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上一篇文章內(nèi)容回顧：《多晶X射線衍射技術(shù)與應(yīng)用》-10（第3章 多晶X射線衍射儀）

3.1.3 X射線源

1. 衍射儀器對(duì)X射線源的要求

X射線源的尺寸與衍射圖案的清晰程度直接有關(guān)。一般光源尺寸越細(xì)小，所得衍射圖案也越清晰，有更高的圖譜的分辨率。光源的強(qiáng)度與衍射峰的強(qiáng)度成正比，強(qiáng)度越高，強(qiáng)度測(cè)量的精度就越高，在一定計(jì)數(shù)強(qiáng)度的前提下，所需實(shí)驗(yàn)時(shí)間就比弱光源用得少。光源的發(fā)散度，包括垂直發(fā)散度和水平發(fā)散度都對(duì)衍射圖案的清晰程度（峰的寬度和峰形）有影響。除勞埃方法和能量色散方法外，光源的單色性不良，其它波長(zhǎng)（如K_α2 、K_β等）的存在都會(huì)使獲得的衍射圖復(fù)雜化。如果所用輻射波長(zhǎng)兩側(cè)的波長(zhǎng)色散是不對(duì)稱的，則衍射線的寬化也是不對(duì)稱的，甚至可能會(huì)改變衍射線的位置。一般而言，小尺寸、高強(qiáng)度、低發(fā)散、單色性好的入射光束是衍射實(shí)驗(yàn)所需的。

掃描型的衍射儀需要按衍射角度逐點(diǎn)依次進(jìn)行掃描，從測(cè)量衍射角范圍的第一個(gè)角度位置開(kāi)始到最后一個(gè)角度結(jié)束，總的測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，所以還要求其X射線源的強(qiáng)度必須是高度穩(wěn)定的。

通常用于晶體衍射研究的X射線是利用X射線管產(chǎn)生的，在1.2中已有簡(jiǎn)要的介紹。此類“X射線發(fā)生器”習(xí)慣上稱為“X光機(jī)”。超高強(qiáng)度的X射線可以利用同步輻射得到，而且能連續(xù)調(diào)諧。這種特殊的X射線源為晶體衍射研究工作提供了更為有利的條件，但是它不是隨時(shí)隨地可以使用的X射線源，不可能配置在一臺(tái)常規(guī)的晶體衍射設(shè)備中使用。

2. 晶體衍射設(shè)備中的X射線管

晶體衍射設(shè)備中使用的X射線管都屬于熱電子二極管。按其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)可分四種類型：

1）.可拆式管

這種X射線管在動(dòng)真空下工作，配有真空系統(tǒng)，使用時(shí)需抽真空使管內(nèi)真空度達(dá)到10^-5帕或更佳的真空度。不同元素的靶可以隨時(shí)更換，燈絲損壞后也可以更換，這種管的壽命可以說(shuō)是無(wú)限的。

2）. 密封式管

這是最常使用的X射線管，又稱X射線衍射管。它的靶和燈絲密封在高真空的絕緣殼體內(nèi)。絕緣殼體的材質(zhì)有兩種，因而有所謂玻璃X射線衍射管（圖3.11）和陶瓷X射線衍射管兩種管子。兩者的安裝尺寸與結(jié)構(gòu)是一樣的，可以互換使用；但后者性能優(yōu)于前者，價(jià)格也略高一些。前者歷史最長(zhǎng)，后者實(shí)質(zhì)上是前者的改進(jìn)型，用陶瓷代替玻璃制作絕緣的高真空的密封殼體。由于陶瓷能夠進(jìn)行精密的加工，燈絲能夠精確定位；而且陶瓷的熱膨脹系數(shù)小，射線管工作時(shí)燈絲的位置受管體溫度升高的影響大大小于玻璃管體；密封性更好。因而，陶瓷管的強(qiáng)度、壽命都優(yōu)于玻璃管；更換管子后衍射儀零點(diǎn)不用重新校正而對(duì)于玻璃管重新校正是必須的。

圖3.11　密封式衍射用X射線管

圖3.12　密封式衍射用X射線管與高壓電纜的連接示意圖

密封式管的靶和燈絲不能更換，如果需要使用另一種靶材，就需要換用另一只相應(yīng)靶材的管子。這種管子使用方便，但若燈絲燒斷后它的壽命也就完全終結(jié)了。密封式X射線管的壽命一般為1000—2000小時(shí)，它的報(bào)廢往往并不是因燈絲損壞，而是由于靶面被熔毀或因受到鎢蒸氣及管內(nèi)受熱部分金屬的污染，致使發(fā)射的X射線譜線“不純”而被廢用。

3）. 轉(zhuǎn)靶式管

這種管采用一種特殊的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以大大增強(qiáng)靶面的冷卻，如旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管即轉(zhuǎn)靶X射線管。轉(zhuǎn)靶X射線發(fā)生器是目前最實(shí)用的高強(qiáng)度X射線發(fā)生裝置。管子的陽(yáng)極設(shè)計(jì)成圓柱體形，柱面作為靶面，陽(yáng)極用水冷卻。工作時(shí)陽(yáng)極圓柱以高速旋轉(zhuǎn)，這樣靶面受電子束轟擊的部位不再是一個(gè)點(diǎn)或一條線段而是被延展成陽(yáng)極柱體上的一段柱面，使受熱面積展開(kāi)，從而有效地加強(qiáng)了熱量的散發(fā)（圖3.13）。

轉(zhuǎn)靶管的功率能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)前兩種管子。對(duì)于銅或鉬靶管，前兩者的額定功率，目前只能達(dá)到2KW左右，而轉(zhuǎn)靶式管最高可達(dá)90KW。

圖3.13　轉(zhuǎn)靶式X射線管的陽(yáng)極靶

晶體衍射的強(qiáng)度首先決定于X射線源的強(qiáng)度，準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)該是其亮度，即在單位時(shí)間、單位焦斑面積和單位立體角內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)。目前的密封式X射線管其亮度大致在6×10⁷（計(jì)數(shù)·mm^-2·mrad^-2·s^-1），焦斑尺寸為1×10mm^-2。提高射線源亮度的途徑之一是提高射線管的總功率，因而有高功率的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極（轉(zhuǎn)靶）X射線發(fā)生器的出現(xiàn)，但更佳的途徑應(yīng)是設(shè)計(jì)微焦點(diǎn)的X射線管，讓焦點(diǎn)盡可能的細(xì)小。現(xiàn)代的微焦點(diǎn)X射線管的焦點(diǎn)直徑可以小至12μm，由于焦斑尺寸微小，能夠大大地提高射線源的亮度，但總的功率負(fù)載是減小的，微焦點(diǎn)X射線發(fā)生器是十分節(jié)能的。將幾十瓦的微焦點(diǎn)X射線管與適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件結(jié)合，其X射線束的亮度可以和5kW的轉(zhuǎn)靶發(fā)生器與常規(guī)光學(xué)元件組合得到的X射線束的亮度相當(dāng)。

3. X射線衍射管的特點(diǎn)

X射線衍射管的陽(yáng)極必需用水強(qiáng)制冷卻。轟擊到靶面上電子束的總能量只有極小一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線能，絕大部分能量（99%以上）都轉(zhuǎn)化為靶的熱能（1.2節(jié)）。故X射線管工作時(shí)必須用水流從靶面后面加以冷卻，如果冷卻不充分，射線管陽(yáng)極靶面將迅速變熱以至熔毀。為保障X射線管能夠安全地工作，儀器均設(shè)計(jì)有可靠的冷卻保護(hù)電路。為提高靶與水的熱交換效率，冷卻水流是經(jīng)噴嘴噴射在電子焦點(diǎn)的背面上的，密封管的冷卻水流量要求＞3.5升/分。

X射線衍射管的陰極為用鎢絲繞制成直彈簧狀的燈絲，長(zhǎng)度1cm。因此陽(yáng)極靶面上受電子束轟擊的焦點(diǎn)呈細(xì)長(zhǎng)的矩形狀（稱線焦點(diǎn)或線焦斑）。X射線衍射管工作時(shí)陰極（燈絲）接負(fù)高壓，陽(yáng)極接地，便于用水進(jìn)行冷卻。管子工作時(shí)，在高電壓的作用下燈絲發(fā)射的熱電子垂直轟擊到陽(yáng)極靶面上。燈絲附近的燈絲罩起著控制柵的作用，使燈絲發(fā)出的熱電子在電場(chǎng)的作用下聚焦轟擊到靶面上。

密封式X射線管除了陽(yáng)極一端外，其余部分都是玻璃（或陶瓷材料）制成的。管內(nèi)真空度優(yōu)于10^-4帕（10^-5~10^-6乇，Torr，即mmHg柱）。高真空可以延長(zhǎng)發(fā)射熱電子的鎢質(zhì)燈的壽命，防止陽(yáng)極表面受到污染。早期生產(chǎn)的X射線管一般用云母片作窗口材料，而現(xiàn)在的衍射用射線管窗口材料都用Be片（厚0.25～0.3mm），Be片對(duì)MoKα、CuKα、CrKα分別具有99%、93%、80%左右的透過(guò)率。

表3.1a　密封式X射線管的額定功率

表3.1b　各種X射線管的功率、焦斑尺寸、功率負(fù)荷和亮度

*¹ 單位：光子/ s / mm² / mrad²

密封管靶面的電子束焦點(diǎn)有三種規(guī)格：細(xì)焦點(diǎn)型（FF）0.4×8mm²或長(zhǎng)細(xì)焦點(diǎn)型（LFF）0.4×12mm²；普通焦點(diǎn)型（NF）1×10mm²；寬焦點(diǎn)型（BF）2×12mm²。常用的規(guī)格是“普通焦點(diǎn)”，實(shí)際上細(xì)焦點(diǎn)管有更高的亮度，更適用于衍射儀。X射線管的額定功率因靶面的種類及廠家而異，表3.1a給出了各種靶材的密封X射線管的額定功率。長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行時(shí)，使用功率建議在額定值的80%以下，有利于管子壽命的延長(zhǎng)。常用作陽(yáng)極材料的物質(zhì)有Mo、Cu、Fe、Co、Cr五種，這些元素的特征X射線波長(zhǎng)正好在晶體衍射適用的范圍內(nèi)：0.709?（Mo）至2.29?（Cr），其中以Cu和Mo為靶材的X射線管可以實(shí)現(xiàn)的功率為最大，也最為常用。

4. 超高強(qiáng)度X射線源

1. 同步X射線源 

同步輻射是以近光速作曲線運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（電子、正電子、離子等）發(fā)出的光。同步輻射其光譜范圍很寬，從遠(yuǎn)紅外延續(xù)到硬X射線，而且強(qiáng)度十分高。在20世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)以來(lái)逐漸受到重視，而今已成為最有力的綜合光源，自然也成為現(xiàn)代最重要的X射線源。同步X射線源與常規(guī)的X射線管光源相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)是：

●寬波段：同步輻射的波長(zhǎng)覆蓋面大，具有從遠(yuǎn)紅外-可見(jiàn)光-紫外直到硬X射線范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，并且能根據(jù)使用者的需要獲得特定波長(zhǎng)的光；而常規(guī)X射線發(fā)生器產(chǎn)生的X射線，在其連續(xù)譜上面一般總是疊加有管靶材的特征射譜，且其連續(xù)譜的短波限由所用的高壓決定。

●高準(zhǔn)直：同步輻射的發(fā)射集中在以電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橹行牡囊粋€(gè)很窄的圓錐內(nèi)，張角非常小（其發(fā)射圓錐的半頂角約為0.17毫弧度，~0.01°），幾乎是平行光束，堪與激光媲美；而X射線管發(fā)出的X射線是以其靶面上電子焦點(diǎn)為中心的球面發(fā)散光，單位接受面積上接受到的光子數(shù)與距離的平方成反比。

●高偏振：從偏轉(zhuǎn)磁鐵引出的同步輻射光在電子軌道平面上是完全的線偏振光，此外，可以從特殊設(shè)計(jì)的插入件得到任意偏振狀態(tài)的光；而X射線管發(fā)出的X射線是非偏振的。

●高純凈：同步輻射是在超高真空中產(chǎn)生的，不存在任何由雜質(zhì)帶來(lái)的波長(zhǎng)污染，是非常純凈的光。

●高亮度：同步輻射光源是高強(qiáng)度光源，有很高的輻射功率和功率密度，現(xiàn)代的同步輻射光源的 X射線亮度是常規(guī)X光機(jī)的10⁹~10¹¹倍。

●窄脈沖：同步輻射是脈沖光，有優(yōu)良的脈沖時(shí)間結(jié)構(gòu)，其寬度在10^-11~10^-8秒（幾十皮秒至幾十納秒）之間可調(diào)，脈沖之間的間隔為幾十納秒至微秒量級(jí)，這種特性對(duì)“變化過(guò)程”的研究非常有用，如化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、生命過(guò)程、材料結(jié)構(gòu)變化過(guò)程和環(huán)境污染微觀過(guò)程等；而一般X射線發(fā)生器發(fā)出的X射線是非脈沖式的。

●可精確預(yù)知：同步輻射的光子通量、角分布和能譜等均可精確計(jì)算，因此它可以作為輻射計(jì)量（特別是真空紫外到 X射線波段計(jì)量）的標(biāo)準(zhǔn)光源。

●此外，同步輻射還具有高度穩(wěn)定性、高通量、微束徑、準(zhǔn)相干等獨(dú)特而優(yōu)異的性能。

在同步X射線源的基礎(chǔ)上發(fā)展了許多高水平的X射線分析技術(shù)，其所達(dá)到的水平是用任何X射線管為X射線源的常規(guī)X射線儀器設(shè)備所無(wú)法達(dá)到的，一些技術(shù)在常規(guī)設(shè)備上根本就無(wú)法建立。例如，由于高強(qiáng)度，穿透容器后仍有足夠的強(qiáng)度進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)或超高溫、超高壓下的實(shí)驗(yàn)，可以用極小的光斑進(jìn)行微區(qū)衍射，可以做掠入射衍射等；利用其脈沖性，可以應(yīng)用于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程（物理、化學(xué)或生物的）研究，可以獲得物質(zhì)在秒（s）、ms、甚至ps、ns的瞬間內(nèi)的散射、衍射或透視的圖像，已廣泛用于研究許多反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

2. 高強(qiáng)度脈沖X射線源

對(duì)于時(shí)間尺度在約100fs的生命過(guò)程或爆炸過(guò)程等的動(dòng)力學(xué)研究，同步輻射源也不能適用了。在這樣一些研究需要的推動(dòng)下，高強(qiáng)度、飛秒（fs）級(jí)脈沖X射線源的研究受到了重視。目前已出現(xiàn)了多種高強(qiáng)度脈沖X射線源，可在X射線成像、衍射等多個(gè)方面應(yīng)用。

3.1.4 單色化方法

多晶X射線衍射應(yīng)使用嚴(yán)格的單色光源以盡可能減小背景，特別是做物相定量分析及薄膜、有機(jī)物等樣品時(shí)更應(yīng)如此。在研究結(jié)晶很不完善或半結(jié)晶化材料在寬的角度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的彌散的衍射花樣，以及微晶粒和其他非均勻試樣在非常小的角度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的小角散射花樣的定量計(jì)算中，嚴(yán)格的單色化技術(shù)是絕對(duì)必需的。

單色化的方法有兩種類型：物理方法和電子學(xué)方法。前者有濾波片法和晶體單色器方法，后者為單道脈沖幅度甄別法。

1. 濾波片方法

使用濾波片是最簡(jiǎn)單而廉價(jià)的單色化方法，但只能獲得近似單色的X射線。早期的衍射實(shí)驗(yàn)為得到近似單色的X射線，常采用濾波片法。因?yàn)榉椒ê?jiǎn)便而廉價(jià)，現(xiàn)在一些衍射儀器仍然使用濾波片。方法是選擇適當(dāng)?shù)脑氐膯钨|(zhì)或其化合物制成適當(dāng)?shù)谋∑鳛椤盀V波片”，利用該元素的吸收限對(duì)通過(guò)濾波片的X射線進(jìn)行“濾波”，除去不需要的K_β波長(zhǎng)，故此濾波片又常稱為K_β濾波片。

圖3.14  Cu的X射線光譜在通過(guò)Ni濾片之前（a）

和通過(guò)濾片之后（b）的比較（虛線為Ni的質(zhì)量吸收系數(shù)曲線）

原子序數(shù)低于靶元素原子序數(shù)1或2的元素，其K吸收限波長(zhǎng)正好在靶元素的K_α和K_β波長(zhǎng)之間，因此對(duì)于任一種元素作為靶材的X射線管，理論上都能找到一種物質(zhì)制成它的K_β濾波片。使用K_β濾波片還可以吸收掉大部分的“白色”射線（圖3.14）。

濾波片的厚度通常按K_β的剩余強(qiáng)度為透過(guò)濾波片前的0.01計(jì)算，此時(shí)K_α通常被衰減掉一半。晶體衍射用X射線管的K_β濾波片有關(guān)的數(shù)據(jù)可參考附錄5

K_β濾波片只能基本去除K_β波長(zhǎng)，但仍有相當(dāng)部分的“白色”射線會(huì)被樣品衍射而成為背景的重要來(lái)源。此外K_β濾波片也不能隔除來(lái)自樣品的輻射（二次熒光和可能的放射性）。如果入射線能激發(fā)樣品的K系射線，將導(dǎo)致很高的背景強(qiáng)度。因此在使用K_β濾波片的情況下，必須針對(duì)樣品的元素組成選擇適用的特征波長(zhǎng)，以避免樣品產(chǎn)生二次熒光。

K_β濾波片可以放置在入射光路（光源與樣品間）上也可放置在衍射光路（樣品至檢測(cè)器間）上，但是，當(dāng)阻擋樣品所發(fā)射的熒光和非相干散射成為不可忽略的問(wèn)題時(shí)，K_β濾波片放置在衍射側(cè)光路是有利的。

2. 晶體單色器方法

晶體單色器應(yīng)用晶體衍射實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線波長(zhǎng)的選擇，核心是一塊單晶體。單色器有一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)，該晶體安裝在該轉(zhuǎn)臺(tái)上。通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)能夠精細(xì)地調(diào)整該晶體對(duì)入射其上的X射線的角度。把單色器按一定取向位置放在X射線入射光路或衍射光路中，當(dāng)它的一組晶面面對(duì)K_α滿足布拉格方程時(shí)，則只有K_α波長(zhǎng)及其諧波發(fā)生衍射（因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)λ、λ/2的二級(jí)、λ/3的三級(jí)等等的衍射有相同的衍射角），而其它波長(zhǎng)的X射線全部被干凈地“分離”出去了。雖說(shuō)應(yīng)用晶體單色器對(duì)X射線進(jìn)行波長(zhǎng)選擇，得到的射線并不嚴(yán)格“單色”而只是某一波長(zhǎng)及其諧波的X射線，但是，用作K_α波長(zhǎng)的選擇器的時(shí)候，入射光束的連續(xù)譜中波長(zhǎng)為K_α諧波波長(zhǎng)的射線的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于K_α波長(zhǎng)的強(qiáng)度；而n>1的高次衍射的強(qiáng)度又大大低于n=1的衍射的強(qiáng)度。因而晶體單色器能夠得到準(zhǔn)嚴(yán)格單色的K_α波長(zhǎng)的射線并被稱為“單色器”。晶體單色器現(xiàn)在仍是獲得“嚴(yán)格”單色射線的最好器件，但射線的強(qiáng)度損失很大。

LiF、NaCl、石英、PET（季戊四醇）、鍺、硅等單晶都曾用作X射線單色器的晶體。鍺、硅單晶現(xiàn)在仍是精密的單色器使用的晶體。但是目前，廣泛使用的單色器晶體材料是高度取向的、可視為準(zhǔn)單晶的高度取向熱解石墨（HOPG—highly oriented pyrolytic graphite）晶體材料，其六方基面平行排列在約±0.3?以內(nèi)。這種材料衍射X射線的效率遠(yuǎn)超過(guò)其它已知的晶體材料，雖然這種材料不過(guò)是一準(zhǔn)單晶體，并非真正的單晶體。這種石墨晶體材料它的反射率為L(zhǎng)iF單晶反射率的5~7倍?，F(xiàn)在多晶衍射儀上多數(shù)都配有石墨彎晶單色器。近年發(fā)展的多層膜單色器性能更佳，但是價(jià)格比石墨單色器昂貴得多。

由于晶體不可避免地帶有一定程度的不完善（如晶體中的嵌鑲構(gòu)造、HOPG的取向嵌鑲角），經(jīng)單色器得到的K_α線波長(zhǎng)將略微展寬。諧波部分可以在檢測(cè)K_α線強(qiáng)度的時(shí)候借助脈沖幅度分析技術(shù)（見(jiàn)下節(jié)）隔除?？赡艽嬖诘闹C波波長(zhǎng)從X射線管的工作高壓可以估計(jì)出來(lái)（按公式1.3），例如當(dāng)Cu靶X射線管的工作高壓>32kV將出現(xiàn)K_α的λ/4諧波、工作高壓>40kV將出現(xiàn)K_α的λ/5諧波等等。

晶體單色器的主要缺點(diǎn)是射線的強(qiáng)度損失太大，例如對(duì)CuK_α線經(jīng)石墨彎晶單色器后，強(qiáng)度損失約70%~75% 。

圖3.15　衍射儀用單色器使入射線單色化

圖3.16　衍射儀用單色器選擇衍射線的波長(zhǎng)

3. 電子學(xué)方法

利用X射線檢測(cè)器的能量分辨本領(lǐng)，通過(guò)電子學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)射線的“單色化”檢測(cè)，可以避免使用晶體單色器而導(dǎo)致的射線強(qiáng)度的損失。這將在3.2.4節(jié)進(jìn)行介紹。

3.1.5  X射線光學(xué)元件

要較好地實(shí)現(xiàn)某種衍射幾何的多晶衍射儀器，必須利用各種X射線光學(xué)元件來(lái)控制X射線光束。例如，需要控制光束的尺寸、光束的波長(zhǎng)（能量）、光束的發(fā)散度，需要平行光或發(fā)散光，或需要聚斂光束以提高光束的亮度，或需要偏振光束等。已經(jīng)使用過(guò)的光學(xué)元件有各種狹縫、光闌、濾波片、晶體單色器（平晶或彎晶的）等。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已研究出一些新材料、新的X射線光學(xué)元件，可以滿足衍射技術(shù)對(duì)光學(xué)元件日益精確、日益多樣化的需求。X射線光學(xué)元件及其集成的改進(jìn)可以有效地提高入射線和衍射線的質(zhì)量與利用率?，F(xiàn)在，它與光源亮度的提高、檢測(cè)器檢測(cè)效率的提高，三者可以并列為提高X射線衍射譜質(zhì)量的有效途徑，具有重要意義。

以單晶材料制成的X射線衍射光學(xué)元件，如上節(jié)所介紹的晶體單色器，其發(fā)展歷史一直伴隨著X射線衍射學(xué)的發(fā)展，如今有了更多的品種?，F(xiàn)在，結(jié)構(gòu)近完善的鍺、硅單晶已經(jīng)不是難以得到的材料，已經(jīng)廣泛用作制作X射線衍射單色器的材料。有作為嚴(yán)格單色化目的使用的，如可以獲得K_α1輻射的鍺雙晶單色器；有作為X射線聚焦元件使用的彎晶聚焦單色器，得到焦點(diǎn)十分小的單色X射線。為滿足不同的實(shí)驗(yàn)需要，這些器件其光路結(jié)構(gòu)有多種型式。

多層膜是一種在基板上周期重復(fù)地鍍上兩種不同材料薄膜制成的。通常一種是高原子序數(shù)的重金屬，另一種是低原子序數(shù)的非金屬，這兩個(gè)層合作為多層膜的一個(gè)單元層，其厚度（即兩種材料膜層的厚度之和）是該多層膜的重復(fù)周期。因而實(shí)質(zhì)上，多層膜是一種人工的一維晶體。與單晶材料相比多層膜的特點(diǎn)是帶寬大，反射率高；而且成膜的材料可以選擇，多層膜的周期以及兩種材料膜層的厚度與厚度比例可以人工控制調(diào)整，故可以滿足各種不同的要求，這是晶面間距固定不能改變的晶體所不及的。用多層膜制成的X射線光學(xué)元件常稱為多層膜鏡。多層膜鏡的品種很多，可以按照實(shí)驗(yàn)的需要來(lái)設(shè)計(jì)制造。最簡(jiǎn)單的一種就是膜周期均勻的平面鏡。為獲得平行的或會(huì)聚的X射線束，單元層厚度可以設(shè)計(jì)成漸變的，在水平方向漸變或在垂直方向漸變；鏡面可以按實(shí)驗(yàn)需要制成平的，或是圓的、橢圓的或拋物線型的曲面。

圖3.17X射線會(huì)聚與平行的毛細(xì)管光學(xué)元件原理夸張示意圖

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