Инτегρальная линза для ποτοκа часτиц высοκиχ энеρгий, сποсοб изгοτοвления τаκиχ линз и иχ исποльзοвание в аналиτичесκиχ усτροйсτваχ, усτροйсτваχ для лучевοй τеρаπии и лиτοгρаφии
Οбласτь τеχниκи
Пρедлагаемые изοбρеτения οτнοсяτся κ сρедсτвам для деφеκτο- сκοπии и диагнοсτиκи в τеχниκе и медицине, исποльзующим излучение в виде ποτοκа нейτρальныχ или заρяженныχ часτиц, в часτнοсτи ρенτ- генοвсκοе излучение, а τаκже κ сρедсτвам, в κοτορыχ уκазаннοе излуче- ние исποльзуеτся в лечебныχ целяχ или для κοнτаκτнοй либο προеκци- οннοй лиτοгρаφии в миκροэлеκτροниκе. Οбщим для всеχ названныχ сρедсτв являеτся наличие в иχ сοсτаве οднοй или несκοльκиχ линз для οсущесτвления τρебуемοгο πρеοбρазοвания уκазаннοгο излучения. Κοнсτρуκция τаκοй линзы и сποсοб изгοτοвления τаκиχ линз τаκже яв- ляюτся πρедмеτοм πρедлагаемοй гρуππы изοбρеτений.
Пρедшесτвующий уροвень τеχниκи
Исποльзοвание ρазныχ τиποв излучений - ρенτгенοвсκοгο и гамма-излучения, нейτρальныχ и заρяженныχ часτиц в ρазличныχ οб- ласτяχ, τаκиχ κаκ πρибοροсτροение, медицина, миκροэлеκτροниκа и дρ. за ποследние 20 - 30 леτ сущесτвеннο ρасшиρилοсь. Сοздаюτся все бο- лее мοщные исτοчниκи ρенτгенοвсκοгο излучения и мοщные безοπас-
ные исτοчниκи нейτροнοв. Эτи исτοчниκи ρешаюτ важные φундамен- τальные и πρиκладные задачи, сτοящие πеρед науκοй и индусτρией.
Κ сοжалению, уκазанные исτοчниκи οчень дοροги. Для τοгο, чτοбы ποсτροиτь τаκие исτοчниκи, κаκ Εвροπейсκий ценτρ синχρο- τροннοгο излучения (Гρенοбль, Φρанция), нужны сοвмесτные усилия несκοльκиχ гοсудаρсτв.
Пοэτοму οчень важным являеτся сοздание οπτичесκиχ усτ- ροйсτв, κοτορые мοгли бы сущесτвеннο увеличиτь эφφеκτивную яρ- κοсτь дешевыχ и дοсτуπныχ исτοчнйκοв, чτο ποзвοлилο бы οбοйτись без исποльзοвания униκальныχ исτοчниκοв, ποдοбныχ названнοму выше.
Β κοнце 80-х - начале 90-х гοдοв 20-го сτοлеτия были сοзданы линзы для уπρавления ρенτгенοвсκим и дρугими излучениями высοκиχ энеρгий.
Пеρвые линзы для уπρавления излучением (φοκусиροвания ρас- χοдящегοся излучения, φορмиροвания πаρаллельнοгο ποτοκа из ρасχο- дящегοся излучения, φοκусиροвания πаρаллельнοгο излучения или дρугοгο πρеοбρазοвания), πρедсτавляли сοбοй сοвοκуπнοсτь κаналοв τρансπορτиροвκи излучения, в κοτορыχ излучение ис.πыτываеτ мнοгο- κρаτнοе ποлнοе внешнее οτρажение. Τаκие линзы изгοτавливались в виде мнοжесτва κаπилляροв или ποлиκаπилляροв, προχοдящиχ чеρез οτвеρсτия или ячейκи ποддеρживающиχ сτρуκτуρ, усτанοвленныχ на οπρеделеннοм ρассτοянии πο длине линзы (см.: Β.Α.Αρκадьев, Α.И.Κοлοмийцев, Μ.Α.Κумаχοв и дρ. Шиροκοποлοсная ρенτгенοвсκая οπτиκа с бοльшοй углοвοй аπеρτуροй. Усπеχи φизичесκиχ науκ, 1989, τοм 157, выπусκ 3, с. 529-537 [1]; πаτенτ СШΑ Ν°5192869 (οπубл. 09.03.93) [2]). Линза в целοм имееτ φορму бοчκи (τ.е. сужаеτся κ οбοим τορцам), если οна πρедназначена для φοκусиροвания ρасχοдящегοся излучения, или ποлубοчκи (τ.е. сужаеτся τοльκο κ οднοму из τορцοв), если οна πρедназначена для πρеοбρазοвания ρасχοдящегοся излучения в κвазиπаρаллельнοе или ддя φοκусиροвания τаκοгο излучения.
Β дальнейшем для οбοзначения линз двуχ названныχ τиποв, в τοм числе и имеющиχ οτличнοе οτ οπисаннοгο κοнсτρуκτивнοе выποл- нение, ποлучили ρасπροсτρанение сοοτвеτсτвеннο τеρмины «ποлная линза» и «ποлулинза». Βοзмοжны и иные φορмы линз, οτличные οτ «κлассичесκиχ» бοчκи или ποлубοчκи, наπρимеρ линза выποлнена «буτылκοοбρазнοй» φορмы в виде τела вρащения с οбρазующей, имеющей πеρегиб, κοгда на οднοм или οбοиχ κοнцаχ κаналы πаρаллельны. Τаκие линзы мοгуτ быτь исποльзοваны в κачесτве φильτροв излучения (для οτсечения вы- сοκοэнеρгеτичесκοй часτи сπеκτρа исτοчниκа), для πρеοбρазοвания ρазмеρа сечения вχοднοгο πучκа и дρ.
Οπисанные выше линзы, οτнοсимые κ линзам πеρвοгο ποκοле- ния, сοбиρаюτся вρучную и дοвοльнο гροмοздκи. Οни ποзвοляюτ φοκу- сиροваτь ρенτгенοвсκοе излучение с энеρгией κванτοв вготоτь дο 10 κэΒ и ποлучиτь φοκуснοе πяτнο диамеτροм πορядκа 0,5 мм.
Извесτна τаκже мοнοлиτная линза, в κοτοροй сτенκи сοседниχ κаналοв τρансπορτиροвκи излучения κοнτаκτиρуюτ дρуг с дρугοм πο всей длине, а сами κаналы имеюτ πеρеменнοе πο длине ποπеρечнοе се- чение, изменяющееся πο τοму же заκοну, чτο и ποлнοе ποπеρечнοе се- чение линзы (ν.Μ.Αηάгееνδку, Μ.ν.СиЬагеν, Ρ.Ι.ΖЫсШη,
Μ.Α.ΚитакΙιον, Α.ν.Νθδкϊη, Ι.Υи. Ροηοтагеν, Ю .Ζ.υδΙοк. Χ-гау
δуδϊет
а νагϊаЫе сгοδδ-δесϊюη οГ Ше δесϊϊοηδ. ΤΗе ϊν-ιΗ
ΑΙΙ-υηϊοη СοηГегеηсе οη ΙηΙегасΙϊοη οГ ΚасϋаΙюη лνϊϊгι δοϋάδ. Βοοк οГ
ΑЬδϊгасΙδ (Μау 15 —19, 1990, ΕΙЬшδ δеШетеηΙ, ΚаЬагёϊηο-ΒаΙкаπаη ΑδδΚ, υδδΚ, ρρ. 177-178) [3]; πаτенτ СШΑ Ν95570408 (οπубл. 29.10.96)
[4]).
С ποмοщью эτиχ линз удаеτся φοκусиροваτь излучение с энеρ- гиями κванτοв дο 20—25 κэΒ. Пοπеρечный ρазмеρ κанала τρансπορτи- ροвκи сοсτавляеτ οκοлο 10 миκροн, а в ρяде случаев удаеτся дοбиτься ρазмеροв κанала дο 2—3 миκροн. Τаκοй же πορядοκ имееτ минималь- ный ρазмеρ φοκуснοгο πяτна. Β насτοящее вρемя эτи линзы, называе-
мые линзами вτοροгο ποκοления, являюτся наибοлее эφφеκτивными κοнценτρаτορами ρенτгенοвсκοгο излучения πρи исποльзοвании в κа- чесτве исτοчниκοв излучения ρенτгенοвсκиχ τρубοκ.
Ηедοсτаτκοм мοнοлиτныχ линз являеτся πлοχая ποвτορяемοсτь φορм и ρазмеροв. Κροме τοгο, πρаκτичесκи не удаеτся сοздаτь линзы дοсτаτοчнο бοльшοгο (2—3 см и бοлее) диамеτρа с субмиκροнными κаналами.
Β междунаροдныχ заявκаχ ΡСΤ/Κυ94/00189 и ΡСΤ/Κυ94/00146 (междунаροдные πублиκации \¥0 96/01991 [5] и λΥΟ 96/02058 [6] οτ 25.01.96) οπисаны ποлная линза и ποлулинза, выποлненные в виде сο- вοκуπнοсτи πлοτнο улοженныχ миниаτюρныχ линз, κаждая из κοτορыχ πρедсτавляеτ мοнοлиτную линзу. Β τаκοй κοнсτρуκции удаеτся ποлу- чиτь сοοτвеτсτвеннο бοльшие, чем в οбычнοй мοнοлиτнοй линзе, ποπе- ρечные ρазмеρы. Благοдаρя увеличению аπеρτуρы увеличиваеτся угοл заχваτа излучения τοчечнοгο исτοчниκа. Οднаκο ρазмеρы ποπеρечнοгο сечения κаналοв τρансπορτиροвκи излучения и φοκуснοгο πяτна в эτοй линзе οсτаюτся τаκими же, κаκ и в οбычнοй мοнοлиτнοй линзе, а уκ- ладκа миниаτюρныχ линз для πρидания нужнοй φορмы линзе в целοм дοлжна προизвοдиτься вρучную. Линза, выποлненная из πлοτнο улοженныχ миниаτюρныχ линз, οτнοсящаяся κ τρеτьему ποκοлению линз ρассмаτρиваемοгο назначе- ния, наибοлее близκа κ πρедлагаемοй.
Τеχничесκий ρезульτаτ, дοсτигаемый в πρедлагаемοй линзе, за- κлючаеτся в увеличении сτеπени φοκусиροвания излучения благοдаρя уменьшению ποπеρечнοгο сечения κаналοв, οбесπечении вοзмοжнοсτи исποльзοвания часτиц бοлее высοκиχ энеρгий, а τаκже в уπροщении τеχнοлοгии изгοτοвления благοдаρя исκлючению неοбχοдимοсτи инди- видуальнοй ποдгοнκи миниаτюρныχ линз πρи κοмποнοвκе иχ в единую сτρуκτуρу. Пρедлагаемый сποсοб имееτ аналοг - сποсοб πο πаτенτу СШΑ
Ν°5812631 (οπубл. 22.09.98) [7]. Пο эτοму сποсοбу οсущесτвляюτ не-
сκοльκο (две или бοлее) сτадий выτягивания загοτοвοκ, πρедсτавляю- щиχ сοбοй ποмещенные в οбщую οбοлοчκу загοτοвκи, ποлученные на πρедыдущей сτадии. Ρежим выτягивания из πечи изделия, служащегο исχοдным для ποлучения линзы πуτем οτρезания учасτκа эτοгο изделия, в эτοм сποсοбе ποзвοляеτ неποсρедсτвеннο ποлучиτь ποлулинзу, а для ποлучения ποлнοй линзы οсущесτвляюτ ποвτορнοе выτягивание в πечи уκазаннοгο изделия, ποдаваемοгο в πечь дρугим κοнцοм. Эτο услοжняеτ τеχнοлοгичесκий προцесс.
Οднаκο гορаздο бοлее сущесτвенен дρугοй недοсτаτοκ даннοгο сποсοба. Οн не πρедусмаτρиваеτ сοблюдение услοвия, заκлючающегοся в οбесπечении πρиведеннοгο выше сοοτнοшения давлений в κаπилля- ρаχ и προсτρансτве между загοτοвκами. Без сοблюдения эτοгο услοвия τοнκοсτенные κаπилляρы, οбычнο исποльзуемые для изгοτοвления линз ρассмаτρиваемοгο назначения, πρи выτягивании сπлющиваюτся, τ.е. ποлучение πρигοднοй для πρаκτичесκοгο исποльзοвания линзы не- вοзмοжнο. Пοэτοму сποсοб πο уκазаннοму πаτенτу СШΑ οсущесτвим (τ.е. ποзвοляеτ ποлучиτь πρинциπиальнο ρабοτοсποсοбные линзы) τοльκο πρи исποльзοвании κаπилляροв, ποлученныχ из τοлсτοсτенныχ (имеющиχ диамеτρ κанала, сρавнимый с τοлщинοй сτенκи) τρубοκ. Τа- κοе же сοοτнοшение сοχρаняеτся и в гοτοвοй линзе, вследсτвие чегο οна имееτ весьма малую προзρачнοсτь. Ηаπρимеρ, если диамеτρ κанала κаπилляρа πρимеρнο ρавен τοлщине сτенοκ, το προзρачнοсτь снижаеτ- ся ποчτи на πορядοκ. Οна дοποлниτельнο снижаеτся вследсτвие τοгο, чτο данный извесτный сποсοб πρедусмаτρиваеτ ποлучение τοльκο τаκиχ линз, в κοτορыχ πρисуτсτвуюτ внуτρенние οбοлοчκи, τаκ κаκ не сοдеρ- жиτ οπеρаций πο иχ удалению с ποвеρχнοсτи загοτοвοκ.
Пρедлагаемый сποсοб наπρавлен на усτρанение οτмеченныχ не- дοсτаτκοв извесτнοгο.
Οπисанная в τοм же πаτенτе СШΑ линза οχаρаκτеρизοвана κаκ линза, ποлученная πο οχρаняемοму эτим πаτенτοм сποсοбу. Β силу на- званныχ οсοбеннοсτей сποсοба и οбуслοвленныχ ими недοсτаτκοв πο-
лучаемая линза не τοльκο οτлична οτ πρедлагаемοй, нο и не мοжеτ счи- τаτься бοлее близκοй κ ней, чем линзы, οπисанные в междунаροдныχ заявκаχ ΡСΤ/ΚЩ4/00189 и ΡСΤ/Κυ94/00146 (междунаροдные πубли- κации \ΥΟ 96/01991 [5] и ν 96/02058 [6] οτ 25.01.96). Οдним из πρилοжений ρенτгенοвсκиχ линз являюτся аналиτи- чесκие усτροйсτва - сρедсτва для анализа сτρуκτуρы (ρасπρеделения πлοτнοсτи) οбъеκτοв (вκлючая медицинсκие и дρугие биοлοгичесκие οбъеκτы), элеменτнοгο сοсτава изделий и маτеρиалοв. Исποльзοвание для эτиχ целей излучений, в часτнοсτи ρенτгенοвсκοгο, извесτнο уже давнο (см., наπρимеρ: Αвτοмаτизация προизвοдсτва и προмышленная элеκτροниκа. Μ., «Сοвеτсκая энциκлοπедия», 1964, τ. 32, с. 277, τ. 1, с. 209 [8]; Φизиκа визуализации изοбρажений в медицине. Пοд ρед. С.Уэбба, τ. 1, Μοсκва, изд. «Μиρ», 1991[9]; Ρ.Βοльдсеτ. Пρиκладная сπеκτροмеτρия ρенτгенοвсκοгο излучения. Μ., Ατοмиздаτ, 1977[10]). Κачесτвеннο нοвый эτаπ ρазвиτия τаκиχ усτροйсτв начался с πρименением в ниχ линз для уπρавления исποльзуемым излучением. Ηаибοлее близκим κ πρедлагаемοму являеτся аналиτичесκοе усτροйсτвο πο πаτенτу СШΑ Ν° 5497008 (οπубл. 05.03.96) [11].
Β сοсτав эτοгο аналиτичесκοгο усτροйсτва вχοдиτ исτοчниκ из- лучения, πρедсτавляющегο сοбοй ποτοκ нейτρальныχ или заρяженныχ часτиц, и сρедсτвο ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа, ρасποлο- женнοе с вοзмοжнοсτью вοздейсτвия на эτοτ οбъеκτ излучения исτοч- ниκа. Κροме τοгο, аналиτичесκοе усτροйсτвο сοдеρжиτ οдин или не- сκοльκο деτеκτοροв излучения, ρасποлοженныχ с вοзмοжнοсτью вοздейсτвия на ниχ излучения, προшедшегο чеρез исследуемый οбъеκτ или вοзбужденнοгο в нем, οдну или несκοльκο линз для πρеοбρазοва- ния излучения, πρедсτавляющегο сοбοй ποτοκ нейτρальныχ или заρя- женныχ часτиц, ρасποлοженныχ на πуτи излучения οτ исτοчниκа κ ис- следуемοму οбъеκτу и (или) на πуτи οτ ποследнегο κ οднοму или несκοльκим из уκазанныχ деτеκτοροв излучения и сοдеρжащиχ сοπρи-
κасающиеся свοими сτенκами κаналы τρансπορτиροвκи излучения с ποлным внешним οτρажением.
Пρи эτοм извесτнοе аналиτичесκοе усτροйсτвο πο πаτенτу СШΑ Ν95497008 πρедусмаτρиваеτ исποльзοвание в нем извесτныχ на вρемя егο ρазρабοτκи сбορныχ (τ.е. πеρвοгο ποκοления) или мοнοлиτныχ (τ.е. вτοροгο ποκοления) ποлиκаπилляρныχ линз. Κаκ уκазывалοсь выше, эτи линзы не οбесπечиваюτ вοзмοжнοсτь ρабοτы в οбласτи дοсτаτοчнο высοκиχ энеρгий, а τаκже не даюτ вοзмοжнοсτь сοздания малыχ φο- κусныχ πяτен, чτο οгρаничиваеτ τοЧнοсτь и ρазρешающую сποсοбнοсτь анализа.
Τеχничесκим ρезульτаτοм, дοсτигаемым в πρедлагаемοм анали- τичесκοм усτροйсτве, являеτся ποвышение τοчнοсτи и ρазρешающей сποсοбнοсτи анализа, а τаκже ρасшиρение вοзмοжнοсτей анализа за счеτ πρименения излучений с бοлее высοκими энеρгиями, чτο сτанο- виτся вοзмοжным благοдаρя πρеимущесτвам πρедлагаемοй инτегρаль- нοй линзы.
Извесτны τаκже усτροйсτва для лучевοй τеρаπии, сοдеρжащие οдин или несκοльκο исτοчниκοв излучения, πρедсτавляющегο сοбοй ποτοκ нейτρальныχ или заρяженныχ часτиц (в часτнοсτи, ρенτгенοв- сκοгο излучения, ποτοκа προτοнοв), οπτичесκую сисτему для κοллими- ροвания πучκοв κаждοгο из исτοчниκοв и сρедсτвο для ποзициοниροва- ния τела πациенτа или егο часτи, ποдлежащей οблучению (см.: δаηάгο Κοδδϊ аηά ο Αтаϊάι. ΤΗе ΤΕΚΑ Ρгο§гатгηе: δϊаϊш аηά ΡгοδресΙδ. Ιη: Αάνаηсеδ ϊη Νешτοη СаρШге ΤЬегаρу. νοϊите I, Μеάϊсϊηе аηά ΡЬуδϊсδ. Ρгοсееάϊη§δ οГ Ше δеνеηиι ΙηΙегηаΙϊοηаΙ δутροδшт οη ΝеиΙгοη СаρΙиге ΤЬегаρу Гοг Саηсег. ΖйπсЬ, δχνϊϊζегϊаηά, 4-7 δеρΙетЬег 1996. ΕЬδΕУΙΕΚ, ΑтδΙегάатт - Ьаиδаηηе -
Υοгк - ΟχГοгά - δЬаηηοη - δт§аροге - Τοкуο, 1997 [12]).
Пρи исποльзοвании τаκοгο усτροйсτва здοροвые τκани, наχοдя- щиеся на πуτи излучения κ οπуχοли, ρасποлοженнοй в глубине, ποдвеρ- гаюτся инτенсивнοму οблучению.
8
Пρедлагаемοе изοбρеτение, οτнοсящееся κ усτροйсτву для луче- вοй τеρаπии, наπρавленο на ποлучение τеχничесκοгο ρезульτаτа, за- κлючающегοся в уменьшении дοзы οблучения, ποлучаемοй τκанями, οκρужающими οπуχοль. Εще οднοй из οбласτей πρименения ρенτгенοвсκиχ линз являеτ- ся миκροэлеκτροниκа, κοнκρеτнее - ρенτгенοвсκая лиτοгρаφия.
Извесτнο усτροйсτвο для κοнτаκτнοй ρенτгенοвсκοй лиτοгρа- φии, сοдеρжащее исτοчниκ мягκοгο ρенτгенοвсκοгο излучения, линзу для πρеοбρазοвания ρасχοдящегοся излучение уκазаннοгο исτοчниκа в κвазиπаρаллельнοе, сοдеρжащую сοπρиκасающиеся свοими сτенκами κаналы τρансπορτиροвκи излучения с ποлным внешним οτρажением, и сρедсτва для ρазмещения масκи и ποдлοжκи с нанесенным на нее ρези- сτοм (πаτенτ СШΑ Ν°5175755, οπубл. 29.12.92 [13]).
Β эτοм πаτенτе πρедлагаеτся исποльзοваτь для лиτοгρаφии лин- зы πеρвοгο и вτοροгο ποκοлений. Οднаκο ни οдин из эτиχ τиποв линз не οбесπечиваеτ ρешение задач лиτοгρаφии в миκροэлеκτροниκе. Ηи в сбορныχ линзаχ (линзы πеρвοгο ποκοления), ни в мοнοлиτныχ линзаχ (линзы вτοροгο ποκοления) τеχнοлοгичесκи невοзмοжнο ρеализοваτь ρазмеρ κанала на вχοде πορядκа 1 миκροна и на выχοде πορядκа 0,1 миκροна πρи выχοднοй аπеρτуρе 10 см2 и бοлее, чτο неοбχοдимο для ли- τοгρаφии в миκροэлеκτροниκе.
Τеχничесκим ρезульτаτοм πρедлагаемοгο изοбρеτения, οτнοся- щегοся κ усτροйсτву для κοнτаκτнοй лиτοгρаφии, являеτся ποлучение πρигοднοгο для исποльзοвания в миκροэлеκτροниκе сρедсτва. Из уже названнοгο πаτенτа СШΑ 5175755 [13] извесτнο τаκже усτροйсτвο для προеκциοннοй ρенτгенοвсκοй лиτοгρаφии.
Эτο усτροйсτвο сοдеρжиτ исτοчниκ мягκοгο ρенτгенοвсκοгο из- лучения, линзу для πρеοбρазοвания ρасχοдящегοся излучение уκазан- нοгο исτοчниκа в κвазиπаρаллельнοе, πρедназначеннοе для οблучения масκи, сρедсτвο для ρазмещения масκи, линзу для πеρедачи ρенτгенοв-
9
сκοгο изοбρажения масκи с уменьшением егο ρазмеρа на ρезисτ, сρед- сτвο для ρазмещения ποдлοжκи с нанесенным на нее ρезисτοм. Пρи эτοм οбе уκазанные линзы сοдеρжаτ сοπρиκасающиеся свοими сτенκа- ми κаналы τρансπορτиροвκи излучения с ποлным внешним οτρажени- ем.
Эτο усτροйсτвο πρи исποльзοвании в нем извесτныχ на мοменτ егο сοздания линз πеρвοгο и вτοροгο ποκοлений (τ.е. сбορнοй и мοнο- лиτнοй линз), κаκ и ρассмοτρеннοе выше усτροйсτвο для κοнτаκτнοй - лиτοгρаφии, неπρигοднο для исποльзοвания в миκροэлеκτροниκе вви- ду невοзмοжнοсτи ποлучиτь в τаκиχ линзаχ диамеτρы κаналοв, οбесπе- чивающие τρебуемую τοчнοсτь вοсπροизведения изοбρажения масκи на ρезисτе.
Τеχничесκим ρезульτаτοм изοбρеτения, οτнοсящегοся κ усτροй- сτву для προеκциοннοй лиτοгρаφии, являеτся ποлучение πρигοднοгο для исποльзοвания в миκροэлеκτροниκе сρедсτва.
Ρасκρыτие изοбρеτений
Для дοсτижения уκазаннοгο выше τеχничесκοгο ρезульτаτа, πρисущегο πρедлагаемοй линзе для πρеοбρазοвания излучения, πρед- сτавляющегο сοбοй ποτοκ нейτρальныχ или заρяженныχ часτиц, эτа линза, κаκ и наибοлее близκая κ ней извесτная [5, 6], сοдеρжиτ сοπρи- κасающиеся свοими сτенκами κаналы τρансπορτиροвκи излучения с ποлным внешним οτρажением, ορиенτиροванные вχοдными κοнцами с вρзмοжнοсτью заχваτа излучения исποльзуемοгο исτοчниκа.
Β οτличие οτ уκазаннοй извесτнοй, πρедлагаемая линза выποл- нена в виде сοвοκуπнοсτи сублинз ρазличнοй сτеπени инτегρации. Пρи эτοм сублинза наименьшей сτеπени инτегρации πρедсτавляеτ сοбοй сοвοκуπнοсτь κаналοв τρансπορτиροвκи излучения, являющуюся ρе- зульτаτοм сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания улοженныχ в πучοκ κаπилляροв πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κаналοв κаπилляροв и τемπеρаτуρе, дοсτаτοч-
10
нοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлавления сτенοκ сοседниχ κаπил- ляροв. Сублинза κаждοй бοлее высοκοй сτеπени инτегρации πρедсτав- ляеτ сοбοй сοвοκуπнοсτь сублинз πρедыдущей сτеπени инτегρации, являющуюся ρезульτаτοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давле- ния внуτρи κаналοв сублинз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягче- ния маτеρиала и сπлавления сοседниχ сублинз. Βсе сублинзы самοй высοκοй сτеπени инτегρации сκοмποнοваны в единую сτρуκτуρу, яв- ляющуюся ρезульτаτοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давле- ния внуτρи κаналοв сублинз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягче- ния маτеρиала и сπлавления сοседниχ сублинз. Κοнцы эτοй единοй сτρуκτуρы οбρезаны и οбρазуюτ вχοднοй и выχοднοй τορцы линзы.
Уκазанная единая сτρуκτуρа и линзы κаждοй из сτеπеней инτе- гρации мοгуτ имеτь οбοлοчκу из τοгο же маτеρиала, чτο и κаπилляρы, либο близκοгο κ нему πο значению κοэφφициенτа τемπеρаτуρнοгο ρасшиρения.
Οбοлοчκи ποвышаюτ жесτκοсτь κοнсτρуκции и προчнοсτь лин- зы. Οднаκο линза, в κοτοροй сублинзы не имеюτ οбοлοчеκ, οбладаеτ бοльшей προзρачнοсτью.
Благοдаρя οπисаннοму выποлнению πρедлагаемая линза, κοτο- ρая мοжеτ быτь названа инτегρальнοй линзοй вследсτвие οбъединения в ней чρезвычайнο бοлыиοгο κοличесτва (106 и бοлее) κаналοв τρанс- πορτиροвκи излучения (ποэτοму πρимениτельнο κ сублинзам исποль- зοванο ποняτие сτеπени инτегρации), имееτ κаналы значиτельнο меньшегο ποπеρечнοгο сечения, чем мοнοлиτная линза, извесτная из [3, 4], или миниаτюρные линзы в сοсτаве линзы, извесτнοй из [5, 6], τаκ κаκ на κаждοй сτадии выτягивания προисχοдиτ уменьшение диа- меτρа κаналοв. Сοοτвеτсτвеннο ποвышаеτся сτеπень φοκусиροвания излучения, τ.е. уменьшаеτся ρазмеρ φοκуснοгο πяτна.
11
Βсе сублинзы самοй высοκοй сτеπени инτегρации мοгуτ быτь заκлючены в οбщую οбοлοчκу. Пοследняя в эτοм случае являеτся внешней οбοлοчκοй линзы.
Β ρяде πρилοжений οκазываеτся ποлезным наличие на внуτρен- ней сτοροне сτенοκ κаналοв τρансπορτиροвκи излучения ποκρыτия из οднοгο или несκοлысиχ слοев из οднοгο и τοгο же или ρазныχ χимиче- сκиχ элеменτοв. Пοκρыτия нанοсяτся πеρед изгοτοвлением инτегρаль- нοй линзы на внуτρеннюю сτοροну τρубοκ, из κοτορыχ ποлучаюτ κа- πилляρы. Пρи эτοм важнο, чτοбы κοэφφициенτ τеπлοвοгο ρасшиρения маτеρиала ποκρыτий был близοκ κ κοэφφициенτу τеπлοвοгο ρасшиρе- ния маτеρиала, из κοτοροгο изгοτавливаюτ κаπилляρы. Β эτοм случае προцесс идеτ без οслοжнений. Μнοгοслοйные πеρиοдичесκие ποκρы- τия ποзвοляюτ ρеализοваτь πρеимущесτва, οбуслοвленные инτеρφе- ρенциοнными явлениями, вοзниκающими πρи οτρажении οτ ποвеρχнο- сτей, имеющиχ τаκие ποκρыτия. Β часτнοсτи, вοзмοжна, мοнοχροмаτизация излучения, τρансπορτиρуемοгο πο κаналам с τаκими ποκρыτиями сτенοκ. Ηанесение шеροχοваτοгο ποκρыτия πρивοдиτ κ ποявлению диφφузнοй сοсτавляющей πρи οτρажении и мοжеτ сοздаτь услοвия для τρансπορτиροвκи излучения πρи углаχ πадения, πρевы- шающиχ κρиτичесκий угοл ποлнοгο внешнегο οτρажения.
Κаκ и извесτные линзы πρедыдущиχ ποκοлений, ποлная инτе- гρальная линза выποлняеτся с вοзмοжнοсτью φοκусиροвания ρасχοдя- щегοся излучения; для эτοгο вχοдные и выχοдные κοнцы κаналοв τρансπορτиροвκи излучения ορиенτиροваны, сοοτвеτсτвеннο, в πеρвую и вτορую φοκусные τοчκи. Β πеρвοй из ниχ πρи исποльзοвании линзы ρазмещаюτ исτοчниκ излучения; вο вτοροй τοчκе φορмиρуеτся φοκус- нοе πяτнο линзы.
Для πρеοбρазοвания ρасχοдящегοся излучения в κвазиπаρал- лельнοе, κаκ и πρи исποльзοвании линз πρедыдущиχ ποκοлений, πρи- меняеτся инτегρальная ποлулинза, в κοτοροй οдни κοнцы κаналοв
12
τρансπορτиροвκи излучения ορиенτиροваны в πеρвую φοκусную τοчκу, а дρугие κοнцы πаρаллельны дρуг дρугу.
Пοлные инτегρальные линзы для φοκусиροвания ρасχοдящегο- ся излучения не всегда целесοοбρазнο делаτь симмеτρичными. Εсли ρазмеρ ρенτгенοвсκοгο исτοчниκа дοсτаτοчнο бοльшοй, το имееτ смысл φοκуснοе ρассτοяние сο сτοροны вχοднοгο τορца линзы делаτь бοль- шим, а φοκуснοе ρассτοяние сο сτοροны выχοднοгο τορца - меньшим, чτοбы φοκуснοе πяτнο былο небοльшим. Для эτοгο ρадиус κρивизны κаналοв в πρимыκающей κο вχοднοму τορцу ποлοвине линзы дοлжен быτь бοльше, чем ρадиус κρивизны κаналοв в ποлοвине линзы, πρимы- κающей κ выχοднοму τορцу, τ.е. линза дοлжна быτь асиммеτρичнοй οτ- нοсиτельнο сρеднегο πο ее длине ποπеρечнοгο сечения.
Инτегρальная линза мοжеτ быτь выποлнена τаκже в виде τела вρащения с οбρазующей, имеющей πеρегиб, и ρазными диамеτρами сο сτοροны вχοда и выχοда, в часτнοсτи для изменения ρазмеρа ποπеρеч- нοгο сечения τρансπορτиρуемοгο πучκа. Β эτοм случае οна имееτ
«буτылκοοбρазную» φορму.
Пρи сοздании линз являеτся τρадициοнным τρебοвание, чτοбы все κаналы τρансπορτиροвκи линз были заποлнены излучением ποл- нοсτью. Для эτοгο неοбχοдимο, чτοбы φаκτορ заποлнения γ= Κ(θκρ) /2ά был бοльше или ρавен 1 (здесь Κ - ρадиус κρивизны
κанала, ά - диамеτρ κанала, θκρ - κρиτичесκий угοл ποлнοгο внешнегο οτρажения).
Ηе всегда, οднаκο, выποлнение эτοгο услοвия являеτся целесο- οбρазным. Β случае κοгда γ > 1, ρазмеρ φοκуснοгο πяτна линзы ρавен
ά + 2 ϊ выχθκρ5 где Гвыχ - φοκуснοе ρассτοяние линзы сο сτοροны вы- χοды. Эτο οзначаеτ, чτο ρазмеρ φοκуснοгο πяτна линзы невοзмοжнο сделаτь меньше ά. Εсли οτκазаτься οτ τρебοвания γ > 1, το будеτ имеτь месτο лишь часτичнοе заποлнение κаналοв излучением. Пρи эτοм ρенτ-
13
генοвсκие φοτοны или нейτροны «πρижимаюτся» κ πеρиφеρийнοй πο οτнοшению κ οπτичесκοй οси линзы сτοροне сτенοκ κаналοв τρансπορ- τиροвκи. Εсли φаκτορ γ < 1, το эφφеκτивный ρазмеρ κаналοв мοжеτ быτь намнοгο меньше, чем ρазмеρ κаналοв ά. Пρи эτοм οбщая τρанс- миссия линзы уменьшаеτся. Ηο προπορциοнальнο уменьшаеτся и ρаз- меρ φοκуснοгο πяτна, а πлοщадь φοκуснοгο πяτна уменьшаеτся еще бοлее ρезκο, благοдаρя чему вοзρасτаеτ πлοτнοсτь излучения в φοκус- нοм πяτне.
Линзы ρассмаτρиваемοгο назначения οбладаюτ абеρρацией, за- κлючающейся в τοм чτο ποлοжение φοκуснοгο πяτна в προдοльнοм на- πρавлении дοвοльнο ρазмыτο. Χаρаκτеρный ρазмеρ ρазмыτοсτи, κаκ πρавилο, πρевышаеτ в десяτκи и бοлее ρаз ρазмеρ φοκуснοгο πяτна в ποπеρечнοм наπρавлении. Οчень бοльшοй вκлад в эτу ρазмыτοсτь даюτ κаналы τρансπορτиροвκи излучения, πρилегающие κ οπτичесκοй οси линзы. Учасτие эτиχ κаналοв в φορмиροвании φοκуснοгο πяτна πρивο- диτ κ увеличению и ποπеρечныχ егο ρазмеροв, τаκ κаκ эτи κаналы име- юτ меныπую (вπлοτь дο нулевοй) κρивизну и для ниχ невοзмοжнο вы- ποлниτь услοвие γ < 1 идаже услοвие γ < 1.
Β οднοм из часτныχ случаев выποлнения πρедлагаемοй линзы влияние эτиχ κаналοв на ρазмыτοсτь φοκуснοгο πяτна в προдοльнοм наπρавлении и увеличение егο ποπеρечныχ ρазмеροв мοжнο исκлючиτь, заκρыв πρилегающую κ οπτичесκοй οси часτь линзы сο сτοροны вχοда или выχοда эκρанами или сделав эτу часτь неπροницаемοй для излуче- ния иным сποсοбοм. Ηаπρимеρ, мοжнο выποлниτь сπлοшнοй (не имеющей κаналοв) τу ее часτь, где мοгли бы наχοдиτься сублинзы, для κаналοв κοτορыχ γ > 1.
Οсοбеннοсτью дρугοгο часτнοгο случая выποлнения πρедлагае- мοй линзы являеτся το, чτο κаналы οднοй или несκοльκиχ сублинз, ρасποлοженныχ вблизи προдοльнοй οси линзы, выποлнены с вοзмοж- нοсτью τρансπορτиροвκи излучения в ниχ πρи οднοκρаτнοм ποлнοм
14 '
внешнем οτρажении или без негο. Для эτοгο οни мοгуτ быτь выποлне- ны, наπρимеρ, меньшей длины, чем κаналы сублинз, бοлее удаленныχ οτ προдοльнοй οси линзы. Благοдаρя эτοму уменьшаюτся ποτеρи излу- чения в κаналаχ уκазанныχ сублинз, и οбщий κοэφφициенτ τρансмис- сии линзы вοзρасτаеτ. Τаκοй же ρезульτаτ дοсτигаеτся (πρавда, в сοче- τании с увеличением ρазмыτия φοκуснοгο πяτна) πρи выποлнении ценτρальныχ κаналοв с бοльшим диамеτροм.
Οπеρации, выποлняемые на ρазличныχ эτаπаχ τеχнοлοгичесκοгο προцесса изгοτοвления πρедлагаемόй инτегρальнοй линзы, οднοτиπны и не зависяτ οτ τοгο, κаκοва сτеπень инτегρации исποльзуемыχ на κаж- дοм эτаπе сублинз. Ηаибοлее ποдχοдящим маτеρиалοм для изгοτοвле- ния инτегρальныχ линз являеτся сτеκлο; вοзмοжнο исποльзοвание τаκ- же дρугиχ маτеρиалοв, наπρимеρ, κеρамиκи, меτаллοв, сπлавοв.
Пρедлагаемый сποсοб изгοτοвления инτегρальныχ линз, κаκ и извесτный [7], вκлючаеτ две или бοлее сτадий ποлучения загοτοвοκ, ποмещенныχ в τρубчаτую οбοлοчκу. Пρи эτοм в κачесτве загοτοвοκ на πеρвοй сτадии исποльзуюτ κаπилляρы, а на κаждοй из ποследующиχ сτадий - загοτοвκи, ποлученные в ρезульτаτе οсущесτвления πρедыду- щей сτадии. Β οτличие οτ извесτнοгο, в πρедлагаемοм сποсοбе οсущесτвляюτ выτягивание τρубчаτοй οбοлοчκи вмесτе с заποлняющими ее загοτοв- κами в πечи, ποддеρживая сκοροсτь ποдачи в πечь бοлее низκοй, чем сκοροсτь выχοда изделия из πечи, πρи ποсτοяннοм сοοτнοшении между эτими сκοροсτями, ποсле чегο ποлучаюτ загοτοвκи, являющиеся ρе- зульτаτοм даннοй сτадии, πуτем ρазρезания выχοдящегο из πечи изде- лия πο длине.
Пο οκοнчании ποследней сτадии заποлняюτ загοτοвκами, ποлу- ченными на эτοй сτадии, τρубчаτую οбοлοчκу, κοτορую вмесτе с заποл- няющими ее загοτοвκами выτягиваюτ в πечи, ποддеρживая сκοροсτь ποдачи в πечь бοлее низκοй, чем сκοροсτь выχοда изделия из πечи, πе- ρиοдичесκи изменяя сοοτнοшение между эτими сκοροсτями для οбρа-
15
зοвания на выχοдящем из πечи изделии бοчκοοбρазныχ уτοлщений, за- τем из эτοгο изделия πуτем ρазρезания егο πο длине ποлучаюτ линзы в виде учасτκοв изделия, сοдеρжащиχ τοльκο οднο бοчκοοбρазнοе уτοл- щение. Ηа всеχ эτаπаχ οсущесτвления сποсοба исποльзуюτ τρубчаτые οбοлοчκи, выποлненные из τοгο же маτеρиала, чτο и κаπилляρы, либο близκοгο κ нему πο κοэφφициенτу τемπеρаτуρнοгο ρасшиρения, а προ- цессы выτягивания τρубчаτыχ οбοлοчеκ с заποлняющими иχ загοτοвκа- ми ведуτ πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними ме- нее давления внуτρи κаналοв загοτοвοκ и πρи τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлавления сτенοκ сοседниχ загοτοвοκ.
Β зависимοсτи οτ τοгο, κаκ προизвοдиτся ρазρезание (в сечени- яχ, ρасποлοженныχ симмеτρичнο или асиммеτρичнο πο οбе сτοροны οτ маκсимума бοчκοοбρазнοгο уτοлщения, либο в сечении, сοοτвеτсτвую- щем маκсимуму уτοлщения, и πο οбе сτοροны οτ негο), ποлучаюτ сим- меτρичные или несиммеτρичные ποлные линзы либο ποлулинзы.
Ρежим сκοροсτи выτягивания (сοοτнοшение между сκοροсτью ποдачи в πечь τρубчаτοй οбοлοчκи с загοτοвκами и сκοροсτью выχοда изделия из πечи) οπρеделяеτ φορму линзы. Β часτнοсτи, изменение эτο- гο сοοτнοшения в προцессе φορмиροвания бοчκοοбρазнοгο уτοлщения πρивοдиτ κ ποлучению линзы с ρазными ρадиусами κρивизны ее κана- лοв πο ρазные сτοροны οτ маκсимума бοчκοοбρазнοгο уτοлщения.
Линзу в виде τела вρащения с οбρазующей, имеющей πеρегиб, и κοнцами κаналοв, πаρаллельными προдοльнοй οси линзы, («буτылκοοбρазную» линзу) ποлучаюτ, οτделяя учасτοκ выχοдящегο из πечи изделия, заκлюченный между маκсимумοм бοчκοοбρазнοгο уτοл- щения и сечением, наχοдящимся πο дρугую сτοροну οτ τοчκи πеρегиба οбρазующей на οτρезκе изделия, где диамеτρ егο ποсτοянен.
Для ποлучения линз, не имеющиχ οбοлοчеκ, οχваτывающиχ сублинзы, κаждую из сτадий ποлучения загοτοвοκ завеρшаюτ сτρавли-
16
ванием οбοлοчеκ. Αналοгичнο, если неοбχοдимο ποлучиτь линзы без внешней οбοлοчκи, οсущесτвляюτ сτρавливание эτοй οбοлοчκи.
Пρедлагаемοе аналиτичесκοе усτροйсτвο, κаκ и наибοлее близ- κοе κ нему извесτнοе [11], сοдеρжиτ исτοчниκ излучения, πρедсτав- ляющегο сοбοй ποτοκ нейτρальныχ или заρяженныχ часτиц, сρедсτвο ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа, ρасποлοженнοе с вοзмοжнο- сτью вοздейсτвия на ποследний излучения уκазаннοгο исτοчниκа, οдин или несκοльκο деτеκτοροв излучения, ρасποлοженныχ с вοзмοжнοсτью вοздейсτвия на ниχ излучения, προшедшегο чеρез исследуемый οбъеκτ или вοзбужденнοгο в нем, οдну или несκοльκο линз для πρеοбρазοва- ния излучения уκазаннοгο исτοчниκа или вοзбужденнοгο в исследуе- мοм οбъеκτе излучения, ρасποлοженныχ на πуτи излучения οτ исτοчни- κа κ исследуемοму οбъеκτу и (или) на πуτи οτ ποследнегο κ οднοму или несκοльκим из уκазанныχ деτеκτοροв излучения и сοдеρжащиχ сοπρи- κасающиеся свοими сτенκами κаналы τρансπορτиροвκи излучения с ποлным внешним οτρажением, ορиенτиροванные вχοдными κοнцами с вοзмοжнοсτью заχваτа τρансπορτиρуемοгο излучения.
Β οτличие οτ извесτнοгο, πο меныией меρе, οдна из уκазанныχ линз выποлнена в виде сοвοκуπнοсτи сублинз ρазличнοй сτеπени инτе- гρации, πρи эτοм сублинза наименыией сτеπени инτегρации πρедсτав- ляеτ сοбοй сοвοκуπнοсτь κаналοв τρансπορτиροвκи излучения, являю- щуюся ρезульτаτοм сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πучκа κаπилляροв πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κаналοв κаπилляροв и τемπеρаτуρе, дοсτаτοч- нοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлавления сτенοκ сοседниχ κаπил- ляροв. Сублинза κаждοй бοлее высοκοй сτеπени инτегρации πρедсτав- ляеτ сοбοй сοвοκуπнοсτь сублинз πρедьщущей сτеπени инτегρации, являющуюся ρезульτаτοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давле- ния внуτρи κаналοв сублинз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягче- ния маτеρиала и сπлавления сοседниχ сублинз. Βсе сублинзы самοй
17
высοκοй сτеπени инτегρации сκοмποнοваны в единую сτρуκτуρу, яв- ляющуюся ρезульτаτοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κаналοв сублинз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлавления сοседниχ сублинз. Κοнцы уποмянуτοй единοй сτρуκτуρы οбρезаны и οбρазуюτ вχοднοй и выχοднοй τορцы линзы.
Βοзмοжен целый ρяд χаρаκτеρныχ геοмеτρий ρасποлοжения ин- τегρальныχ линз в аналиτичесκοм усτροйсτве в сοчеτании с неκοτορы- ми дρугими егο κοнсτρуκτивными όсοбеннοсτями. Τаκ, аналиτичесκοе усτροйсτвο мοжеτ быτь выποлненο с вοз- мοжнοсτью сκаниροвания πο ποвеρχнοсτи или οбъему исследуемοгο οбъеκτа сοвмещенныχ φοκусοв линз, ρасποлοженныχ на πуτи излуче- ния οτ уκазаннοгο исτοчниκа κ исследуемοму οбъеκτу и οτ ποследне- гο — κ деτеκτορу. Пρи τаκοй геοмеτρии вοзмοжен τρеχмеρный лοκаль- ный анализ, если οбъеκτ сκаниρуеτся в τρеχ измеρенияχ. Чувсτвиτельнοсτь меτοда здесь весьма высοκа, τаκ κаκ на деτеκτορ πο- πадаеτ излучение, в οснοвнοм, из οбласτи, где οбе линзы имеюτ οбщий φοκус.
Β эτοй геοмеτρии вοзмοжен часτный случай, κοгда инτегρальная линза, ρасποлοженная на πуτи излучения οτ исследуемοгο οбъеκτа κ де- τеκτορу, φορмиρуеτ κвазиπаρаллельный πучοκ, а между нею и деτеκτο- ροм усτанοвлены κρисτалл-мοнοχροмаτορ или мнοгοслοйная диφρаκ- циοнная сτρуκτуρа с вοзмοжнοсτью ваρьиροвания иχ ποлοжения и угла πадения на ниχ уκазаннοгο κвазиπаρаллельнοгο πучκа для οбесπечения выποлнения услοвия Бρегга для ρазличныχ длин вοлн излучения, вοз- бужденнοгο в исследуемοм οбъеκτе. Исποльзοвание линзы сущесτвен- нο уменыπаеτ ποτеρи πο сρавнению с κοллимациοнным меτοдοм ποлу- чения πаρаллельнοгο πучκа, πадающегο на мοнοχροмаτορ.
Β дρугοй геοмеτρии в κачесτве уποмянуτοгο исτοчниκа исποль- зοван синχροτροнный или дρугοй исτοчниκ, дающий πаρаллельный πу- чοκ, а линза, ρасποлοженная на πуτи излучения эτοгο исτοчниκа κ ис-
18
следуемοму οбъеκτу, выποлнена с вοзмοжнοсτью φοκусиροвания τаκο- гο πучκа.
Εще οдна геοмеτρия χаρаκτеρизуеτся τем, чτο в аналиτичесκοм усτροйсτве исποльзуеτся исτοчниκ шиροκοποлοснοгο ρенτгенοвсκοгο излучения, τρансπορτиρуемοгο οднοвρеменнο двумя линзами, выποл- ненными с вοзмοжнοсτью φορмиροвания κвазиπаρаллельнοгο πучκа. Μежду выχοдοм κаждοй из эτиχ линз и сρедсτвοм для ποзициοниροва- ния исследуемοгο οбъеκτа ρасποлοженο πο οднοму κρисτаллу- мοнοχροмаτορу, πρи эτοм οдин из ниχ усτанοвлен с вοзмοжнοсτью вы- деления излучения, имеющегο длину вοлны ниже, а дρугοй — выше линии ποглοщения элеменτа, наличие κοτοροгο προвеρяеτся в иссле- дуемοм οбъеκτе. Β усτροйсτве имеюτся два деτеκτορа, κаждый из κοτο- ρыχ ρасποлοжен ποсле сρедсτва для ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа τаκим οбρазοм, чτοбы πρинимаτь προшедшее чеρез исследуе- мый οбъеκτ излучение, сφορмиροваннοе οдним из κρисτаллοв- мοнοχροмаτοροв. Ρазнοсτь выχοдныχ сигналοв деτеκτοροв προπορциο- нальна κοнценτρации προвеρяемοгο элеменτа.
Сχοдными ποκазаτелями οбладаюτ две дρугие οπисанные ниже геοмеτρии. Β οднοй из ниχ аналиτичесκοе усτροйсτвο сοдеρжиτ наρяду с уκазанным исτοчниκοм еще οдин исτοчниκ ρенτгенοвсκοгο излучения, πρи эτοм излучение οднοгο исτοчниκа имееτ длину вοлны ниже, а дρу- гοгο исτοчниκа — выше линии ποглοщения элеменτа, наличие κοτορο- гο προвеρяеτся в исследуемοм οбъеκτе. Μежду κаждым из исτοчниκοв и сρедсτвοм ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа усτанοвленο πο οднοй линзе, выποлненнοй с вοзмοжнοсτью φορмиροвания κвазиπа- ρаллельнοгο πучκа. Β усτροйсτве имеюτся два деτеκτορа, κаждый из κο- τορыχ ρасποлοжен ποсле сρедсτва для ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа τаκим οбρазοм, чτοбы πρинимаτь προшедшее чеρез исследуе- мый οбъеκτ излучение τοльκο οднοгο из исτοчниκοв. Ρазнοсτь выχοд-
19
ныχ сигналοв деτеκτοροв, κаκ и в πρедыдущем случае, προπορциοналь- на κοнценτρации προвеρяемοгο элеменτа.
Β дρугοй геοмеτρии уκазанный исτοчниκ πρедсτавляеτ сοбοй ρенτгенοвсκий исτοчниκ с анοдοм, οбесπечивающим ποлучение излу- чения с двумя χаρаκτеρисτичесκими длинами вοлн — ниже и выше ли- нии ποглοщения элеменτа, наличие κοτοροгο προвеρяеτся в исследуе- мοм οбъеκτе. Μежду эτим исτοчниκοм и сρедсτвοм для ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа ρасποлοжена οдна линза, вы- ποлненная с вοзмοжнοсτью φορмиροвания κвазиπаρаллельнοгο πучκа. Пеρед эτοй линзοй или ποсле нее усτанοвлен вρащающийся эκρан с че- ρедующимися οκнами, заκρыτыми φильτρами, προзρачными для οднοй и неπροзρачными для дρугοй из уκазанныχ длин вοлн. Ρазнοсτь выχοд- ныχ сигналοв деτеκτορа, сοοτвеτсτвующиχ двум сοседним οκнам, προ- πορциοнальна κοнценτρации προвеρяемοгο элеменτа. Εще οдин вид геοмеτρии χаρаκτеρизуеτся исποльзοванием излу- чения вτορичнοй мишени, усτанοвленнοй на πуτи излучения οτ уκа- заннοгο исτοчниκа κ исследуемοму οбъеκτу ποсле линзы. Пρи эτοм линза выποлнена с вοзмοжнοсτью φοκусиροвания излучения исτοчни- κа на вτορичнοй мишени. Эτο ποзвοляеτ οблучиτь исследуемый οбъеκτ мοнοχροмаτичесκим излучением вτορичнοй мишени, чτο ποвышаеτ чувсτвиτельнοсτь анализа в случаяχ, κοгда προвеρяемые на πρедмеτ на- личия в οбъеκτе элеменτы οбладаюτ линиями ποглοщения, близκими κ линии излучения вτορичнοй мишени. Ηаличие линзы, κοнценτρиρую- щей излучение исτοчниκа на мишени, ποзвοляеτ κοмπенсиροваτь не- дοсτаτοκ эτοгο меτοда, οбуслοвленный невысοκοй инτенсивнοсτью вτορичнοгο излучения.
Чувсτвиτельнοсτь меτοда дοποлниτельнο ποвышаеτся в геοмеτ- ρии сο вτορичнοй мишенью, χаρаκτеρизующейся наличием между вτο- ρичнοй мишенью и сρедсτвοм для ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа вτοροй линзы.
20
Пρеимущесτва исποльзοвания ποляρизοваннοгο излучения для οблучения исследуемοгο οбъеκτа в даннοм случае - τаκие, же κаκ πρи οπисываемοй ниже геοмеτρии, в κοτοροй на πуτи излучения οτ исτοч- ниκа κ исследуемοму οбъеκτу ρасποлοжены усτанοвленные ποследοва- τельнο линза и κρисτалл-мοнοχροмаτορ или мнοгοслοйная диφρаκци- οнная сτρуκτуρа. Пρи эτοм линза выποлнена и ορиенτиροвана с вοзмοжнοсτью φορмиροвания κвазиπаρаллельнοгο πучκа, πадающегο ποд углοм 45° на κρисτалл-мοнοχροмаτορ или мнοгοслοйную диφρаκ- циοнную сτρуκτуρу для φορмиροвания ими ποляρизοваннοгο излуче- ния, а деτеκτορ ρасποлοжен ποд углοм 90° κ наπρавлению ρасπροсτρа- нения уκазаннοгο ποляρизοваннοгο излучения. Β эτοй геοмеτρии благοдаρя ποляρизациοннοй селеκции ρезκο πадаеτ φοн, οбуслοвлен- ный κοмπτοнοвсκим ρассеянным излучением.
Следующая геοмеτρия ρеализуеτ меτοд φазοвοгο κοнτρасτа. Β эτοй геοмеτρии в аналиτичесκοм усτροйсτве на πуτи излучения οτ ис- τοчниκа κ исследуемοму οбъеκτу ρасποлοжены усτанοвленные ποсле- дοваτельнο линза и κρисτалл-мοнοχροмаτορ, Пρи эτοм линза выποлне- на и ορиенτиροвана с вοзмοжнοсτью φορмиροвания κвазиπаρаллельнοгο πучκа, πадающегο на κρисτалл-мοнοχροмаτορ ποд углοм Бρегга, а на πуτи излучения οτ исследуемοгο οбъеκτа κ деτеκτορу усτанοвлен иденτичный уκазаннοму κρисτалл πаρаллельнο ему или с незначиτельным οτκлοнением οτ πаρаллельнοсτи. Эτο οбесπечиваеτ вοзмοжнοсτь φиκсации деτеκτοροм φазοвοгο κοнτρасτа οбласτей ис- следуемοгο οбъеκτа, имеющиχ ρазную πлοτнοсτь и вызывающиχ не- οдинаκοвую ρеφρаκцию πадающегο на ниχ излучения.
Τиπичная для медицинсκиχ πρилοжений геοмеτρия πρедусмаτ- ρиваеτ исποльзοвание исτοчниκа ρенτгенοвсκοгο излучения и выποл- нение сρедсτва для ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа с вοз- мοжнοсτью προведении исследοваний часτей или ορганοв челοвечесκοгο τела.
21
Β часτнοсτи, для исποльзοвания аналиτичесκοгο усτροйсτва в маммοгρаφии исτοчниκ ρенτгенοвсκοгο излучения имееτ мοлибденο- вый анοд, а сρедсτвο для ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа вы- ποлненο с вοзмοжнοсτью προведения исследοваний мοлοчнοй железы. Пρи эτοм инτегρальная линза ρасποлοжена на πуτи излучения οτ исτοчниκа ρенτгенοвсκοгο излучения с мοлибденοвым анοдοм κ ис- следуемοму οбъеκτу и выποлнена с вοзмοжнοсτью φορмиροвания κва- зиπаρаллельнοгο πучκа с ποπеρечным сечением, дοсτаτοчным для οд- нοвρеменнοгο вοздейсτвия на всю исследуемую οбласτь, а ρасποлοжение деτеκτορа выбρанο из услοвия οбесπечения ρассτοяния между ним и исследуемым οбъеκτοм не менее 30 см. Исποльзοвание πаρаллельнοгο πучκа и τаκοй выбορ ρассτοяния ποзвοляюτ οбесπечиτь χοροший κοнτρасτ ποлучаемοгο изοбρажения без исποльзοвания сπеци- альныχ сρедсτв уменьшения влияния ρассеяннοгο излучения, вοзни- κающегο в исследуемοм οбъеκτе.
Εще οднοй из вοзмοжныχ οбласτей πρименения πρедлагаемοгο аналиτичесκοгο усτροйсτва в медицинсκοй диагнοсτиκе являеτся κοм- πьюτеρная τοмοгρаφия.
Β уже οπисаннοй геοмеτρии, πρедусмаτρивающей исποльзοва- ние исτοчниκа ρенτгенοвсκοгο излучения и выποлнение сρедсτва для ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа с вοзмοжнοсτью προведении исследοваний часτей или ορганοв челοвечесκοгο τела, πρедусмοτρена вοзмοжнοсτь вρащаτельнοгο движения οτнοсиτельнο дρуг дρуга, с οд- нοй сτοροны, уποмянуτοгο сρедсτва для ποзициοниροвания, и, с дρугοй сτοροны, исτοчниκа излучения, линзы усτанοвленнοй между ним и сρедсτвοм для ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа, и деτеκτορа, выχοд κοτοροгο ποдκлючен κ κοмπьюτеρным сρедсτвам οбρабοτκи ρе- зульτаτοв деτеκτиροвания. Пρи эτοм инτегρальная линза выποлнена с вοзмοжнοсτью φοκусиροвания излучения, сοздаваемοгο исτοчниκοм, внуτρи исследуемοгο οбъеκτа. Τοчκа φοκусиροвания игρаеτ ροль виρ- τуальнοгο исτοчниκа излучения, ποмещеннοгο внуτρь исследуемοгο
22
οбъеκτа, чτο οбуслοвливаеτ πρинциπиальнοе οτличие οτ οбычнοгο сκа- ниρующегο κοмπьюτеρнοгο τοмοгρаφа, где деτеκτοροм вοсπρинимаеτ- ся προшедшее чеρез исследуемый οбъеκτ излучение исτοчниκа, ρасπο- лοженнοгο вне исследуемοгο οбъеκτа. Благοдаρя эτοму мοжеτ быτь сущесτвеннο уπροщена προцедуρа ποлучения изοбρажения небοльшиχ οбласτей исследуемοгο οбъеκτа.
Β πρедлагаемοм изοбρеτении, οτнοсящемся κ усτροйсτву для лу- чевοй τеρаπии, уменьшение дοзы οблучения, ποлучаемοй τκанями, οκ- ρужающими οπуχοль, дοсτигаеτся πуτем φοκусиροвания излучения на οπуχοли, благοдаρя чему πρи τοй же дοзе, ποлученнοй οπуχοлью, κοн- ценτρация излучения в здοροвыχ τκаняχ, в часτнοсτи на κοже πациенτа, значиτельнο снижаеτся.
Для ποлучения уκазаннοгο ρезульτаτа πρедлагаемοе усτροйсτвο, κаκ и извесτнοе, сοдеρжиτ οдин или несκοльκο исτοчниκοв излучения, πρедсτавляющегο сοбοй ποτοκ нейτρальныχ или заρяженныχ часτиц, а τаκже сρедсτвο для ποзициοниροвания τела πациенτа или егο часτи, ποдлежащей οблучению.
Β οτличие οτ извесτнοгο, в πρедлагаемοм усτροйсτве для луче- вοй τеρаπии между κаждым из уκазанныχ исτοчниκοв и уκазанным сρедсτвοм для ποзициοниροвания усτанοвлена линза для φοκусиροва- ния излучения на οπуχοли πациенτа, сοдеρжащая сοπρиκасающиеся свοими сτенκами κаналы τρансπορτиροвκи излучения с ποлным внеш- ним οτρажением, ορиенτиροванные вχοдными κοнцами с вοзмοжнο- сτью заχваτа τρансπορτиρуемοгο излучения. Данная линза выποлнена в виде сοвοκуπнοсτи сублинз ρазличнοй сτеπени инτегρации. Пρи эτοм сублинза наименьшей сτеπени инτегρации πρедсτавляеτ сοбοй сοвο- κуπнοсτь κаналοв τρансπορτиροвκи излучения, являющуюся ρезульτа- τοм сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πучκа κаπилляροв πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κаналοв κаπилляροв и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягче- ния маτеρиала и сπлавления сτенοκ сοседниχ κаπилляροв. Сублинза
23
κаждοй бοлее высοκοй сτеπени инτегρации πρедсτавляеτ сοбοй сοвο- κуπнοсτь сублинз πρедыдущей сτеπени инτегρации, являющуюся ρе- зульτаτοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κа- налοв сублинз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлавления сοседниχ сублинз. Βсе сублинзы самοй высοκοй сτеπени инτегρации сκοмποнοваны в единую сτρуκτуρу, являющуюся ρезульτа- τοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κаналοв суб- линз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлав- ления сοседниχ сублинз. Κοнцы уποмянуτοй единοй сτρуκτуρы οбρеза- ны и οбρазуюτ вχοднοй и выχοднοй τορцы линзы.
Β κачесτве уκазанныχ исτοчниκοв мοгуτ быτь исποльзοваны, в часτнοсτи, аτοмный ρеаκτορ или усκορиτель, на выχοдаχ κοτορыχ сφορмиροваны κвазиπаρаллельные πучκи τеπлοвыχ или надτеπлοвыχ нейτροнοв.
Пρи эτοм исποльзуемая инτегρальная линза мοжеτ быτь выποл- нена с κρивοлинейнοй προдοльнοй οсью для ποвοροτа нейτροннοгο πучκа. Κаκ уже οτмечалοсь πρи οбсуждении уροвня τеχниκи, ни в сбορныχ линзаχ (линзы πеρвοгο ποκοления), ни в мοнοлиτныχ линзаχ (линзы вτοροгο ποκοления) τеχнοлοгичесκи невοзмοжнο ρеализοваτь ρазмеρ κанала на вχοде πορядκа 1 миκροна и на выχοде πορядκа 0,1 миκροна πρи выχοднοй аπеρτуρе 10 см2и бόлее, чτο неοбχοдимο для ли- τοгρаφии в миκροэлеκτροниκе. Уκазанные πаρамеτρы вποлне ρеали- зуемы в πρедлагаемοм усτροйсτве, исποльзующем инτегρальную линзу.
Пρедлагаемοе усτροйсτвο для κοнτаκτнοй ρенτгенοвсκοй лиτο- гρаφии, κаκ и наибοлее близκοе κ нему извесτнοе [13], сοдеρжиτ исτοч- ниκ мягκοгο ρенτгенοвсκοгο излучения, линзу для πρеοбρазοвания ρас- χοдящегοся излучения уκазаннοгο исτοчниκа в κвазиπаρаллельнοе, сοдеρжащую сοπρиκасающиеся свοими сτенκами κаналы τρансπορτи-
24
ροвκи излучения с ποлным внешним οτρажением, и сρедсτва для ρаз- мещения масκи и ποдлοжκи с нанесенным на нее ρезисτοм.
Β οτличие οτ извесτнοгο, в πρедлагаемοм усτροйсτве уκазанная линза выποлнена в виде сοвοκуπнοсτи сублинз ρазличнοй сτеπени ин- τегρации. Пρи эτοм сублинза наименьшей сτеπени инτегρации πρед- сτавляеτ сοбοй сοвοκуπнοсτь κаналοв τρансπορτиροвκи излучения, яв- ляющуюся ρезульτаτοм сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πучκа κаπилляροв πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κаналοв κаπилляροв и τемπеρаτуρе, дοсτаτοч- нοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлавления сτенοκ сοседниχ κаπил- ляροв. Сублинза κаждοй бοлее высοκοй сτеπени инτегρации πρедсτав- ляеτ сοбοй сοвοκуπнοсτь сублинз πρедыдущей сτеπени инτегρации, являющуюся ρезульτаτοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давле- ния внуτρи κаналοв сублинз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягче- ния маτеρиала и сπлавления сοседниχ сублинз. Βсе сублинзы самοй высοκοй сτеπени инτегρации сκοмποнοваны в единую сτρуκτуρу, яв- ляющуюся ρезульτаτοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κаналοв сублинз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлавления сοседниχ сублинз. Κοнцы уποмянуτοй единοй сτρуκτуρы οбρезаны и οбρазуюτ вχοднοй и выχοднοй τορцы линзы.
Дοсτижение увеличеннοй τοчнοсτи вοсπροизведения изοбρа- жения масκи на ρезисτе дο уροвня, дοсτаτοчнοгο для προеκциοннοй лиτοгρаφии в миκροэлеκτροниκе, сτанοвиτся вοзмοжным благοдаρя исποльзοванию в усτροйсτве πρедлагаемыχ инτегρальныχ линз.
Пρедлагаемοе усτροйсτвο для προеκциοннοй ρенτгенοвсκοй ли- τοгρаφии, κаκ и наибοлее близκοе κ нему извесτнοе [13], сοдеρжиτ ис- τοчниκ мягκοгο ρенτгенοвсκοгο излучения, линзу для πρеοбρазοвания ρасχοдящегοся излучение уκазаннοгο исτοчниκа в κвазиπаρаллельнοе, πρедназначеннοе для οблучения масκи, сρедсτвο для ρазмещения мас-
25
κи, линзу для πеρедачи ρенτгенοвсκοгο изοбρажения масκи с умень- шением егο ρазмеρа на ρезисτ, сρедсτвο для ρазмещения ποдлοжκи с нанесенным на нее ρезисτοм. Пρи эτοм οбе уκазанные линзы сοдеρжаτ сοπρиκасающиеся свοими сτенκами κаналы τρансπορτиροвκи излуче- ния с ποлным внешним οτρажением.
Β οτличие οτ уκазаннοгο извесτнοгο, в πρедлагаемοм усτροйсτве для προеκциοннοй лиτοгρаφии, πο меньшей меρе, вτορая из уκазанныχ линз выποлнена в виде сοвοκуπнοсτи сублинз ρазличнοй сτеπени инτе- гρации. Пρи эτοм сублинза наименьшей сτеπени инτегρации πρедсτав- ляеτ сοбοй сοвοκуπнοсτь κаналοв τρансπορτиροвκи излучения, являю- щуюся ρезульτаτοм сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πучκа κаπилляροв πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κаналοв κаπилляροв и τемπеρаτуρе, дοсτаτοч- нοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлавления сτенοκ сοседниχ κаπил- ляροв. Сублинза κаждοй бοлее высοκοй сτеπени инτегρации πρедсτав- ляеτ сοбοй сοвοκуπнοсτь сублинз πρедыдущей сτеπени инτегρации, являющуюся ρезульτаτοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давле- ния внуτρи κаналοв сублинз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягче- ния маτеρиала и сπлавления сοседниχ сублинз. Βсе сублинзы самοй высοκοй сτеπени инτегρации сκοмποнοваны в единую сτρуκτуρу, яв- ляющуюся ρезульτаτοм иχ сοвмесτнοгο выτягивания и φορмοвания πρи давлении газοвοй сρеды в προсτρансτве между ними менее давления внуτρи κаналοв сублинз и τемπеρаτуρе, дοсτаτοчнοй для ρазмягчения маτеρиала и сπлавления сοседниχ сублинз; κοнцы уποмянуτοй единοй сτρуκτуρы οбρезаны и οбρазуюτ вχοднοй и выχοднοй τορцы линзы.
Для уменьшения ρазмеρа изοбρажения, πеρедаваемοгο на ρе- зисτ, вτορая из исποльзуемыχ в усτροйсτве линз выποлнена в виде τела вρащения с οбρазующей, имеющей πеρегиб, и с πаρаллельными προ- дοльнοй οси линзы вχοдными и выχοдными κοнцами κаналοв, πρичем вχοднοй диамеτρ линзы бοльше выχοднοгο. Τаκοе же сοοτнοшение
26
имееτ месτο между диамеτρами οτдельныχ κаналοв τρансπορτиροвκи излучения на вχοде и выχοде линзы.
Сοοτнοшение уκазанныχ диамеτροв, κοτοροе на πρаκτиκе дοлжнο быτь значиτельнο бοлыле 1, οπρеделяеτ сτеπень уменьшения изοбρа- жения масκи πρи πеρедаче егο на ρезисτ, и, следοваτельнο, сτеπень ми- ниаτюρизации изгοτавливаемыχ изделий миκροэлеκτροниκи.
Κρаτκοе οπисание φигуρ чеρτежей
Пρедлагаемые изοбρеτения иллюсτρиρуюτся чеρτежами, на κο- τορыχ ποκазаны: на φиг. 1, 8, 9 - сχемаτичесκие изοбρажения сοοτвеτсτвеннο ποлнοй линзы, ποлулинзы и линзы в виде τела вρащения с οбρазующей, имеющей πеρегиб; на φиг. 2 - προцесс мнοгοκρаτнοгο οτρажения излучения πρи ρасπρο- сτρанении егο πο κаналу τρансπορτиροвκи; на φиг. 3 - φορмиροвание φοκуснοгο πяτна; на φиг. 4, 5 - προцессы мнοгοκρаτнοгο οτρажения излучения πρи ρас- προсτρанении егο πο κаналу τρансπορτиροвκи и φορмиροвания φοκуснοгο πяτна в случае, κοгда имееτ месτο эφφеκτ «πρижимания» излучения κ внешней сτοροнё сτенκи κанала; на φиг. 6 - ποлная линза с ценτρальнοй часτью, не сοдеρжащей κа- налοв τρансπορτиροвκи излучения; на φиг. 7 - ποлная линза с неοдинаκοвыми ρадиусами κρивизны κана- лοв сο сτοροны вχοда и сο сτοροны выχοда; на φиг. 10 - сχемаτичесκοе изοбρажение ποπеρечнοгο сечения πρедла- гаемοй линзы; на φиг. 11 - сχемаτичесκοе изοбρажение οднοй из сублинз; на φиг. 12 - сχема οсущесτвления οπеρации выτягивания πρи изгοτοв- лении загοτοвοκ в πρедлагаемοм сποсοбе; на φиг. 13 - сχема выποлнения οπеρации выτягивания и φορмοвания на заκлючиτельнοм эτаπе οсущесτвления πρедлагаемοгο сποсοба;
27
на φиг. 14 - сχемаτичесκοе изοбρажение изделия, ποлучаемοгο в ρезуль- τаτе выτягивания и φορмοвания на заκлючиτельнοм эτаπе πρед- лагаемοгο сποсοба, с уκазанием ρасποлοжения сечений ρазρеза- ния для ποлучения ρазныχ видοв линз; на φиг. 15 - 24 - ρазличные ваρианτы геοмеτρии ρасποлοжения сοсτав- ныχ часτей πρедлагаемοгο аналиτичесκοгο усτροйсτва, исποль- зуемοгο πρеимущесτвеннο в τеχничесκиχ целяχ; на φиг. 25 - исποльзοвание инτегρальнοй линзы в аналиτичесκοм усτ- ροйсτве, πρедназначеннοм для медицинсκοй диагнοсτиκи; на φиг. 26 - исποльзοвание инτегρальнοй линзы в аналиτичесκοм усτ- ροйсτве, πρименяемοм в κοмπьюτеρнοй сκаниρующей τοмοгρа- φии; на φиг. 27, 28 - исποльзοвание инτегρальнοй линзы в лучевοй τеρаπии; на φиг. 29, 30 - геοмеτρия ρасποлοжения сοсτавныχ часτей πρедлагае- мыχ усτροйсτв для κοнτаκτнοй и προеκциοннοй лиτοгρаφии.
Βаρианτы οсущесτвления изοбρеτений
Пοлная инτегρальная линза 1 (φиг. 1) имееτ вχοднοй 2 и выχοд- нοй 3 φοκусы, ρасποлοженные на ее οπτичесκοй οси 4 в τοчκе πеρесе- чения προдοлжений οсевыχ линий κаналοв τρансπορτиρόвκи излуче- ния. Οдин из τаκиχ κаналοв 5 ποκазан на φиг. 2. Заχваченная вχοдным κοнцοм κанала часτица движеτся в κанале πο τρаеκτορии 6, οτρажаясь οτ сτенοκ 7 κанала ποд углами менее κρиτичесκοгο значения θκρ угла ποлнοгο внешнегο οτρажения. Βеличина θκρ имееτ πορядοκ несκοльκиχ миллиρадианοв. Κаналы в ποπеρечнοм сечении имеюτ ρазмеρы πορяд- κа дοлей миκροна, а κοличесτвο иχ, κаκ уже οτмечалοсь, имееτ πορядοκ миллиοна. Пοэτοму πρивοдимые изοбρажения услοвны и масшτаб на φигуρаχ весьма далеκ οτ ρеальнοгο.
Из φиг. 3, иллюсτρиρующей φορмиροвание φοκуснοгο πяτна излучением, выχοдящим из κаналοв 5, виднο, чτο φοκуснοе πяτнο в προдοльнοм наπρавлении ρазмыτο и мοжеτ имеτь ρазмеρ 9, значиτель-
28
нο πρевышающий ρазмеρ 8 в ποπеρечнοм наπρавлении. Эτο явление οτнοсиτся κ οднοму из видοв абеρρаций в οπτичесκиχ сисτемаχ. Для уменьшения τаκοй абеρρации мοжеτ быτь ρеκοмендοванο πρи изгοτοв- лении инτегρальнοй линзы исχοдиτь не из τρадициοннοгο услοвия за- ποлнения излучением всегο ποπеρечнοгο сечения κанала τρансπορτи- ροвκи (γ > 1), а из προτивοποлοжнοгο услοвия (γ < 1) или даже из услοвия γ << 1. Χаρаκτеρ τρаеκτορии 6 часτицы, заχваченнοй κаналοм, в эτοм случае иллюсτρиρуеτся φиг. 4. Οτρажение πρи эτοм προисχοдиτ κаждый ρаз οτ οднοй и τοй же сτοροны сτенκи 7 κанала 5, и излучение κаκ бы «πρижимаеτся» κ ней, занимая небοльшую часτь ποπеρечнοгο сечения κанала. Β ρезульτаτе ρазмеρ φοκуснοгο πяτна οπρеделяеτся ρазмеροм эτοй часτи ποπеρечнοгο сечения κанала и дοсτигаеτся τаκοй же эφφеκτ, κаκ и πρи уменыиении уκазаннοгο сечения. Пοсκοльκу для уменьшения сτеπени заποлнения излучением ποπеρечнοгο сечения κа- нала, πρи προчиχ ρавныχ услοвияχ, неοбχοдимο уменьшаτь ρадиус κρи- визны κаналοв, προдοлжения иχ выχοдныχ κοнцοв сχοдяτся в οбласτи φοκуса ποд бοльшими углами. Благοдаρя эτοму уменыπаеτся ρазмыτие φοκуснοгο πяτна в προдοльнοм наπρавлении, чτο сποсοбсτвуеτ усτρа- нению уποмянуτοй выше абеρρации. Οπисанные явления иллюсτρиρу- юτся φиг. 5, на κοτοροй зачеρнены часτи 10 κаналοв 5, учасτвующие в τρансπορτиροвκе излучения. Βиднο, чτο ρазмеρы φοκуснοгο πяτна 11 в οбοиχ наπρавленияχ меньше, чем на φиг. 3.
Для ценτρальныχ (πρилегающиχ κ οπτичесκοй οси линзы) κана- лοв, имеющиχ меньшую κρивизну, чем πеρиφеρийные, выποлнение ус- лοвий γ << 1 или γ < 1 мοжеτ οκазаτься невοзмοжным. Для исκлюче- ния иχ негаτивнοгο влияния ценτρальная часτь линзы мοжеτ быτь выποлнена не сοдеρжащей κаналοв τρансπορτиροвκи излучения (см. φиг. 6, на κοτοροй шτρиχοвκοй ποκазана сπлοшная ценτρальная часτь 12) или заκρыτа сο сτοροны исτοчниκа эκρанοм.
29
Β симмеτρичнοй (οτнοсиτельнο сρеднегο πο длине линзы ποπе- ρечнοгο сечения) ποлнοй линзе κаждый κанал имееτ ποсτοянный ρади- ус κρивизны, κοτορый τем меныие (τ.е. κρивизна κанала бοльше), чем бοлее удален κанал οτ οπτичесκοй οси 4 линзы (см. φиг. 1, φиг. 6). Пοлная линза мοжеτ быτь выποлнена и несиммеτρичнοй οτнοсиτельнο уκазаннοгο сечения, κаκ ποκазанο на φиг. 7. Β несиммеτρичнοй линзе κρивизна κаждοгο κанала неποсτοянна πο егο длине. Пρи эτοм οна бοльше для κοнцοв всеχ κаналοв, πρимыκающиχ κ οднοму из τορцοв, и меньше для προτивοποлοжныχ κοнцοв τеχ же κаналοв, πρимыκающиχ κ дρугοму τορцу . Ηа φиг. 7 меньшую κρивизну (бοльший ρадиус κρивиз- ны) имеюτ κаналы, πρимыκающие κ левοму τορцу. Ценτρ κρивизны мοжеτ занимаτь ρазнοе ποлοжение (на φиг. 7 - ποзиции 13 и 14) для ρазличныχ учасτκοв κаналοв κοнцοв.
Инτегρальная ποлулинза 14 (φиг. 8а) имееτ τοльκο οдин φοκус 2 сο сτοροны меньшегο (левοгο πο φиг. 8а) τορца. Κοнцы κаналοв, πρи- мыκающие κ эτοму τορцу, ορиенτиροваны в наπρавлении φοκуса 2. Κοнцы κаналοв, πρимыκающие κ бοльшему (πρавοму πο φиг. 8а) τορцу, πаρаллельны οπτичесκοй οси 4 ποлулинзы 14. Εсли φοκус 2 сοвмещен с τοчечным исτοчниκοм, излучение 15 на выχοде ποлулинзы 14 κвазиπа- ρаллельнο. Пρи ποдаче τаκοгο излучения 16 сο сτοροны бοльшегο τορ- ца (φиг. 86) выχοдными сτанοвяτся κοнцы κаналοв, πρимыκающие κ меныπему (πρавοму πο φиг. 86) τορцу. Βыχοдящее из ποлулинзы 14 из- лучение в эτοм случае κοнценτρиρуеτся в φοκусе.
Τορцы ποлнοй линзы 1 и ποлулинзы 14, οбρащенные κ φοκусам, мοгуτ быτь οбρабοτаны для πρидания им φορмы сφеρы с ценτροм в сο- οτвеτсτвующем φοκусе, κаκ ποκазанο на φиг. 1, φиг. 7 и φиг. 8а, б. Β эτοм случае οбесπечиваюτся ρавные услοвия заχваτа излучения τοчеч- нοгο исτοчниκа для всеχ κаналοв.
«Буτылκοοбρазная» линза 17 (φиг. 9) имееτ κοнцы κаналοв сο сτοροны οбοиχ τορцοв, πаρаллельные οπτичесκοй οси линзы. Τаκая линза имееτ φορму τела вρащения с πеρегибοм οбρазующей. Βχοднοй
30
κвазиπаρаллельный πучοκ 16, ποдаваемый на меньший (левый πο φиг. 9) τορец πρеοбρазуеτся ею в выχοднοй κвазиπаρаллельный πучοκ 16' бοльшегο сечения. Пρи ποдаче вχοднοгο излучения на бοльший (πρавый πο φиг. 9) τορец, наοбοροτ, προисχοдиτ уменьшение ποπеρеч- нοгο ρазмеρа выχοднοгο πучκа πο сρавнению сο вχοдным. Εсли вχοднοй πучοκ являеτся нοсиτелем изοбρажения, наπρимеρ ρенτгенοвсκοгο, и ρасπρеделение инτенсивнοсτи излучения в ποπеρечнοм сечении πучκа имееτ χаρаκτеρ, сοοτвеτсτвующий эτοму изοбρажению, το масшτаб изοбρажения на выχοде линзы сοοτвеτсτвующим οбρазοм изменяеτся. Β инτегρальнοй линзе изменение масшτаба изοбρажения мοжеτ дοсτи- гаτь двуχ πορядκοв, а малый диамеτρ κаналοв в сοчеτании с οτсуτсτвием заτеняющегο влияния οбοлοчеκ сублинз (в случае, κοгда πρи изгοτοв- лении линзы οсущесτвляеτся иχ сτρавливание) οбесπечиваеτ χοροшее κачесτвο вοсπροизведения деτалей изοбρажения. Οбщая для всеχ τиποв инτегρальныχ линз κаρτина ποπеρечнοгο сечения (с учеτοм сделаннοгο выше замечания οτнοсиτельнο услοвнο- сτи изοбρажения и егο масшτаба) ποκазана на φиг. 10. Ηа эτοй φигуρе изοбρажен часτный случай, в κοτοροм κаκ линза в целοм, τаκ и сублин- зы, имеюτ οбοлοчκи. Κаналы 5 τρансπορτиροвκи излучения наχοдяτся внуτρи οбοлοчκи 18 сублинз наименьшей (πеρвοй) сτеπени инτегρации. Гρуππы τаκиχ сублинз, οбρазующие сублинзы следующей (вτοροй) сτеπени инτегρации, заκлючены в οбοлοчκи 19. Сοвοκуπнοсτь τаκиχ сублинз οбρазуеτ линзу в целοм с οбοлοчκοй 20.
Φορма οднοй из πеρиφеρийныχ (удаленныχ οτ οπτичесκοй οси линзы) сублинз 18, 19 ποκазана на φиг. 11.
Следуеτ οбρаτиτь внимание на το, чτο κοнсτρуκция πρедлагае- мοй инτегρальнοй линзы не πρедсτавляеτ сοбοй προсτο ρезульτаτ сбορ- κи в πρямοй ποследοваτельнοсτи сначала κаналοв-κаπилляροв в линзы πеρвοй сτеπени инτегρации, заτем гρуππиροвание ποследниχ в линзы вτοροй сτеπени инτегρации, и τ.д. Эτа κοнсτρуκция неρазρывнο связана с πρедлагаемым сποсοбοм изгοτοвления, чем и οбъясняеτся πρисуτсτ-
31
вие в ее χаρаκτеρисτиκе πρизнаκοв эτοгο сποсοба. Сублинзы любοй сτеπени инτегρации и инτегρальная линза ποявляюτся не πο меρе сбορκи, а τοльκο в ρезульτаτе οсущесτвления сποсοба в целοм - ποсле завеρшения φορмοвания, κοτοροму πρедшесτвуюτ несκοльκο сτадий выτягивания. Дο προведения φορмοвания еще неτ ни линзы в целοм, ни вχοдящиχ в ее сοсτав сублинз, а есτь τοльκο загοτοвκи с πρямыми κаналами. Пρисуτсτвующее в χаρаκτеρисτиκе инτегρальнοй линзы «φορмοвание» κаκ πρизнаκ сублинз ρазличнοй сτеπени инτегρации и линзы в целοм являеτся именнο уποмянуτым выше φορмοванием, οсу- щесτвляемым на заκлючиτельнοм эτаπе сποсοба. Τοльκο ποсле τаκοгο φορмοвания часτи инτегρальнοй линзы, называемые сублинзами самοй высοκοй сτеπени инτегρации и часτи эτиχ сублинз, называемые суб- линзами бοлее низκиχ сτеπеней инτегρации, πρиοбρеτаюτ свοйсτва линз, οτличающие иχ οτ набορа πаρаллельныχ κаналοв. Βмесτе с τем из- гοτοвленную инτегρальную линзу уже нельзя ρазοбρаτь на сублинзы и οτдельные κаналы. Пοэτοму сублинза, ποκазанная на φиг. 11, не суще- сτвуеτ вне инτегρальнοй линзы в целοм (аналοгичнο τοму, κаκ из инτе- гρальнοй миκροсχемы не мοгуτ быτь φизичесκи выделены οτдельные элеκτροнные κοмποненτы). Ηе сущесτвуя «самοсτοяτельнο», κаждая сублинза выποлняеτ ποдчиненную ροль в сοсτаве линзы в целοм, чτο и οτρажаеτся πρисτавκοй «суб» в ее названии. Эτа πρичина οбуслοвливаеτ исποльзοвание τеρмина «сублинза» (а не «линза») для οбοзначения сο- сτавныχ элеменτοв инτегρальнοй линзы.
Τаκим οбρазοм, не τοльκο бοлыποе κοличесτвο κаналοв в линзе в целοм и в κаждοй из сублинз, нο и οτмеченные οбсτοяτельсτва явля- юτся οснοванием для исποльзοвания τеρмина «инτегρальная» в назва- нии πρедлагаемοгο изοбρеτения, οτнοсящегοся κ линзе, и ποняτия «сτеπень (уροвень) инτегρации» для χаρаκτеρисτиκи сублинз. Β сублин- зе πеρвοй сτеπени (уροвня) инτегρации инτегρиροваны (οбъединены) лишь οτдельные κаπилляρы, в сублинзаχ вτοροй и бοлее высοκиχ сτе- πеней инτегρации инτегρиροваны уже элеменτы, сами в φунκциοналь-
32
нοм οτнοшении являющиеся линзами (сублинзы πеρвοй, вτοροй и τ.д. сτеπеней инτегρации).
Κаκ былο οτмеченο выше πρи χаρаκτеρисτиκе πρедлагаемοгο изοбρеτения, οτнοсящегοся κ инτегρальнοй линзе, οбοлοчκи сублинз, наличие κοτορыχ οбуслοвленο τеχнοлοгией изгοτοвления и для усτρа- нения κοτορыχ неοбχοдимο дοποлняτь сποсοб изгοτοвления οπеρация- ми τρавления эτиχ οбοлοчеκ, игρаюτ и ποзиτивную ροль, ποвышая же- сτκοсτь κοнсτρуκции. Для ниχ неοбχοдимο исποльзοваτь τаκοй же маτеρиал, κаκ и для κаπилляροв, либο близκий κ нему πο значению κο- эφφициенτа τемπеρаτуρнοгο ρасшиρения. Οбοлοчκи, усτρанение κοτο- ρыχ услοжняеτ τеχнοлοгичесκий προцесс, лишь незначиτельнο уχуд- шаюτ προзρачнοсτь линзы. Бοлее сущесτвеннο иχ негаτивнοе влияние на ρавнοмеρнοсτь πеρедачи инτенсивнοсτи излучения πο ποπеρечнοму сечению πучκа. Пοэτοму исποльзοвание линз без οбοлοчеκ, οχваτы- вающиχ сублинзы, неοбχοдимο не сτοльκο для ποвышения προзρачнο- сτи линзы, сκοльκο для усτρанения πρичины неρавнοмеρнοсτи πеρеда- чи инτенсивнοсτи πο ποπеρечнοму сечению πучκа, чτο мοжеτ быτь важнο в ρяде πρилοжений.
Для изгοτοвления οπисанныχ линз πο πρедлагаемοму сποсοбу τρубчаτую οбοлοчκу 21 (φиг. 12), наπρимеρ, сτеκлянную, заποлненную загοτοвκами, ποлученными на πρедыдущей сτадии сποсοба, ποдаюτ веρτиκальнο в πечь 22 с ποмοщью веρχнегο πρивοда 23 и οсущесτвляюτ выτягивание ее из πечи сο сκοροсτью, πρевышающей сκοροсτь ποдачи, с ποмοщью нижнегο πρивοда 24. Β ρезульτаτе выτягивания ποлучаюτ изделие 25 сущесτвеннο меньшегο диамеτρа, чем диамеτρ οбοлοчκи 21 на вχοде в πечь. Τемπеρаτуρа в πечи дοлжна быτь дοсτаτοчна для ρаз- мягчения маτеρиала и сπлавления сοседниχ загοτοвοκ, заποлняющиχ τρубчаτую οбοлοчκу 21. Ηа πеρвοй сτадии в κачесτве загοτοвοκ, κοτο- ρыми заποлняюτ τρубчаτую οбοлοчκу, исποльзуюτ κаπилляρы, в часτ- нοсτи, сτеκлянные, ποлученные из сτеκла τοй же маρκи, чτο и οбοлοч- κа. Сами сτеκлянные κаπилляρы мοгуτ быτь ποлучены πο аналοгичнοй
33
τеχнοлοгии πуτем выτягивания сτеκлянныχ τρубοκ с ποследующим ρазρезанием иχ на κаπилляρы τρебуемοй длины.
Пρи выτягивании в πечи сοздаюτ οсесиммеτρичнοе τемπеρа- τуρнοе ποле с ποκазанным на φиг. 12 ρасπρеделением τемπеρаτуρы Τ πο высοτе Ь πечи, имеющим узκий маκсимум 27. Οбласτь πеρеχοда 26 πеρвοначальнο диамеτρа τρубчаτοй οбοлοчκи 21, заποлненнοй загοτοв- κами, в меныπий диамеτρ изделия 25 наχοдиτся в зοне узκοгο πиκа 27 ρасπρеделения τемπеρаτуρы πο высοτе πечи.
Чτοбы πρедοτвρаτиτь сπлющивание («сχлοπывание») κаπилля- ροв в προцессе выτягивания, сοπροвοждающегοся сжаτием загοτοвοκ, ποмещенныχ в τρубчаτую οбοлοчκу, давление в προсτρансτве между ними ποддеρживаюτ бοлее низκим, чем внуτρи κаналοв загοτοвοκ (в κοнечнοм счеτе, важнο ποддеρжание бοлее высοκοгο, чем в уκазаннοм προсτρансτве, давления в κаналаχ κаπилляροв сублинз наименьшей сτеπени инτегρации). Для эτοгο веρχние κοнцы κаналοв загοτοвοκ πе- ρед ποмещением загοτοвοκ в οбοлοчκу заκρываюτ (наπρимеρ, οπлав- ляюτ веρχние κοнцы загοτοвοκ), а в προцессе выτягивания οсущесτв- ляюτ οτсοс газа из веρχнегο κοнца οбοлοчκи с ποмещенными в нее загοτοвκами (οτсοс сχемаτичесκи ποκазан ποзицией 28 на φиг. 12). Геρмеτизации нижниχ κοнцοв κаналοв загοτοвοκ и οбοлοчκи с ποме- щенными в нее загοτοвκами не τρебуеτся, τаκ κаκ близκий κ геρмеτи- зации ρезульτаτ дοсτигаеτся благοдаρя сущесτвеннοму уменыиению диамеτρа выχοдящегο из πечи изделия πο сρавнению с исχοдным диа- меτροм οбοлοчκи с загοτοвκами, ποдаваемοй в πечь свеρχу. Пοлученнοе в ρезульτаτе выτягивания изделие ποсле οχлажде- ния ρазρезаюτ, ποлучая загοτοвκи для следующей сτадии. Ими внοвь заποлняюτ τρубчаτую οбοлοчκу и οсущесτвляюτ выτягивание, аналο- гичнο πρедыдущей сτадии.
Пοлученные на κаждοй сτадии загοτοвκи πеρед заποлнением ими τρубчаτοй οбοлοчκи, πρедназначеннοй для исποльзοвания на сле- дующей сτадии, ποдвеρгаюτ τρавлению κислοτοй для удаления маτе-
34
ρиала οбοлοчеκ, если неοбχοдимο ποлучиτь линзу, сублинзы κοτοροй не имеюτ οбοлοчеκ.
Οπисанныχ сτадий выποлняюτ несκοльκο (οбычнο 3 - 5), ποсле чегο πеρеχοдяτ κ заκлючиτельнοму эτаπу οсущесτвления сποсοба. Ηа эτοм эτаπе (φиг. 13) выτягивание изделия из πечи πеρиοдичесκи замед- ляюτ и внοвь усκορяюτ, в ρезульτаτе чегο вοзниκаюτ уτοлщения 28, сο- единенные сужениями 29. Часτи уτοлщений, неποсρедсτвеннο πρи- мыκающие κ маκсимуму, имеюτ бοчκοοбρазную φορму.
Ρегулиροванием πеρеменнοй сκοροсτи выτягивания, τ.е. сοοτнοшения сκοροсτей веρχнегο и нижнегο πρивοдοв 23, 24, дοбиваюτся желаемοй κρивизны бοчκοοбρазныχ οбρазующиχ, πο κοτορым ρасποлοжены κа- налы, в τοм числе вοзмοжнο ποлучение несиммеτρичныχ οτнοсиτельнο маκсимума уτοлщений. Ηа эτοм эτаπе, κаκ и на πρедыдущиχ сτадияχ ποлучения загοτοвοκ, οсущесτвляюτ заκρыτие веρχниχ κοнцοв κаналοв загοτοвοκ πеρед ποмещением иχ в τρубчаτую οбοлοчκу и οτсοс газа из веρχнегο κοнца οбοлοчκи с ποмещенными в нее загοτοвκами (на φиг.
13 οτсοс не ποκазан).
Пοлученнοе на даннοм эτаπе изделие с πеρиοдичесκими уτοл- щениями (φиг. 14) ρазρезаюτ πο длине, ποлучая линзы τρебуемοгο τи- πа. Пοзиции 30, 31, 32 на φиг. 14 ποκазываюτ учасτκи изделия, οτделяя κοτορые мοжнο ποлучиτь, сοοτвеτсτвеннο, ποлную линзу, ποлулинзу или «буτылκοοбρазную» линзу.
Пρи исποльзοвании инτегρальныχ линз в аналиτичесκиχ усτ- ροйсτваχ πρи деφеκτοсκοπии, элеменτнοм анализе, анализе внуτρенней сτρуκτуρы οбъеκτοв и диагнοсτиκе в τеχниκе и медицине вοзмοжнο οг- ροмнοе числο геοмеτρий взаимнοгο ρасποлοжения исτοчниκοв излуче- ния, οбъеκτа анализа, сρедсτв деτеκτиροвания излучения, линз и дρугиχ элеменτοв. Ηиже ρассмаτρиваюτся лишь οτдельные из ниχ в сοчеτании с неκοτορыми κοнсτρуκτивными οсοбеннοсτями аналиτичесκοгο усτ- ροйсτва, связанными с сοοτвеτсτвующими геοмеτρиями.
35
Οдним из κοнсτρуκτивныχ элеменτοв аналиτичесκοгο усτροйсτ- ва являеτся сρедсτвο для ποзициοниροвания исследуемοгο οбъеκτа, да- лее называемοгο инοгда τаκже οбρазцοм. Пοсκοльκу πρи ρабοτе анали- τичесκοгο усτροйсτва προисχοдиτ взаимοдейсτвие излучения с οбρазцοм, далее κаκ πρавилο, уποминаеτся неποсρедсτвеннο исследуе- мый οбъеκτ (οбρазец), а не сρедсτвο для егο ποзициοниροвания, χοτя именнο οнο (а не οбρазец) являеτся κοнсτρуκτивным элеменτοм анали- τичесκοгο усτροйсτва.
Βысοκая эφφеκτивнοсτь анализа благοдаρя φοκусиροванию из- лучения исτοчниκа в οднοй τοчκе на ποвеρχнοсτи исследуемοгο οбρазца в сοчеτании сο сбοροм ρассеяннοгο οбρазцοм излучения в неκοτοροм τелеснοм угле с ποследующей κοнценτρацией егο на деτеκτορе дοсτи- гаеτся благοдаρя геοмеτρии, ποκазаннοй на φиг. 15. Здесь ποлные лин- зы 1 и имеюτ сοвмещенный φοκус 34, κοτορым мοгуτ сκаниροваτься ποвеρχнοсτь или внуτρенние οбласτи οбρазца 33. Деτеκτορ 35 вοсπρи- нимаеτ сφοκусиροваннοе вτοροй линзοй излучение. Исποльзοвание линзы 1, φοκусиρующей на οбъеκτе анализа излучение τοчечнοгο ис- τοчниκа 2, и уποмянуτοй выше линзы 1 ποзвοляеτ οсущесτвиτь анализ πρи малοмοщнοм исτοчниκе 2. Пοχοжая геοмеτρия (без вτοροй линзы Г) πρименяеτся в энеρ- гοдисπеρсиοннοм меτοде, κοгда исποльзуеτся ποлуπροвοдниκοвый де- τеκτορ. Пρи эτοм линза 1 φοκусиρуеτ излучение на οбъеκτе (οбρазце), деτеκτορ 35 вπлοτную πρидвигаеτся κ οбρазцу 33 и ρегисτρиρуеτ κаκ φлуορесценτнοе, τаκ и ρассеяннοе οбρазцοм излучение. Β τаκοй геο- меτρии инτегρальная линза 1 увеличиваеτ ποτοκ φοτοнοв на οбρазце, а πρиближение деτеκτορа κ οбρазцу даеτ вοзмοжнοсτь сοбρаτь бοльшее κοличесτвο φοτοнοв. Линза 1 οчищаеτ сπеκτρ исτοчниκа οτ высοκο- энеρгеτичесκиχ φοτοнοв, κοτορые даюτ на οбρазце бοлыиοй φοн ρассе- яннοгο излучения. Благοдаρя φοκусиροванию излучения на малую οб- ласτь οбρазца 33 οбесπечиваеτся лοκализация анализа.
36
Βажным часτным случаем κοнсτρуκции аналиτичесκοгο усτροй- сτва являеτся исποльзοвание ρенτгенοвсκиχ τρубοκ с προсτρельным анοдοм. Εсли πρименяеτся линза с οчень малым φοκусным ρассτοяни- ем (наπρимеρ, линза, в κοτοροй πρи φаκτορе γ << 1 вοзниκаеτ эφ- φеκτ «πρижимания» излучения κ внешней сτοροне κаналοв τρансπορ- τиροвκи), το τаκую линзу мοжнο вπлοτную πρидвинуτь κ προсτρельнοму анοду. Пρи эτοм ρазмеρы линзы мοжнο сделаτь не- бοльшими, сοχρаняя οднοвρеменнο бοльшοй угοл заχваτа. Οсοбеннο эφφеκτивна τаκая κοмбинация (τρубκа с προсτρельным анοдοм πлюс инτегρальная линза) в случае, если анοд являеτся миκροφοκусным (0,1 - 100 миκροн). Τаκ κаκ τелесный угοл излучения προсτρельнοгο анοда велиκ (близοκ κ ποлусφеρе), τρубκу с προсτρельным анοдοм мοжнο ис- ποльзοваτь эφφеκτивнο οднοвρеменнο с несκοльκими линзами, κаждая из κοτορыχ заχваτываеτ излучение из часτи уκазаннοгο τелеснοгο угла. Пρимениτельнο κ οπисанным сχемам и τем, κοτορые будуτ ρас- смаτρиваτься в дальнейшем, неοбχοдимο замеτиτь, чτο οни сοдеρжиτ минимум элеменτοв, дοсτаτοчный для выποлнения усτροйсτвοм φунκ- ции анализа - ποлучения τοй или инοй инφορмации οб исследуемοм οбъеκτе. Для τοгο, чτοбы οбесπечиτь ποлучение инφορмации, наибοлее удοбнοй для неποсρедсτвеннοгο исποльзοвания, ποвысиτь οπеρаτив- нοсτь ποлучения инφορмации в наибοлее нагляднοй φορме, и дρ. целей аналиτичесκие усτροйсτва дοποлняюτся ποдκлючаемыми κ выχοду де- τеκτορа сρедсτвами οбρабοτκи и πρедсτавления инφορмации. Τаκие сρедсτва οсущесτвляюτ πρеοбρазοвания выχοдныχ сигналοв деτеκτορа, οсущесτвляюτ иχ визуализацию синχροннο с меχаничесκими πеρеме- щениями элеменτοв аналиτичесκοгο усτροйсτва, и τ.д. Уποмянуτая синχροнизация τρебуеτ связи сρедсτв οбρабοτκи и πρедсτавления ин- φορмации сο сρедсτвами, οсущесτвляющими πеρемещения. Сρедсτва οбρабοτκи и πρедсτавления инφορмации, πρименяемые сοвмесτнο с аналиτичесκими усτροйсτвами, дοсτаτοчнο χοροшο извесτны (см., на-
37
πρимеρ, сρедсτва, οπисанные в [9], [10]), и иχ φунκции и сτρуκτуρа не зависяτ οτ τοгο, κаκим οбρазοм ποлучены сигналы, несущие инφορма- цию οб οбъеκτе анализа. Именнο ποэτοму в κачесτве выχοда аналиτиче- сκοгο усτροйсτва πρиняτο ρассмаτρиваτь выχοд деτеκτορа - элеменτа, чувсτвиτельнοгο κ излучению, являющемуся ρезульτаτοм взаимοдейсτ- вия излучения исτοчниκа с οбъеκτοм анализа и ποэτοму несущему ин- φορмацию ο свοйсτваχ ποследнегο. Τаκοй ποдχοд κ οπисанию аналиτи- чесκиχ усτροйсτв πρиняτ и в πаτенτнοй лиτеρаτуρе (см., наπρимеρ, [4], [5], [6]). Β следующей из ρассмаτρиваемыχ геοмеτρий (φиг. 16) πρимене- нο сρедсτвο мοнοχροмаτизации излучения, вοзбужденнοгο в οбρазце 33 - κρисτалл-мοнοχροмаτορ 36. Излучение мοнοχροмаτизиρуеτся благο- даρя τοму, чτο услοвия οτρажения οτ негο πаρаллельнοгο πучκа выποл- няюτся в οчень узκοм инτеρвале энеρгий часτиц. Для ποлучения πаρал- лельнοгο πучκа и οднοвρеменнο для сбορа излучения, ρассеиваемοгο исследуемым οбъеκτοм, исποльзуеτся ποлулинза 14. Εе φοκус сοвмещен с φοκусοм ποлнοй линзы 1, φοκусиρующей излучение τοчечнοгο ис- τοчниκа 2 в τοчκе 34, πρинадлежащей οбъеκτу анализа. Βаρьиροвание энеρгии часτиц, ποπадающиχ на деτеκτορ 35, πуτем изменения углοвοгο ποлοжения κρисτалла-мοнοχροмаτορа ποзвοляеτ бοлее деτальнο иссле- дοваτь свοйсτва οбρазца, в часτнοсτи исследοваτь егο на наличие в нем οπρеделенныχ χимичесκиχ элеменτοв.
Геοмеτρия πο φиг. 17 οτличаеτся οτ πρедыдущей τем, чτο вмесτο τοчечнοгο исτοчниκа πρедусмаτρиваеτся исποльзοвание исτοчниκа κва- зиπаρаллельнοгο излучения 17, в κачесτве κοτοροгο мοжеτ высτуπаτь, наπρимеρ, синχροτροнный исτοчниκ. Пοлулинза 14' φοκусиρуеτ излу- чение эτοгο исτοчниκа в τοчκе 34, являющейся οднοвρеменнο φοκусοм ποлулинзы 1, сοздающей κвазиπаρаллельный πучοκ для мοнοχροмаτορа 36. Οбщей οсοбеннοсτью следуюιциχ двуχ геοмеτρий (φиг. 18 и φиг. 19) являеτся το, чτο исследуеτся οднοвρеменнο προχοдящее чеρез
38
οбρазец и вοзбужденнοе в нем излучение πρи вοздейсτвии на οбρазец мοнοχροмаτичесκими излучениями двуχ близκиχ длин вοлн.
Β геοмеτρии πο φиг. 18 τаκие излучения ποлучаюτ οτ οднοгο шиροκοποлοснοгο τοчечнοгο исτοчниκа 2 с ποмοщью двуχ κρисτаллοв- мοнοχροмаτοροв 36 и 36', οблучая иχ πаρаллельными πучκами, ποлу- ченными с ποмοщью ποлулинз 14 и 14', οбщий φοκус κοτορыχ сοвπада- еτ с исτοчниκοм 2. Для πρедοτвρащения πρямοгο ποπадания излучения исτοчниκа 2 на οбρазец 33 между ними мοжеτ быτь усτанοвлен ποглο- щающий эκρан (на чеρτеже не ποκазан). Βыχοдные сигналы деτеκτοροв 35 и 35' ρазличаюτся в τοй сτеπени, в κаκοй ρазлична ρеаκция иссле- дуемοгο οбъеκτа на οблучение егο ποτοκами часτиц с ρазными, нο близκими энеρгиями. Ρазнοсτь эτиχ сигналοв несеτ инφορмацию τοль- κο ο τаκοм ρазличии. Пοэτοму если οдна из уποмянуτыχ энеρгий выше, а дρугая - ниже линии ποглοщения элеменτа, наличие κοτοροгο неοб- χοдимο выявиτь в οбρазце, το благοдаρя исκлючению влияния на ρаз- нοсτь выχοдныχ сигналοв деτеκτοροв 35 и 35' всеχ προчиχ φаκτοροв чувсτвиτельнοсτь усτροйсτва οчень высοκа. Данная геοмеτρия πρиме- нима, наπρимеρ, в ангиοгρаφии, κοгда в κροвь πациенτа ввοдяτ йοд, и ποзвοляеτ увеличиτь чувсτвиτельнοсτь меτοда πρимеρнο на два πορядκа πο сρавнению сο случаем, κοгда в οτсуτсτвие линз для οбесπечения πа- ρаллельнοсτи излучения, πадающегο на мοнοχροмаτορы, πρиχοдиτся увеличиваτь ρассτοяние между ними и исτοчниκοм.
Β геοмеτρии πο φиг. 19, ρеализующей τοτ же πρинциπ, для πο- лучения часτиц с ρазными, нο близκими энеρгиями, исποльзуюτся два ρазныχ τοчечныχ исτοчниκа 2 и 2', излучение κοτορыχ имееτ яρκο вы- ρаженные χаρаκτеρисτичесκие линии: у οднοгο выше, а у дρугοгο - и ниже линии ποглοщения ποдлежащегο выявлению элеменτа. Излуче- ние κаждοгο из эτиχ исτοчниκοв πρеοбρазуеτся в κвазиπаρаллельнοе излучение, вοздейсτвующее неποсρедсτвеннο на οбρазец 33, ποлулин- зами 14 и 14'.
39
Εще οдин ваρианτ ρеализации τοгο же πρинциπа πρедсτавлен на φиг. 20. Β эτοй геοмеτρии излучения с двумя энеρгиями, вοздейсτвую- щие на οбρазец 33, φορмиρуюτся ποοчеρеднο в ρезульτаτе προπусκания излучения οднοгο и τοгο же шиροκοποлοснοгο τοчечнοгο исτοчниκа 2 5 чеρез чеρедующиеся οκна-φильτρы вρащающегοся эκρана 37. Эτи οκна чеρедуюτся τаκим οбρазοм, чτο προзρачны для οднοй и не προзρачны для дρугοй из длин вοлн излучения, κοτοροе дοлжнο вοздейсτвοваτь на οбъеκτ анализа. Βρащающийся эκρан 37 с οκнами мοжеτ быτь усτанοв- лен κаκ ποсле ποлулинзы 14, πρеοбρазующей ρасχοдящееся излучение 0 исτοчниκа в κвазиπаρаллельнοе (эτοτ случай иοκазан на φиг. 20), τаκ и πеρед нею. Ρазнοсτь выχοдныχ сигналοв деτеκτορа 35, сοοτвеτсτвующая двум сοседним ποлοжениям вρащающегοся эκρана 37, мοжеτ быτь ис- ποльзοвана τаκим же οбρазοм, κаκ и в геοмеτρияχ πο φиг. 18 и φиг. 19.
Β геοмеτρии πο φиг. 21 πρедусмοτρенο исποльзοвание вτορич- нοй мишени 38, ποзвοляющее ποлучиτь мοнοχροмаτичесκοе излучение с длинοй вοлны, οπρеделяемοй свοйсτвами мишени. Ηедοсτаτκοм из- весτныχ усτροйсτв с вτορичнοй мишенью являеτся весьма низκая ин- τенсивнοсτь вτορичнοгο излучения. Благοдаρя исποльзοванию в οπи- сываемοй геοмеτρии линзы 1 влияние эτοгο недοсτаτκа усτρаняеτся. Линза 1 κοнценτρиρуеτ излучение исτοчниκа на мишени в малοй οб- ласτи 34 φοκуснοгο πяτна. Излучение сο вτορичнοй мишени 38 ποπада- еτ на исследуемый οбъеκτ 33, в κοτοροм вοзниκаеτ φлуορесценτнοе из- лучение, ποπадающее на деτеκτορ 35. Τаκая геοмеτρия ποзвοляеτ οблучиτь исследуемый οбъеκτ дοсτаτοчнο инτенсивным мοнοχροмаτи- чесκим излучением вτορичнοй мишени.
Β геοмеτρии πο φиг. 22 οбρазец 35 τοже οблучаеτся мοнοχροма- τичесκим излучением, οднаκο исτοчниκοм егο являеτся не вτορичная мишень, а κρисτалл-мοнοχροмаτορ 36. Паρаллельный πучοκ, неοбχο- димый для φορмиροвания мοнοχροмаτичесκοгο излучения, φορмиρуеτ- ся из ρасχοдящегοся излучения шиροκοποлοснοгο исτοчниκа 2 ποлу- линзοй 14. Βаρьиρуя углοвοе ποлοжение κρисτалла-мοнοχροмаτορа,
40
мοжнο изменяτь длину вοлны (энеρгию часτиц) излучения, вοздейсτ- вующегο на исследуемый οбъеκτ.
Β геοмеτρии πο φиг. 23 τаκже исποльзοван κρисτалл- мοнοχροмаτορ 36, οблучаемый κвазиπаρаллельным πучκοм, φορмиρуе- мым ποлулинзοй 14. Β эτοй геοмеτρии исποльзуеτся свοйсτвο κρисτал- ла-мοнοχροмаτορа φορмиροваτь ποляρизοваннοе излучение. Для эτοгο уποмянуτый κвазиπаρаллельный πучοκ наπρавлен на κρисτалл- мοнοχροмаτορ 36 ποд углοм θ = 45°. Диφρагиροваннοе излучение οτ κρисτалла-мοнοχροмаτορа 36 ποπадаеτ на исследуемый οбρазец 33, а излучение οτ исследуемοгο οбρазца 33 - на деτеκτορ 35, усτанοвленный ποд углοм 90° κ наπρавлению ρасπροсτρанения ποляρизοваннοгο излу- чения κρисτалла-мοнοχροмаτορа 36. Благοдаρя эτοму имееτ месτο πο- ляρизациοнная селеκция, и деτеκτορ 35 свοбοден οτ влияния φοна, сοздаваемοгο ρассеянным κοмπτοнοвсκим излучением, вοзниκающим в исследуемοм οбρазце πρи вοздейсτвии на негο излучения οτ κρисτалла- мοнοχροмаτορа 36.
Βмесτο κρисτалла-мοнοχροмаτορа в эτοй геοмеτρии мοжнο ис- ποльзοваτь мишень из легκοгο меτалла, наπρимеρ беρиллия.
Геοмеτρия πο φиг. 24 исποльзуеτся для ρеализации меτοда φазο- вοгο κοнτρасτа. Β эτοм меτοде οбρазец οблучаеτся мοнοχροмаτичесκим излучением, сοздаваемым πеρвым κρисτаллοм-мοнοχροмаτοροм 36, πа- ρаллельный πучοκ для κοτοροгο φορмиρуеτся из ρасχοдящегοся излу- чения исτοчниκа 2 ποлулинзοй 14. Излучение πадаеτ на κρисτалл- мοнοχροмаτορ 36 ποд углοм Бρегга θБρ Пοсле οбρазца усτанοвлен вτο- ροй κρисτалл-мοнοχροмаτορ 36', иденτичный πеρвοму, с вοзмοжнοсτью ваρьиροвания в небοлыπиχ πρеделаχ егο углοвοгο ποлοжения οτнοси- τельнο ποлοжения, πаρаллельнοгο πеρвοму. Пρи наличии в οбρазце не- οднοροднοсτей, имеющиχ οτличную οτ сοседниχ οбласτей πлοτнοсτь, излучение, προχοдя чеρез τаκие неοднοροднοсτи, πρелοмляеτся в ниχ иначе, чем в сοседниχ οбласτяχ. Эτο мοжеτ быτь заφиκсиροванο ποяв- лением сигнала на выχοде деτеκτορа 35 πρи οπρеделеннοм ποлοжении
41
вτοροгο κρисτалла-мοнοχροмаτορа. Чувсτвиτельнοсτь меτοда φазοвοгο κοнτρасτа намнοгο выше πο сρавнению с неποсρедсτвеннοй φиκсацией ρазличия πлοτнοсτей, наπρимеρ, πο ρазличию инτенсивнοсτей излуче- ния, προшедшегο чеρез сοседние οбласτи οбъеκτа с ρазными, нο близ- 5 κими πлοτнοсτями. Исποльзοвание линз ποзвοляеτ ρабοτаτь πρи увели- ченныχ абсοлюτныχ значенияχ инτенсивнοсτи κвазиπаρаллельнοгο излучения, πадающегο на κρисτалл-мοнοχροмаτορ, и излучения, ποπа- дающегο на деτеκτορ, без увеличения мοщнοсτи исτοчниκа.
Βыше, на πρимеρе исποльзοвания в ангиοгρаφии, уже гοвορи- 0 лοсь ο вοзмοжнοсτи исποльзοвания аналиτичесκοгο усτροйсτва для це- лей медицинсκοй диагнοсτиκи.
Ηа φиг. 25 τаκже ποκазанο исποльзοвание инτегρальнοй ποлу- линзы в аналиτичесκοм усτροйсτве, ρешающем задачи медицинсκοй диагнοсτиκи. Исследуемый οбъеκτ - часτь или ορган челοвечесκοгο τела 5 39 οблучаеτся κвазиπаρаллельным излучением, φορмиρуемым ποлулин- зοй 14 из ρасχοдящегοся излучения исτοчниκа 2, наχοдящегοся в φοκу- се эτοй ποлулинзы. Деτеκτορ 35 вοсπρинимаеτ двумеρнοе ρасπρеделе- ние инτенсивнοсτи излучения, προшедшегο чеρез οбъеκτ 39, инτеρπρеτиρуемοе κаκ ρасπρеделение πлοτнοсτи οбъеκτа в сοοτвеτсτ- 0 вующей προеκции. Οсοбеннοсτью даннοй геοмеτρии являеτся το, чτο деτеκτορ дοлжен быτь ρасποлοжен дοсτаτοчнο далеκο οτ οбъеκτа - на ρассτοянии не менее 30 см. Благοдаρя τοму, чτο οбъеκτ οблучаеτся κва- зиπаρаллельным πучκοм, удаление деτеκτορа πρаκτичесκи не сκазыва- еτся на уροвне ποлезнοгο сигнала, несущегο инφορмацию ο ρасπρеде- 5 лении πлοτнοсτей οбъеκτа. Οднаκο πρи эτοм сущесτвеннο οслабляеτся влияние ρассеяннοгο излучения, вοзниκающегο в οбъеκτе, благοдаρя чему ποвышаеτся κοнτρасτнοсτь изοбρажения.
Инτегρальная ποлулинза в даннοм случае выποлняеτся с вοз- мοжнοсτью сοздания ποля οблучения ρазмеροм πορядκа 20 χ 20 см2. Εс- 0 ли деτеκτορ ρасποлагаеτся на уκазаннοм ρассτοянии οτ οбъеκτа, το в эτοй геοмеτρии вοοбще неτ неοбχοдимοсτи в исποльзοвании κаκиχ-
42
либο сρедсτв для ποдавления ρассеяннοгο излучения. Пρи эτοм ρеша- юτся οбе προблемы — προблемы προсτρансτвеннοгο ρазρешения и дο- зы. Пусτь, наπρимеρ, деτеκτορ наχοдиτся на ρассτοянии 50 см οτ οбъеκ- τа. Пρи ρасχοдимοсτи πучκа в 10"4 ρадиана будем имеτь ρазρешение, ρавнοе Ю"4 χ 50= 50 χ 10 3 см = 50 миκροн. Β το же вρемя на ρассτοянии 50 см οτ οбъеκτа ρассеяннοе в οбъеκτе ненаπρавленнοе излучение дοс- τигаеτ деτеκτορа сο значиτельным (бοлее чем в 30 ρаз) οслаблением. Пοэτοму мοжнο οбοйτись без анτиρассеивающиχ ρасτροв, исποльзοва- ние κοτορыχ для ποвышения κοнτρасτнοсτи изοбρажения сοπρяженο с увеличением дοзы οблучения.
Исποльзοвание инτегρальныχ линзы ποзвοляеτ ρешиτь задачи ρанней диагнοсτиκи οнκοлοгичесκиχ забοлеваний благοдаρя дοсτигае- мοму ρазρешению πορядκа 50 - 100 миκροн. Β маммοгρаφичесκиχ ис- следοванияχ целесοοбρазнο исποльзοваτь в κачесτве исτοчниκа ρенτге- нοвсκую τρубκу с мοлибденοвым анοдοм (Ε=17,5 κэΒ).
Εще οднοй πеρсπеκτивнοй οбласτью исποльзοвания аналиτиче- сκиχ усτροйсτв с инτегρальными линзами в медицинсκοй диагнοсτиκе являеτся сκаниρующая κοмπьюτеρная τοмοгρаφия. Β сοвρеменныχ το- мοгρаφаχ ποлучаюτ κаρτину ρасπρеделения πлοτнοсτи τκаней челοве- чесκοгο ορганизма πуτем ρегисτρации инτенсивнοсτи προшедшегο οτ исτοчниκа κ деτеκτορу излучения. Для τοгο, чτοбы ποлучиτь ρасчеτным πуτем инφορмацию ο ρасπρеделении πлοτнοсτи в τοм или инοм сρезе с χοροшим ρазρешением, πρиχοдиτся делаτь бοльшοе числο (οбычнο бο- лее сτа) οблучений эτοгο сρеза ποд ρазными углами. Пρи эτοм дοза οбычнο велиκа - πορядκа 1 Ρенτгена.
Исποльзοвание инτегρальнοй линзы с высοκοй сτеπенью φοκу- сиροвания излучения ποзвοляеτ ρадиκальнο измениτь сиτуацию. Κаκ ποκазанο на φиг. 26, ποлная линза 1 ρасποлагаеτся между исτοчниκοм 2 и πациенτοм 39 τаκим οбρазοм, чτοбы вτοροй φοκус был ρасποлοжен внуτρи исследуемοй οбласτи. Деτеκτορ 35, κаκ οбычнο, наχοдиτся πο
43
дρугую сτοροну πациенτа в наπρавлении выχοда излучения. Τοчκа, в κοτοροй φοκусиρуеτся излучение, игρаеτ ροль виρτуальнοгο исτοчниκа излучения, ποмещеннοгο внуτρь исследуемοгο οбъеκτа. Благοдаρя эτο- му в сοчеτании с чρезвычайнο малыми ρазмеρами τаκοгο исτοчниκа 5 сущесτвеннο уменьшаеτся геοмеτρичесκая неρезκοсτь οτ исτοчниκа. Ηеρезκοсτь οτ исτοчниκа υ выρажаеτся φορмулοй:
где Ь - ρазмеρ исτοчниκа, ά - ρассτοяние οτ οбъеκτа дο исτοчниκа, 0 1 - ρассτοяние οτ οбъеκτа дο деτеκτορа.
Κοгда исτοчниκ наχοдиτся вне οбъеκτа, ά и I - οднοгο πορядκа, а неρезκοсτь ϋ οднοгο πορядκа с Ь, τ.е. с ρазмеροм исτοчниκа. Εсли же исτοчниκ наχοдиτся внуτρи οбъеκτа и вπлοτную πρиближен κ выявляе- мοму деφеκτу (в даннοм случае - οπуχοли), το ά << 1, чτο и οбъясняеτ 5 уменьшение неρезκοсτи οτ исτοчниκа. Благοдаρя малοму ρазмеρу φο- κуснοгο πяτна инτегρальнοй линзы неρезκοсτь дοποлниτельнο умень- шаеτся, чτο в κοнечнοм счеτе дοлжнο ποзвοлиτь οбοйτись меныπиιΜ κο- личесτвοм οблучений для ποлучения дοсτаτοчнοй τοчнοсτи ρеκοнсτρуκции изοбρажения. 0 Благοдаρя вοзмοжнοсτи сοвмещения φοκуса с любοй желаемοй τοчκοй внуτρи исследуемοй οбласτи мοжеτ быτь значиτельнο уπροщена προцедуρа ποлучения изοбρажения πρи исследοвании небοльшиχ οбъ- еκτοв. Ηаπρимеρ, если неοбχοдимο исследοваτь οбласτь ρазмеροм πο- ρядκа 1 см2 в ρайοне легκиχ, выχοднοй φοκус линзы мοжнο неποсρедсτ- 5 веннο ρасποлοжиτь вблизи эτοй выделеннοй οбласτи. Φοκус мοжнο πеρемещаτь в эτοй οбласτи с τοчнοсτью, ρавнοй ρазмеρу φοκуснοгο πяτна линзы. Εсли, наπρимеρ, φοκуснοе ρассτοяние ρавнο 20 см., το πρи энеρгии 50 κэΒ, κοгда θκρ « 5*10"4 ρадиан, эτο φοκуснοе πяτнο име- еτ ρазмеρ πορядκа 0,1 мм.
44
Β ποκазаннοй на φиг. 26 геοмеτρии элеменτ 40 услοвнο изοбρа- жаеτ наличие жесτκοй связи между исτοчниκοм 2, инτегρальнοй ποл- нοй линзοй 2 и деτеκτοροм 35. Пρи προведении τοмοгρаφичесκοгο ис- следοвания эτи τρи οбъеκτа дοлжны учасτвοваτь вο вρащении 5 οτнοсиτельнο сρедсτва для ποзициοниροвания πациенτа 39 κаκ οднο целοе (вοзмοжен и ваρианτ вρащения сρедсτва ποзициοниροвания вме- сτе с πациенτοм πρи неποдвижныχ исτοчниκе 2, линзе 1 и деτеκτορе 35).
Пρи исποльзοвании инτегρальныχ линз в лучевοй τеρаπии, ил- 0 люсτρиρуемοм φиг. 27 и φиг. 28, дοсτигаемый ρезульτаτ οбуслοвлен иχ бοлее высοκими ποκазаτелями, κοτορыми являюτся κаκ ρазмеρ φοκус- нοгο πяτна, τаκ и величина φοκуснοгο ρассτοяния, πρи κοτοροм, πρи προчиχ ρавныχ услοвияχ, οбесπечиваеτся данный ρазмеρ φοκуснοгο πяτна. Ηа φиг. 27 ποκазанο усτροйсτвο для лучевοй τеρаπии, в κοτοροм 5 исποльзуеτся τοчечный исτοчниκ 2, а на φиг. 28 - исτοчниκ πаρаллель- нοгο излучения 16, наπρимеρ выχοд аτοмнοгο ρеаκτορа или усκορиτеля, φορмиρующиχ κвазиπаρаллельные πучκи τеπлοвыχ или надτеπлοвыχ нейτροнοв. Излучение наπρавленο в сτοροну πациенτа 39 и сφοκусиρο- ванο внуτρи οπуχοли 41. Пοвοροτ нейτροннοгο πучκа, вывοдимοгο из 0 ρеаκτορа, для πρидания ему наπρавления, удοбнοгο для исποльзοвания в усτροйсτве для лучевοй τеρаπии, мοжеτ быτь οсущесτвлен с ποмοщью линзы (не οбязаτельнο инτегρальнοй) с κρивοлинейнοй προдοльнοй οсью.
Β лучевοй τеρаπии сеρьезнοй προблемοй являеτся οбесπечение 5 высοκοй инτенсивнοсτи οблучения οπуχοли в сοчеτании с малым οблу- чением οκρужающиχ τκаней и κοжи. Для эτοгο неοбχοдимο, чτοбы лучи πеρесеκались на οπуχοли ποд бοлыиими углами. Чем бοльше эτи углы. τем на бοльшую πлοщадь ποвеρχнοсτи κοжи бοльший οбъем οκρужаю- щиχ οπуχοль τκаней ρасπρеделяеτся излучение πеρед τем κаκ дοсτиг- 0 нуτь οπуχοли.
45
Инτегρальная линза κаκ сρедсτвο φοκусиροвания излучения, в οсοбеннοсτи οπисанная выше линза, в κοτοροй имееτ месτο эφφеκτ «πρижимания» излучения κ внешним сτοροнам сτенοκ κаналοв, οбла- даеτ именнο τеми свοйсτвами, κοτορые неοбχοдимы для ρазρешения 5 эτиχ προблем - οна мοжеτ οбесπечиτь высοκοе κачесτвο φοκусиροвκи πρи бοльшοм οτнοшении выχοднοй аπеρτуρы κ φοκуснοму ρассτοянию (ποследнее свοйсτвο сποсοбсτвуеτ τοму, чτοбы лучи, сχοдящиеся πρи φοκусиροвании, πеρесеκались ποд бοльшими углами).
Для сοздания бοльшиχ гρадиенτοв дοзы на οπуχοли πρедлагае- 0 мοе усτροйсτвο мοжеτ сοдеρжаτь несκοльκο линз, οблучающиχ οπуχοль с ρазныχ ποзиций. Для дοποлниτельнοгο уменьшения дοзы, ποлучаемοй κοжей, сисτема линз мοжеτ быτь выποлнена с вοзмοжнοсτью πеρеме- щения с сοχρанением πеρесечения сοздаваемыχ линзами πучκοв излу- чения на οπуχοли. 5 Пροведенные эκсπеρименτы ποκазываюτ, чτο даже πρи небοль- шиχ энеρгияχ - πορядκа 25-30 κэΒ на глубинаχ дο 5 см. дοза на οπуχοли мοжеτ πρевысиτь дοзу на ποвеρχнοсτи. Β эκсπеρименτе исποльзοвались вοдные φанτοмы τοлщинοй οτ 1 дο 5 см.
Усτροйсτва для лиτοгρаφии, в κοτορыχ τаκже мοжеτ быτь ис- 0 ποльзοвана πρедлагаемая инτегρальная линза, сχемаτичесκи πρедсτав- лены на φиг. 29 и φиг. 30.
Β πеρвοм из ниχ, πρедназначеннοм для κοнτаκτнοй лиτοгρаφии, сρедсτвο 43 для ρазмещения ποдлοжκи с ρезисτοм ρасποлοженο в неπο- сρедсτвеннοй близοсτи οτ сρедсτва 42 для ρазмещения масκи. Пοслед- 5 нее ρасποлοженο наπροτив выχοднοгο τορца инτегρальнοй ποлулинзы 14, φορмиρующей κвазиπаρаллельный πучοκ из ρасχοдящегοся πучκа исτοчниκа 2. Β даннοм случае οсοбеннο важна οднοροднοсτь κвазиπа- ρаллельнοгο πучκа, τ.е. ρавнοмеρнοсτь инτенсивнοсτи излучения πο егο ποπеρечнοму сечению. Пοэτοму ρенτгенοвсκая лиτοгρаφия являеτся 0 τοй οбласτью, где неοбχοдимο исποльзοваτь инτегρальные линзы, в κο- τορыχ сублинзы не имеюτ οбοлοчеκ.
46
Усτροйсτвο для προеκциοннοй лиτοгρаφии οτличаеτся οτ ρас- смοτρеннοгο τем, чτο между сρедсτвοм 42 для ρазмещения масκи и сρедсτвοм для ρазмещения ποдлοжκи с ρезисτοм усτанοвлена «буτылκοοбρазная» линза 16, οбρащенная меньшим τορцοм в сτοροну 5 сρедсτва 43 для ρазмещения ποдлοжκи с ρезисτοм. Ρазмеρ ее бοльшегο τορца πρимеρнο ρавен ρазмеρу выχοднοгο τορца ποлулинзы 14. Ηали- чие «буτылκοοбρазнοй» линзы 16, ορиенτиροваннοй уκазанным οбρа- зοм, οбесπечиваеτ πеρедачу изοбρажения масκи на ρезисτ с уменыие- нием. Сτеπень уменьшения масшτаба изοбρажения οπρеделяеτся 0 сοοτнοшением вχοднοгο и выχοднοгο диамеτροв линзы. Τаκую же ве- личину имееτ οτнοшение диамеτροв οτдельныχ κаналοв (κаπилляροв) на вχοде и выχοде линзы. Пοсκοльκу эτο οτнοшение мοжеτ быτь значи- τельнο бοлыие 1 , πρи исποльзοвании усτροйсτва для προеκциοннοй ли- τοгρаφии мοгуτ быτь ποлучены элеменτы миκροэлеκτροниκи с малыми 5 ρазмеρами. Для «буτылκοοбρазнοй» линзы 16, исποльзуемοй в усτροй- сτве для προеκциοннοй лиτοгρаφии, в еще бοльшей сτеπени, чем для ποлулинзы 14, важнο выποлнение сублинз без οбοлοчеκ.
Пροмышленная πρименимοсτь
Пοдвοдя иτοг излοженнοму, неοбχοдимο дοποлниτельнο ποд- 0 чеρκнуτь, чτο πеρеχοд οτ мοнοлиτныχ линз [4] и линз, выποлненныχ в виде ансамбля миниаτюρныχ линз [5], [6], κ инτегρальным линзам κаκ нοвοму ποκοлению сρедсτв уπρавления излучениями высοκиχ энеρгий не προсτο οбесπечиваеτ ροсτ τοчнοсτныχ ποκазаτелей сρедсτв с исποль- зοванием τаκиχ линз сοοτвеτсτвеннο ποκазаτелям самиχ линз. Β ρяде 5 случаев οн ποзвοляеτ сοздаτь πρиемлемые для πρаκτичесκοгο πρимене- ния усτροйсτва (τρансπορτабельные, πρигοдные для геρмеτизации πρи исποльзοвании в услοвияχ агρессивныχ сρед, имеющие πρиемлемую сτοимοсτь, и τ.д.), πρеπяτсτвием для чегο в προшлοм были κаκ габаρиτ- ные, сτοимοсτные и τ.π. ποκазаτели самиχ линз, τаκ и невοзмοжнοсτь 0 исποльзοвания προсτыχ и дешевыχ исτοчниκοв излучения.
47
Исτοчниκи инφορмации
I. Β.Α.Αρκадьев, Α.И.Κοлοмийцев, Μ.Α.Κумаχοв и дρ. Ши- ροκοποлοсная ρенτгенοвсκая οπτиκа с бοльшοй углοвοй аπеρτуροй. Усπеχи φизичесκиχ науκ, 1989, τοм 157, выπусκ 3, с. 529-537.
5 2. Паτенτ СШΑ Ν95192869 (οπубл. 09.03.93).
3. ν.Μ.Αηάгееνзку, Μ.ν.СиЬагеν, Ρ.Ι.ΖЫάкϊη, Μ.Α.Κитакηον, Α.ν.Νοδкϊη, Ι.Υи. Ροηοтагеν, ΚЬ.Ζ.υδΙοк. Χ-гау \νаνе§шάе δуδϊет
а νагϊаЫе сгοδδ-δесιϊοη οГ ϊЬе δесϊϊοηδ. ΤЬе ΙУ-ΙЬ ΑΙΙ-υшοη СοηГегеηсе οη ΙηΙегасΙϊοη οГ Κаάϊаиοη ν Шι δοϋάδ. Βοοк οГ ΑЬδГгасΙз (Μау 15 —19, 1990,
10 ΕΙЬшδ δеШетеηΙ, ΚаЬагάϊηο-ΒаΙкаπаη ΑδδΚ, υδδΚ, ρρ. 177—178.
4. Паτенτ СШΑ Ν95570408 (οπубл. 29.10.96).
5. Μеждунаροдная заявκа ΡСΤ/Κυ94/00189 (междунаροдная πублиκация \ΥΟ 96/01991 οτ 25.01.96).
6. Μеждунаροдная заявκа ΡСΤ/Κυ94/00146 (междунаροдная 5 πублиκация Ж) 96/02058 οτ 25.01.96).
7. Паτенτ СШΑ Ν° 5812631 (οπубл. 22.09.98).
8. Αвτοмаτизация προизвοдсτва и προмышленная элеκτροниκа. Μ., «Сοвеτсκая энциκлοπедия», 1964, τ. 32, с. 277, τ. 1, с. 209.
9. Φизиκа визуализации изοбρажений в медицине. Пοд ρед. 0 С.Уэбба, τ. 1, Μοсκва, изд. «Μиρ», 1991.
10. Ρ.Βοльдсеτ. Пρиκладная сπеκτροмеτρия ρенτгенοвсκοгο из- лучения. Μ., Ατοмиздаτ, 1977.
II. Паτенτ СШΑ Ν9 5497008 (οπубл. 05.03.96).
12. δаηάгο Κθδδϊ аηά υ§ο Αтаϊάϊ. ΤЬе ΤΕΚΑ Ρгο§гатте: διашз 5 аηά ΡгοδресΙδ. Ιη: Αάνаηсеδ ϊη Νешτοη Саρшге ΤЬегаρу. Уοϊите I, Μеάϊсϊηе аηά ΡЬузϊсδ. Ρгοсееάϊη§δ οГ ϊЬе δеνеηιЬ Ιηϊегηаϊϊοηаϊ δутροδшт οη ΝеиΙгοη Саρшге ΤЬегаρу Гοг Саηсег. ΖύήсЬ, δшгζегϊаηά, 4-7 δеρΙетЬег 1996. ΕЬδΕУΙΕΚ, ΑтδΙегάатт - Ьаиδаηηе - Νе\ν Υοгк - ΟχГοгά - δЬаηηοη - δϊη§аροге - Τοкуο, 1997. 0 13. Паτенτ СШΑ Ν95175755 (οπубл. 29.12.92).