзы для управления излучением (фокусирования расходящегося излучения, формирования параллельного потока из расходящегося излучения, фокусирования параллельного излучения или другого преобразования), представляли собой совокупность каналов транспортировки излучения, в которых излучение испытывает многократное полное внешнее отражение. Такие линзы изготавливались в виде множества капилляров или поликапилляров, проходящих через отверстия или ячейки поддерживающих структур, установленных на определенном расстоянии по длине линзы (см.: В.А.Аркадьев, А.И.Коломийцев, М.А.Кумахов и др. Широкополосная рентгеновская оптика с большой угловой апертурой. Успехи физических наук, 1989, т. 157, вып. 3, с. 529-537 [1]; патент США N 5192869 (опубл. 09.03.93) [2]). Линза в целом имеет форму бочки (т.е. сужается к обоим торцам), если она предназначена для фокусирования расходящегося излучения, или полубочки (т.е. сужается только к одному из торцов), если она предназначена для преобразования расходящегося излучения в квазипараллельное или для фокусирования такого излучения.

В дальнейшем для обозначения линз двух названных типов, в том числе и имеющих отличное от описанного конструктивное выполнение, получили распространение соответственно термины "полная линза" и "полулинза".

Возможны и иные формы линз, отличные от "классических" бочки или полубочки, например линза выполнена "бутылкообразной" формы в виде тела вращения с образующей, имеющей перегиб, когда на одном или обоих концах каналы параллельны. Такие линзы могут быть использованы в качестве фильтров излучения (для отсечения высокоэнергетической части спектра источника), для преобразования размера сечения входного пучка и др.

Описанные выше линзы, относимые к линзам первого поколения, собираются вручную и довольно громоздки. Они позволяют фокусировать рентгеновское излучение с энергией квантов вплоть до 10 кэВ и получить фокусное пятно диаметром порядка 0,5 мм.

Известна также монолитная линза, в которой стенки соседних каналов транспортировки излучения контактируют друг с другом по всей длине, а сами каналы имеют переменное по длине поперечное сечение, изменяющееся по тому же закону, что и полное поперечное сечение линзы (V.M.Andreevsky, M.V.Gubarev, P. I. Zhidkin, M.A.Kumakhov, A.V.Noskin, I.Yu. Ponomarev, Kh.Z.Ustok. X-ray waveguide system with a variable cross-section of the sections. The IV-th All-Union Conference on Interaction of Radiation with Solids. Book of Abstracts (May 15-19, 1990, Elbrus settement, Kabardino-Balkarian ASSR, USSR, p. 177-178) [3]: патент США N 5570408 (опубл. 29.10.96) [4]).

С помощью этих линз удается фокусировать излучение с энергиями квантов до 20-25 кэВ. Поперечный размер канала транспортировки составляет около 10 микрон, а в ряде случаев удается добиться размеров канала до 2-3 микрон.

Такой же порядок имеет минимальный размер фокусного пятна. В настоящее время эти линзы, называемые линзами второго поколения, являются наиболее эффективными концентраторами рентгеновского излучения при использовании в качестве источников излучения рентгеновских трубок.

Недостатком монолитных линз является плохая повторяемость форм и размеров. Кроме того, практически не удается создать линзы достаточно большого (2-3 см и более) диаметра с субмикронными каналами.

В международных заявках PCT/RU94/00189 и PCT/RU94/00146 (международные публикации WO 96/01991 [5] и WO 96/02058 [6] от 25.01.96) описаны полная линза и полулинза, выполненные в виде совокупности плотно уложенных миниатюрных линз, каждая из которых представляет монолитную линзу. В такой конструкции удается получить соответственно большие, чем в обычной монолитной линзе, поперечные размеры. Благодаря увеличению апертуры увеличивается угол захвата излучения точечного источника. Однако размеры поперечного сечения каналов транспортировки излучения и фокусного пятна в этой линзе остаются такими же, как и в обычной монолитной линзе, а укладка миниатюрных линз для придания нужной формы линзе в целом должна производиться вручную.

Линза, выполненная из плотно уложенных миниатюрных линз, относящаяся к третьему поколению линз рассматриваемого назначения, наиболее близка к предлагаемой.

Технический результат, достигаемый в предлагаемой линзе, заключается в увеличении степени фокусирования излучения благодаря уменьшению поперечного сечения каналов, обеспечении возможности использования частиц более высоких энергий, а также в упрощении технологии изготовления благодаря исключению необходимости индивидуальной подгонки миниатюрных линз при компоновке их в единую структуру.

Для достижения данного результата предлагаемая линза для преобразования излучения, представляющего собой поток нейтральных или заряженных частиц, как и наиболее близкая к ней известная, содержит соприкасающиеся своими стенками каналы транспортировки излучения с полным внешним отражением, ориентированные входными концами с возможностью захвата излучения используемого источника.

В отличие от указанной известной, предлагаемая линза выполнена в виде совокупности сублинз различной степени интеграции. При этом сублинза наименьшей степени интеграции представляет собой совокупность каналов транспортировки излучения, являющуюся результатом совместного вытягивания и формования уложенных в пучок капилляров при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления внутри каналов капилляров и температуре, достаточной для размягчения материала и сплавления стенок соседних капилляров. Сублинза каждой более высокой степени интеграции представляет собой совокупность сублинз предыдущей степени интеграции, являющуюся результатом их совместного вытягивания и формования при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления внутри каналов сублинз и температуре, достаточной для размягчения материала и сплавления соседних сублинз. Все сублинзы самой высокой степени интеграции скомпонованы в единую структуру, являющуюся результатом их совместного вытягивания и формования при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления внутри каналов сублинз и температуре, достаточной для размягчения материала и сплавления соседних сублинз. Концы этой единой структуры обрезаны и образуют входной и выходной торцы линзы.

Указанная единая структура и линзы каждой из степеней интеграции могут иметь оболочку из того же материала, что и капилляры, либо близкого к нему по значению коэффициента температурного расширения.

Оболочки повышают жесткость конструкции и прочность линзы. Однако линза, в которой сублинзы не имеют оболочек, обладает большей прозрачностью.

Благодаря описанному выполнению предлагаемая линза, которая может быть названа интегральной линзой вследствие объединения в ней чрезвычайно большого количества (10⁶ и более) каналов транспортировки излучения (поэтому применительно к сублинзам использовано понятие степени интеграции), имеет каналы значительно меньшего поперечного сечения, чем монолитная линза, известная из [3, 4], или миниатюрные линзы в составе линзы, известной из [5, 6], так как на каждой стадии вытягивания происходит уменьшение диаметра каналов. Соответственно повышается степень фокусирования излучения, т.е. уменьшается размер фокусного пятна.

Все сублинзы самой высокой степени интеграции могут быть заключены в общую оболочку. Последняя в этом случае является внешней оболочкой линзы.

В ряде приложений оказывается полезным наличие на внутренней стороне стенок каналов транспортировки излучения покрытия из одного или нескольких слоев из одного и того же или разных химических элементов. Покрытия наносятся перед изготовлением интегральной линзы на внутреннюю сторону трубок, из которых получают капилляры. При этом важно, чтобы коэффициент теплового расширения материала покрытий был близок к коэффициенту теплового расширения материала, из которого изготавливают капилляры. В этом случае процесс идет без осложнений. Многослойные периодические покрытия позволяют реализовать преимущества, обусловленные интерференционными явлениями, возникающими при отражении от поверхностей, имеющих такие покрытия. В частности, возможна, монохроматизация излучения, транспортируемого по каналам с такими покрытиями стенок. Нанесение шероховатого покрытия приводит к появлению диффузной составляющей при отражении и может создать условия для транспортировки излучения при углах падения, превышающих критический угол полного внешнего отражения.

Как и известные линзы предыдущих поколений, полная интегральная линза выполняется с возможностью фокусирования расходящегося излучения; для этого входные и выходные концы каналов транспортировки излучения ориентированы, соответственно, в первую и вторую фокусные точки. В первой из них при использовании линзы размещают источник излучения; во второй точке формируется фокусное пятно линзы.

Для преобразования расходящегося излучения в квазипараллельное, как и при использовании линз предыдущих поколений, применяется интегральная полулинза, в которой одни концы каналов транспортировки излучения ориентированы в первую фокусную точку, а другие концы параллельны друг другу.

Полные интегральные линзы для фокусирования расходящегося излучения не всегда целесообразно делать симметричными. Если размер рентгеновского источника достаточно большой, то имеет смысл фокусное расстояние со стороны входного торца линзы делать большим, а фокусное расстояние со стороны выходного торца - меньшим, чтобы фокусное пятно было небольшим. Для этого радиус кривизны каналов в примыкающей ко входному торцу половине линзы должен быть больше, чем радиус кривизны каналов в половине линзы, примыкающей к выходному торцу, т.е. линза должна быть асимметричной относительно среднего по ее длине поперечного сечения.

Интегральная линза может быть выполнена также в виде тела вращения с образующей, имеющей перегиб, и разными диаметрами со стороны входа и выхода, в частности для изменения размера поперечного сечения транспортируемого пучка. В этом случае она имеет "бутылкообразную" форму.

При создании линз является традиционным требование, чтобы все каналы транспортировки линз были заполнены излучением полностью. Для этого необходимо, чтобы фактор заполнения = R(_кр)²/2d был больше или равен 1 (здесь R - радиус кривизны канала, d - диаметр канала, _кр- критический угол полного внешнего отражения).

Не всегда, однако, выполнение этого условия является целесообразным.

В случае когда 1, размер фокусного пятна линзы равен d+2f_выхкр, где f_вых - фокусное расстояние линзы со стороны выходы. Это означает, что размер фокусного пятна линзы невозможно сделать меньше d. Если отказаться от требования 1, то будет иметь место лишь частичное заполнение каналов излучением. При этом рентгеновские фотоны или нейтроны "прижимаются" к периферийной по отношению к оптической оси линзы стороне стенок каналов транспортировки. Если фактор << 1, то эффективный размер каналов может быть намного меньше, чем размер каналов d. При этом общая трансмиссия линзы уменьшается. Но пропорционально уменьшается и размер фокусного пятна, а площадь фокусного пятна уменьшается еще более резко, благодаря чему возрастает плотность излучения в фокусном пятне.

Линзы рассматриваемого назначения обладают аберрацией, заключающейся в том, что положение фокусного пятна в продольном направлении довольно размыто. Характерный размер размытости, как правило, превышает в десятки и более раз размер фокусного пятна в поперечном направлении. Очень большой вклад в эту размытость дают каналы транспортировки излучения, прилегающие к оптической оси линзы. Участие этих каналов в формировании фокусного пятна приводит к увеличению и поперечных его размеров, так как эти каналы имеют меньшую (вплоть до нулевой) кривизну и для них невозможно выполнить условие << 1 и даже условие < 1.

В одном из частных случаев выполнения предлагаемой линзы влияние этих каналов на размытость фокусного пятна в продольном направлении и увеличение его поперечных размеров можно исключить, закрыв прилегающую к оптической оси часть линзы со стороны входа или выхода экранами или сделав эту часть непроницаемой для излучения иным способом. Например, можно выполнить сплошной (не имеющей каналов) ту ее часть, где могли бы находиться сублинзы, для каналов которых 1.

Особенностью другого частного случая выполнения предлагаемой линзы является то, что каналы одной или нескольких сублинз, расположенных вблизи продольной оси линзы, выполнены с возможностью транспортировки излучения в них при однократном полном внешнем отражении или без него. Для этого они могут быть выполнены, например, меньшей длины, чем каналы сублинз, более удаленных от продольной оси линзы. Благодаря этому уменьшаются потери излучения в каналах указанных сублинз, и общий коэффициент трансмиссии линзы возрастает. Такой же результат достигается (правда, в сочетании с увеличением размытия фокусного пятна) при выполнении центральных каналов с большим диаметром.

Операции, выполняемые на различных этапах технологического процесса изготовления предлагаемой интегральной линзы, однотипны и не зависят от того, какова степень интеграции используемых на каждом этапе сублинз. Наиболее подходящим материалом для изготовления интегральных линз является стекло; возможно использование также других материалов, например, керамики, металлов, сплавов.

Предлагаемый способ изготовления интегральных линз включает две или более стадий получения заготовок. На каждой из этих стадий формируют пучок из ранее изготовленных заготовок, заполняя ими трубчатую оболочку.

В качестве заготовок на первой стадии используют капилляры, а на каждой из последующих стадий - заготовки, полученные в результате осуществления предыдущей стадии. Затем осуществляют вытягивание трубчатой оболочки вместе с заполняющими ее заготовками в печи, поддерживая скорость подачи в печь более низкой, чем скорость выхода изделия из печи, при постоянном соотношении между этими скоростями, после чего получают заготовки, являющиеся результатом данной стадии, путем разрезания выходящего из печи изделия по длине.

По окончании последней стадии заполняют заготовками, полученными на этой стадии, трубчатую оболочку, которую вместе с заполняющими ее заготовками вытягивают в печи, поддерживая скорость подачи в печь более низкой, чем скорость выхода изделия из печи, периодически изменяя соотношение между этими скоростями для образования на выходящем из печи изделии бочкообразных утолщений, затем из этого изделия путем разрезания его по длине получают линзы в виде участков изделия, содержащих только одно бочкообразное утолщение.

На всех этапах осуществления способа используют трубчатые оболочки, выполненные из того же материала, что и капилляры, либо близкого к нему по коэффициенту температурного расширения, а процессы вытягивания трубчатых оболочек с заполняющими их заготовками ведут при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления внутри каналов заготовок и при температуре, достаточной для размягчения материала и сплавления стенок соседних заготовок.

В зависимости от того, как производится разрезание (в сечениях, расположенных симметрично или асимметрично по обе стороны от максимума бочкообразного утолщения, либо в сечении, соответствующем максимуму утолщения, и по обе стороны от него), получают симметричные или несимметричные полные линзы либо полулинзы.

Режим скорости вытягивания (соотношение между скоростью подачи в печь трубчатой оболочки с заготовками и скоростью выхода изделия из печи) определяет форму линзы. В частности, изменение этого соотношения в процессе формирования бочкообразного утолщения приводит к получению линзы с разными радиусами кривизны ее каналов по разные стороны от максимума бочкообразного утолщения.

Линзу в виде тела вращения с образующей, имеющей перегиб, и концами каналов, параллельными продольной оси линзы, ("бутылкообразную" линзу) получают, отделяя участок выходящего из печи изделия, заключенный между максимумом бочкообразного утолщения и сечением, находящимся по другую сторону от точки перегиба образующей на отрезке изделия, где диаметр его постоянен.

Для получения линз, не имеющих оболочек, охватывающих сублинзы, каждую из стадий получения заготовок завершают стравливанием оболочек. Аналогично, если необходимо получить линзы без внешней оболочки, осуществляют стравливание этой оболочки.

Предлагаемый способ имеет аналог - способ по патенту США N 5812631 (опубл. 22.09.98) [10]. По этому способу тоже осуществляют несколько стадий вытягивания заготовок, представляющих собой помещенные в общую оболочку заготовки, полученные на предыдущей стадии. Режим вытягивания из печи изделия, служащего исходным для получения линзы путем отрезания участка этого изделия, в этом способе позволяет непосредственно получить полулинзу, а для получения полной линзы осуществляют повторное вытягивание в печи указанного изделия, подаваемого в печь другим концом. Это усложняет технологический процесс.

Однако гораздо более существенен другой недостаток данного способа. Он не предусматривает соблюдение условия, заключающегося в обеспечении приведенного выше соотношения давлений в капиллярах и пространстве между заготовками. Без соблюдения этого условия тонкостенные капилляры, обычно используемые для изготовления линз рассматриваемого назначения, при вытягивании сплющиваются, т.е. получение пригодной для практического использования линзы невозможно. Поэтому способ по указанному патенту США осуществим (т.е. позволяет получить принципиально работоспособные линзы) только при использовании капилляров, полученных из толстостенных (имеющих диаметр канала, сравнимый с толщиной стенки) трубок. Такое же соотношение сохраняется и в готовой линзе, вследствие чего она имеет весьма малую прозрачность. Например, если диаметр канала капилляра примерно равен толщине стенок, то прозрачность снижается почти на порядок. Она дополнительно снижается вследствие того, что данный известный способ предусматривает получение только таких линз, в которых присутствуют внутренние оболочки, так как не содержит операций по их удалению с поверхности заготовок.

Предлагаемый способ свободен от отмеченных недостатков известного.

Описанная в том же патенте США линза охарактеризована как линза, полученная по охраняемому этим патентом способу. В силу названных особенностей способа и обусловленных ими недостатков получаемая линза не только отлична от предлагаемой, но и не может считаться более близкой к ней, чем линзы, описанные в международных заявках PCT/RU94/00189 и PCT/RU94/00146 (международные публикации WO 96/01991 [5] и WO 96/02058 [6] от 25.01.96).

Одним из приложений предлагаемой интегральной линзы является аналитическое устройство - средство для анализа структуры (распределения плотности) объектов (включая медицинские и другие биологические объекты), элементного состава изделий и материалов. Использование для этих целей излучений, в частности рентгеновского, известно уже давно (см., например: Автоматизация производства и промышленная электроника. М.: Советская энциклопедия, 1964, т. 32, с. 277, т. 1, с. 209 [7]; Физика визуализации изображений в медицине. Под ред. С.Уэбба, т. 1. М.: Мир, 1991 [8]; Р.Вольдсет. Прикладная спектрометрия рентгеновского излучения. М.: Атомиздат, 1977 [9]).

Качественно новый этап развития таких устройств начался с применением в них линз для управления используемым излучением. Наиболее близким к предлагаемому является аналитическое устройство по патенту США N 5497008 (опубл. 05.03.96) [11].

В состав этого аналитического устройства входит источник излучения, представляющего собой поток нейтральных или заряженных частиц, и средство позиционирования исследуемого объекта, расположенное с возможностью воздействия на этот объект излучения источника. Кроме того, аналитическое устройство содержит один или несколько детекторов излучения, расположенных с возможностью воздействия на них излучения, прошедшего через исследуемый объект или возбужденного в нем, одну или несколько линз для преобразования излучения, представляющего собой поток нейтральных или заряженных частиц, расположенных на пути излучения от источника к исследуемому объекту и (или) на пути от последнего к одному или нескольким из указанных детекторов излучения и содержащих соприкасающиеся своими стенками каналы транспортировки излучения с полным внешним отражением.

При этом известное аналитическое устройство по патенту США N5497008 предусматривает использование в нем известных на время его разработки сборных (т. е. первого поколения) или монолитных (т.е. второго поколения) поликапиллярных линз. Как указывалось выше, эти линзы не обеспечивают возможность работы в области достаточно высоких энергий, а также не дают возможность создания малых фокусных пятен, что ограничивает точность и разрешающую способность анализа.

Техническим результатом, достигаемым в предлагаемом аналитическом устройстве, является повышение точности и разрешающей способности анализа, а также расширение возможностей анализа за счет применения излучений с более высокими энергиями, что становится возможным благодаря преимуществам предлагаемой интегральной линзы.

Предлагаемое аналитическое устройство, как и известное, содержит источник излучения, представляющего собой поток нейтральных или заряженных частиц, средство позиционирования исследуемого объекта, расположенное с возможностью воздействия на последний излучения указанного источника, один или несколько детекторов излучения, расположенных с возможностью воздействия на них излучения, прошедшего через исследуемый объект или возбужденного в нем, одну или несколько линз для преобразования излучения указанного источника или возбужденного в исследуемом объекте излучения, расположенных на пути излучения от источника к исследуемому объекту и (или) на пути от последнего к одному или нескольким из указанных детекторов излучения и содержащих соприкасающиеся своими стенками каналы транспортировки излучения с полным внешним отражением, ориентированные входными концами с возможностью захвата транспортируемого излучения.

В отличие от известного, по меньшей мере, одна из указанных линз выполнена в виде совокупности сублинз различной степени интеграции, при этом сублинза наименьшей степени интеграции представляет собой совокупность каналов транспортировки излучения, являющуюся результатом совместного вытягивания и формования пучка капилляров при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления внутри каналов капилляров и температуре, достаточной для размягчения материала и сплавления стенок соседних капилляров. Сублинза каждой более высокой степени интеграции представляет собой совокупность сублинз предыдущей степени интеграции, являющуюся результатом их совместного вытягивания и формования при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления внутри каналов сублинз и температуре, достаточной для размягчения материала и сплавления соседних сублинз. Все сублинзы самой высокой степени интеграции скомпонованы в единую структуру, являющуюся результатом их совместного вытягивания и формования при давлении газовой среды в пространстве между ними менее давления внутри каналов сублинз и температуре, достаточной для размягчения материала и сплавления соседних сублинз. Концы упомянутой единой структуры обрезаны и образуют входной и выходной торцы линзы.

Возможен целый ряд характерных геометрий расположения интегральных линз в аналитическом устройстве в сочетании с некоторыми другими его конструктивными особенностями.

Так, аналитическое устройство может быть выполнено с возможностью сканирования по поверхности или объему исследуемого объекта совмещенных фокусов линз, расположенных на пути излучения от указанного источника к исследуемому объекту и от последнего - к детектору. При такой геометрии возможен трехмерный локальный анализ, если объект сканируется в трех измерениях. Чувствительность метода здесь весьма высока, так как на детектор попадает излучение, в основном, из области, где обе линзы имеют общий фокус.

В этой геометрии возможен частный случай, когда интегральная линза, расположенная на пути излучения от исследуемого объекта к детектору, формирует квазипараллельный пучок, а между нею и детектором установлены кристалл-монохроматор или многослойная дифракционная структура с возможностью варьирования их положения и угла падения на них указанного квазипараллельного пучка для обеспечения выполнения условия Брэгга для различных длин волн излучения, возбужденного в исследуемом объекте. Использование линзы существенно уменьшает потери по сравнению с коллимационным методом получения параллельного пучка, падающего на монохроматор.

В другой геометрии в качестве упомянутого источника использован синхротронный или другой источник, дающий параллельный пучок, а линза, расположенная на пути излучения этого источника к исследуемому объекту, выполнена с возможностью фокусирования такого пучка.

Еще одна геометрия характеризуется тем, что в аналитическом устройстве используется источник широкополосного рентгеновского излучения, транспортируемого одновременно двумя линзами, выполненными с возможностью формирования квазипараллельного пучка. Между выходом каждой из этих линз и средством для позиционирования исследуемого объекта расположено по одному кристаллу-монохроматору, при этом один из них установлен с возможностью выделения излучения, имеющего длину волны ниже, а другой - выше линии поглощения элемента, наличие которого проверяется в исследуемом объекте. В устройстве имеются два детектора, каждый из которых расположен после средства для позиционирования исследуемого объекта таким образом, чтобы принимать прошедшее через исследуемый объект излучение, сформированное одним из кристаллов-монохроматоров. Разность выходных сигналов детекторов пропорциональна концентрации проверяемого элемента.

Сходными показателями обладают две другие описанные ниже геометрии.

В одной из них аналитическое устройство содержит наряду с указанным источником еще один источник рентгеновского излучения, при этом излучение одного источника имеет длину волны ниже, а другого источника - выше линии поглощения элемента, наличие которого проверяется в исследуемом объекте. Между каждым из источников и средством позиционирования исследуемого объекта установлено по одной линзе, выполненной с возможностью формирования квазипараллельного пучка. В устройстве имеются два детектора, каждый из которых расположен после средства для позиционирования исследуемого объекта таким образом, чтобы принимать прошедшее через исследуемый объект излучение только одного из источников. Разность выходных сигналов детекторов, как и в предыдущем случае, пропорциональна концентрации проверяемого элемента.

В другой геометрии указанный источник представляет собой рентгеновский источник с анодом, обеспечивающим получение излучения с двумя характеристическими длинами волн - ниже и выше линии поглощения элемента, наличие которого проверяется в исследуемом объекте. Между этим источником и средством для позиционирования исследуемого объекта расположена одна линза, выполненная с возможностью формирования квазипараллельного пучка. Перед этой линзой или после нее установлен вращающийся экран с чередующимися окнами, закрытыми фильтрами, прозрачными для одной и непрозрачными для другой из указанных длин волн. Разность выходных сигналов детектора, соответствующих двум соседним окнам, пропорциональна концентрации проверяемого элемента.

Еще один вид геометрии характеризуется использованием излучения вторичной мишени, установленной на пути излучения от указанного источника к исследуемому объекту после линзы. При этом линза выполнена с возможностью фокусирования излучения источника на вторичной мишени. Это позволяет облучить исследуемый объект монохроматическим излучением вторичной мишени, что повышает чувствительность анализа в случаях, когда проверяемые на предмет наличия в объекте элементы обладают линиями поглощения, близкими к линии излучения вторичной мишени. Наличие линзы, концентрирующей излучение источника на мишени, позволяет компенсировать недостаток этого метода, обусловленный невысокой интенсивностью вторичного излучения.

Чувствительность метода дополнительно повышается в геометрии со вторичной мишенью, характеризующейся наличием между вторичной мишенью и средством для позиционирования исследуемого объекта второй линзы.

Преимущества использования поляризованного излучения для облучения исследуемого объекта в данном случае - такие, же как при описываемой ниже геометрии, в которой на пути излучения от источника к исследуемому объекту расположены установленные последовательно линза и кристалл-монохроматор или многослойная дифракционная структура. При этом линза выполнена и ориентирована с возможностью формирования квазипараллельного пучка, падающего под углом 45^o на кристалл-монохроматор или многослойную дифракционную структуру для формирования ими поляризованного излучения, а детектор расположен под углом 90^o к направлению распространения указанного поляризованного излучения. В этой геометрии благодаря поляризационной селекции резко падает фон, обусловленный комптоновским рассеянным излучением.

Следующая геометрия реализует метод фазового контраста. В этой геометрии в аналитическом устройстве на пути излучения от источника к исследуемому объекту расположены установленные последовательно линза и кристалл-монохроматор. При этом линза выполнена и ориентирована с возможностью формирования квазипараллельного пучка, падающего на кристалл-монохроматор под углом Брегга, а на пути излучения от исследуемого объекта к детектору уста-" новлен идентичный указанному кристалл параллельно ему или с незначительным отклонением от параллельности. Это обеспечивает возможность фиксации детектором фазового контраста областей исследуемого объекта, имеющих разную плотность и вызывающих неодинаковую рефракцию падающего на них излучения.

Типичная для медицинских приложений геометрия предусматривает использование источника рентгеновского излучения и выполнение средства для позиционирования исследуемого объекта с возможностью проведений исследований частей или органов человеческого тела.

В частности, для использования аналитического устройства в маммографии источник рентгеновского излучения имеет молибденовый анод, а средство для позиционирования исследуемого объекта выполнено с возможностью проведения исследований молочной железы.

При этом интегральная линза расположена на пути излучения от источника рентгеновского излучения с молибденовым анодом к исследуемому объекту и выполнена с возможностью формирования квазипараллельного пучка с поперечным сечением, достаточным для одновременного воздействия на всю исследуемую область, а расположение детектора выбрано из условия обеспечения расстояния между ним и исследуемым объектом не менее 30 см. Использование параллельного пучка и такой выбор расстояния позволяют обеспечить хороший контраст получаемого изображения без использования специальных средств уменьшения влияния рассеянного излучения, возникающего в исследуемом объекте.

Еще одной из возможных областей применения предлагаемого аналитического устройства в медицинской диагностике является компьютерная томография.

В уже описанной геометрии, предусматривающей использование источника рентгеновского излучения и выполнение средства для позиционирова