第七节　聚束毛细管X射线透镜

大功率X射线光管除了可以提高激发效率，还会引起焦斑的增加。功率越大，焦斑越大。而为了获得图像或多维信息，必须采用微束分析技术。同步辐射是一个良好的微束光源，但要获得广泛应用，还比较困难。因此利用椭圆反射镜和聚束毛细管光源等进行微束分析，就得到了广泛关注和研究。

获得微束X射线的方法有多种，表3-3列出了可以利用的方法，目前研究较多的主要是玻璃毛细管聚焦和准直透镜系统。毛细管透镜系统可分为单根和聚束毛细管透镜。从功能上又可分为聚焦透镜和准直透镜，前者产生聚焦微束X射线，后者产生平行X射线束。

表3-3　获得微束X射线的方法

聚束毛细管透镜由大量细小的具有一定凹曲面的玻璃管排列，当X射线以小于临界角的角度入射时，X射线就会在弯曲的毛细管内产生多重全反射，出射方向就会改变。改变凹曲管的几何角，可以产生平行、聚焦或发散的X射线，如图3-10所示。图3-11是北京师范大学低能所生产的X透镜实物照片。

图3-10　聚束毛细管透镜通过多重全反射形成聚焦光束或平行光束的原理图

图3-11　X透镜实物照片

由于临界角θc非常小，在5～30keV范围内，对玻管介质通常只有几个毫弧度［θc（mrad）～30/E（keV）］。故毛细管的弯曲度必须是渐进的，毛细管的直径应该小得足以满足全反射条件。典型毛细管透镜的曲率半径一般在几毫米，毛细管中每一光子通道的直径一般在几微米到几十微米，一根聚束毛细管中总的通道数为几百万道。最大捕获角达30°，输出束斑最大可达50～100mm，最小为10～20μm。

由于临界角与能量相关，故毛细管透镜的传播效率是能量的函数，随着能量的上升，传播效率下降。在高能辐射产生干扰背景时，可利用毛细管透镜的这种带通特性予以抑制。

焦斑大小与聚焦距离成正比，因此要获得较小的焦斑和足够高的光子通量就需要缩短聚焦距离，但这也限制了设备可用空间。焦斑大小是初始入射光源大小的函数。由于焦斑大小随临界角度变化，且临界角与能量相关，故焦斑大小也是能量的函数，焦斑大小随能量上升而下降。

与采用针孔方式获得的微束X射线相比，在光斑大小相同的条件下，毛细管透镜产生的光子通量要高3个量级。

目前聚束毛细管X射线透镜在X射线荧光光谱分析中愈来愈受到重视，应用也日益广泛，在某些领域已成为一种常规和必不可少的分析手段，例如在文物考古领域等。用毛细管透镜产生平行光构成毛细管准直透镜，在X射线衍射分析中也是十分有用的。