RU2115943C1 - Method of phase roentgenography of objects and gear for its implementation (versions) - Google Patents

Abstract

FIELD: production of X-ray image of internal structure of slightly absorbing objects, specifically, medico-biological ones. SUBSTANCE: method is based on refraction of nearly flat wave. There are used slightly diverging beams. Image is focused by means of Bragg reflection from perfect monocrystal-analyzer. In gears designed to provide for mutual orientation, adjustment and accuracy of maintenance of angular position of all element s of circuit for generation of high-quality image are achieved. Optimization of parameters provides for increased sensitivity and quickness, for contrast and adequacy of images. EFFECT: increased efficiency of method and gear, generation of high-quality images of internal structure of slightly absorbing objects. 50 cl, 9 dwgr

Description

Изобретение относится к способам получения рентгеновских изображений внутренней структуры объектов, слабо поглощающих рентгеновское излучение, в частности медико-биологических, а также к устройствам для получения таких изображений. The invention relates to methods for obtaining x-ray images of the internal structure of objects that are weakly absorbing x-rays, in particular biomedical, as well as to devices for obtaining such images.

Известно, что традиционные методы рентгенографии, основанные на регистрации абсорбционных рентгеновских изображений, ограничены в чувствительности и не способны обеспечить уверенное распознавание внутренних органов живых организмов без применения контрастирующих веществ, в качестве которых широко используются воздух, соли бария и растворы иодосодержащих соединений [1] . В последние годы были опубликованы результаты экспериментальных работ, в которых для исследований таких объектов используются методы рефракционной и фазовой рентгенографии [2 - 5]. Несмотря на различие в наименованиях и способах получения изображения, эти методы используют близкие средства, а именно выделение узкого спектра рентгеновского излучения; формирование рентгеновского пучка с ограниченной расходимостью, иногда не превышающей долей угловой секунды, для чего используется одно или несколько брэгговских отражений от совершенных монокристаллов, именуемых монохроматорами; освещение этим пучком исследуемого объекта; формирование изображения объекта с помощью брэгговского отражения от еще одного совершенного монокристалла, именуемого анализатором; и регистрацией этого изображения двумерной системой регистрации. Эффект повышения чувствительности к внутренним структурам достигается за счет регистрации границ раздела сред с различными коэффициентами преломления излучения. Хотя величины углов преломления малы и составляют угловые секунды или их доли, кристалл-анализатор в процессе брэгговской дифракции преобразует эти малые возмущения волнового фронта в значительные изменения интенсивности в пределах дифрагированного и/или прошедшего пучка. Как следует из анализа способов-аналогов, полуширина кривой отражения анализатора и выбор рабочей точки на нем (углового положения в пределах или за пределами кривой отражения) являются решающими для получения изображения объекта во всех способах фазовой рентгенографии. It is known that traditional methods of radiography, based on the registration of absorption x-ray images, are limited in sensitivity and are not able to provide reliable recognition of the internal organs of living organisms without the use of contrasting agents, which are widely used air, barium salts and solutions of iodine compounds [1]. In recent years, the results of experimental studies have been published in which methods of refractive and phase radiography are used to study such objects [2 - 5]. Despite the difference in the names and methods of obtaining images, these methods use similar means, namely the allocation of a narrow spectrum of x-ray radiation; the formation of an x-ray beam with limited divergence, sometimes not exceeding a fraction of an arc second, which uses one or more Bragg reflections from perfect single crystals, called monochromators; illumination of the investigated object with this beam imaging an object using Bragg reflection from another perfect single crystal, referred to as an analyzer; and registering this image with a two-dimensional registration system. The effect of increasing sensitivity to internal structures is achieved by recording media interfaces with different refractive indices of radiation. Although the angles of refraction are small and amount to angular seconds or their fractions, the crystal analyzer in the process of Bragg diffraction converts these small wavefront perturbations into significant changes in intensity within the diffracted and / or transmitted beam. As follows from the analysis of analogue methods, the half-width of the analyzer’s reflection curve and the choice of the operating point on it (angular position within or outside the reflection curve) are crucial for obtaining an image of an object in all phase radiography methods.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [2], сущность которого состоит в том, что в двухкристальном спектрометре от кристалла монохроматора выбирают асимметричное отражение с коэффициентом асимметрии b₁ < 1. Коэффициент асимметрии b₁ определяется следующим образом:
b₁= sin(θ₁- α₁)/sin(θ₁+ α₁),
где
θ₁ - угол Брэгга системы отражающих плоскостей, в данном случае, с индексами Миллера (511);
α₁ - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью кристалла, фиг. 1.Closest to the proposed one is the method [2], the essence of which is that in a two-crystal spectrometer, an asymmetric reflection with an asymmetry coefficient b ₁ <1 is selected from the monochromator crystal, and the asymmetry coefficient b ₁ is determined as follows:
b ₁ = sin (θ ₁ - α ₁ ) / sin (θ ₁ + α ₁ ),
Where
θ ₁ is the Bragg angle of the system of reflecting planes, in this case, with Miller indices (511);
α ₁ is the angle between the system of reflective planes and the surface of the crystal, FIG. 1.

В этой схеме регистрируют угловое распределение интенсивности отражения от второго кристалла (анализатора), вращающая его вокруг оси, приходящей через кристалл и перпендикулярной плоскости дифракции, которое называется кривой дифракционного отражения (КДО), и определяют полуширину (ширину на половине высоты) КДО - ω₀. Можно предположить (этих данных нет в материалах статьи), что в способе-прототипе ширина кривой отражения от анализатора составляет около угловой секунды. Исследуемый объект, которым является мишень, состоящая из пластиковых сфер, заключенных в оболочку, составленную, например, из 5 мкм слоя (CD₂)_n, 0,5 мкм слоя Pb и 5 мкм слоя Be, размещают непосредственно на кристалле-анализаторе. Кристалл-анализатор устанавливают в положение на отражение - по Брэггу. Изображение объекта дважды регистрируют в пучке, отраженном от анализатора, последовательными съемками на одну фотопластинку, причем, анализатор с лежащим на нем объектом отклоняют совместно регистратором от точного брэгговского положения на угол Δθ ≫ ω₀, (в описанном эксперименте - на ±30'', ±40'', ±50'' ≡ 2,5•10^-4рад).In this scheme, the angular distribution of the reflection intensity from the second crystal (analyzer) is recorded, rotating it around the axis coming through the crystal and perpendicular to the diffraction plane, which is called the diffraction reflection curve (KDO), and determine the half-width (width at half height) KDO - ω ₀ . It can be assumed (this data is not in the materials of the article) that in the prototype method the width of the reflection curve from the analyzer is about an arc second. The object under study, which is a target consisting of plastic spheres enclosed in a shell composed, for example, of a 5 μm layer (CD ₂ ) _n , 0.5 μm Pb layer and 5 μm Be layer, is placed directly on the analyzer crystal. The crystal analyzer is set to reflection - according to Bragg. The image of the object is recorded twice in the beam reflected from the analyzer by successive surveys on one photographic plate, and the analyzer with the object lying on it is rejected together by the recorder from the exact Bragg position by an angle Δθ ≫ ω ₀ , (in the described experiment by ± 30 '', ± 40``, ± 50 '' ≡ 2.5 • 10 ^-4 rad).

Очевидно, что излучавшийся описанным методом объект характеризовался очень высокими скачками плотности: ρ_Pb = 11,3 г/см³, ρ_Be = 1,85 г/см³,

≈ 2 г/см³, а следовательно, и высокими градиентами коэффициента преломления на границах слоев. Оценки показывают, что в способе-прототипе отклонения падающего на объект псевдоплоского пучка от направления своего первоначального распространения достигали ≈ 1,67 • 10^-4 рад = 33,4'' и более (измерения проводились в характеристическом излучении K_α1- линии меди - 8,05 кэВ). Поэтому отклоненный анализатор оказывался в брэгговском положении относительно таких отклоненных рентгеновских пучков, отражал эти пучки, что и регистрировала фотопленка.Obviously, the object emitted by the described method was characterized by very high density jumps: ρ _Pb = 11.3 g / cm ³ , ρ _Be = 1.85 g / cm ³ ,

≈ 2 g / cm ³ and, consequently, high gradients of the refractive index at the boundaries of the layers. Estimates show that in the prototype method, the deviations of the pseudo-plane beam incident on the object from the direction of their initial propagation reached ≈ 1.67 • 10 ^-4 rad = 33.4 '' or more (measurements were carried out in the characteristic radiation K _α1 - copper line - 8 , 05 keV). Therefore, the deflected analyzer found itself in the Bragg position with respect to such deflected X-ray beams, reflected these beams, which was recorded by the film.

Однако гораздо более перспективно использовать новый метод рентгенографии, основанный на регистрации пучков, отклоненных от направления первоначального распространения на границах раздела сред, для исследования более однородных по составу объектов, внутренняя структура которых не дает контраста на абсорбционных изображениях, в частности, медико-биологических. Плотности всех мягких тканей живых организмов близки к единице (плотности воды), причем, отличия в плотности разных тканей (исключая костную) составляют менее 0,05 Г/см³, следовательно, характерные углы отклонения первоначально нерасходящегося пучка составят менее 10^-6 рад. Способ-прототип не пригоден для исследования таких объектов.However, it is much more promising to use the new method of radiography, based on the registration of beams deviated from the initial propagation direction at the media interfaces, to study objects more homogeneous in composition, the internal structure of which does not provide contrast on the absorption images, in particular, biomedical ones. The densities of all soft tissues of living organisms are close to unity (water density), and the differences in the density of different tissues (excluding bone) are less than 0.05 G / cm ³ , therefore, the characteristic deviation angles of the initially non-diverging beam will be less than 10 ^-6 rad. The prototype method is not suitable for the study of such objects.

Целью изобретения является создание способа исследования внутренней структуры объектов, которые характеризуются, с одной стороны, слабым поглощением рентгеновского излучения, а с другой - малыми градиентами плотности (или, что то же самое, коэффициента преломления излучения). В первую очередь, речь идет о медико-биологических объектах. Этот способ относится к разряду способов фазовой рентгенографии, поскольку изменение направления псевдоплоского пучка в объекте логично описать как фазовые изменения волнового фронта, которые при дифракции в анализаторе преобразуются в изменения интенсивности, что и регистрируется детектором. The aim of the invention is to provide a method for studying the internal structure of objects, which are characterized, on the one hand, by weak absorption of x-ray radiation, and on the other, by small density gradients (or, which is the same, refractive index of radiation). First of all, we are talking about biomedical facilities. This method belongs to the category of phase X-ray diffraction methods, since it is logical to describe the change in the direction of the pseudo-planar beam in the object as phase changes in the wavefront, which during diffraction in the analyzer are converted into changes in intensity, which is recorded by the detector.

Очевидно, что как и во всех методах, обеспечивающих условия наблюдения и регистрации фазовых соотношений, возникающих в псевдоплоском пучке (например, световой и рентгеновской интерферометрии), параметры, взаимная ориентация, юстировка и точность поддержания углового положения всех элементов оптической схемы - монохроматора (или монохроматоров) и анализатора, а также совершенство оптических элементов сильно влияют на качество получаемой информации. Способ-прототип не дает правил взаимной оптимизации этих параметров. It is obvious that, as in all methods providing conditions for observing and recording phase relations arising in a pseudo-plane beam (for example, light and X-ray interferometry), parameters, relative orientation, alignment, and accuracy of maintaining the angular position of all elements of the optical scheme — a monochromator (or monochromators) ) and the analyzer, as well as the perfection of optical elements, strongly affect the quality of the information received. The prototype method does not give rules for the mutual optimization of these parameters.

В связи с этим цель изобретения состоит также в том, чтобы предложить такой способ фазовой рентгенографии объектов, преимущественно медико-биологических, в котором эти параметры были бы оптимизированы для повышения чувствительности метода, контрастности формируемых изображений, адекватности представления сформированного фазового изображения, а также экспрессности проводимых исследований. In this regard, the aim of the invention is also to offer such a method of phase radiography of objects, mainly biomedical, in which these parameters would be optimized to increase the sensitivity of the method, the contrast of the generated images, the adequacy of the presentation of the formed phase image, as well as the expressivity of research.

Цель изобретения состоит также в том, чтобы предложить устройство, осуществляющее упомянутый способ. The aim of the invention is also to provide a device that implements the aforementioned method.

Для достижения указанных целей в способе получения фазовых изображений преимущественно медико-биологических объектов, в отличие от способа-прототипа, анализатор размещают в положение Лауэ (на просвет). Для каждой схемы расположения кристаллов устанавливают зависимость коэффициента отражения анализатора в условиях освещения его нерасходящимся пучком и определяют расстояния Δθ_i между тремя самыми сильными соседними максимумами углового Пенделлезунга. Блок монохроматоров формируют из одного или нескольких монокристаллов, причем, коэффициент асимметрии первого монохроматора выбирают из условия: b₁≥ sin2θ_c/sin2(θ₁- θ_c), где θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора. При наличии n последовательных монохроматоров задаются величинами b₂,..., b_k-1, b_k+1,... b_n, и рассчитывают коэффициент асимметрии k-го монохроматора по формуле

где ω₀ - полуширина упомянутой кривой отражения анализатора;
k= 2, 3,...n.To achieve these goals in the method of obtaining phase images of predominantly biomedical objects, in contrast to the prototype method, the analyzer is placed in the Laue position (in the light). For each crystal arrangement, the dependence of the analyzer reflection coefficient is established under conditions of illumination by its non-diverging beam and the distances Δθ _{i are} determined between the three strongest adjacent maxima of the angular Pendelezung. A block of monochromators is formed from one or several single crystals, and the asymmetry coefficient of the first monochromator is selected from the condition: b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ - θ _c ), where θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator. If there are n consecutive monochromators, b ₂ , ..., b _k-1 , b _{k + 1} , ... b _{n are set} , and the asymmetry coefficient of the k-th monochromator is calculated by the formula

where ω ₀ is the half-width of the mentioned reflection curve of the analyzer;
k = 2, 3, ... n.

Монохроматоры и анализатор выполняют в виде плоскопараллельных пластин, поверхности которых ориентированы относительно отражающих плоскостей в соответствии с выбранными и рассчитанными величинами b_n (для монохроматоров) и условием Лауэ для анализатора, а кривизна кристаллов не превышает величины Δθ_i/2L, где L - размер освещенной области на поверхности кристалла в плоскости дифракции. Выбирают толщину каждого монохроматора t_k из условия.Monochromators and the analyzer are made in the form of plane-parallel plates, the surfaces of which are oriented relative to the reflecting planes in accordance with the selected and calculated values of b _n (for monochromators) and the Laue condition for the analyzer, and the crystal curvature does not exceed Δθ _i / 2L, where L is the size of the illuminated areas on the surface of the crystal in the diffraction plane. The thickness of each monochromator t _{k is} selected from the condition.

где μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в кристалле;
θ_k - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей;
α_k - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монохроматора.

where μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the crystal;
θ _k is the Bragg angle of the selected system of reflective planes;
α _k is the angle between the system of reflective planes and the surface of the monochromator.

Выбирают толщину анализатора t таким образом, чтобы она удовлетворяла одновременно условиям:

где Λ_hkl - глубина экстинкции, отвечающая выбранному отражению в анализаторе;
C - фактор поляризации;
m - целое число.Select the thickness of the analyzer t so that it simultaneously satisfies the conditions:

where Λ _hkl is the extinction depth corresponding to the selected reflection in the analyzer;
C is the polarization factor;
m is an integer.

Приготовленные указанным образом монохроматоры устанавливают в многокристальном спектрометре и юстируют (настраивают) в угловых положениях в пределах углов брэгговского отражения. Затем размещают исследуемый объект на расстоянии от анализатора, и для регистрации изображения объекта выбирают угловые положения анализатора в пределах его КДО. Изображение регистрируют либо в обоих пучках за анализатором - прошедшем и дифрагированном, либо в одном из пучков. The monochromators prepared in this way are mounted in a multichip spectrometer and adjusted (adjusted) in angular positions within the limits of the Bragg reflection angles. Then the test object is placed at a distance from the analyzer, and for recording the image of the object, the angular positions of the analyzer are selected within its BWW. The image is recorded either in both beams behind the analyzer - transmitted and diffracted, or in one of the beams.

В предложенном способе фазовой рентгенографии в анализаторе выбирают асимметричное отражение с коэффициентом асимметрии b < 1. In the proposed method of phase radiography in the analyzer, an asymmetric reflection with an asymmetry coefficient b <1 is selected.

В другом варианте способа анализатор устанавливают в положение Брэгга (на отражение). По упомянутой КДО анализатора определяют угловые интервалы δθ положений анализатора, соответствующие склонам КДО, и угловую ширину столика Дарвина ω_B. Блок монохроматоров формируют из одного или нескольких монокристаллов, причем, коэффициент асимметрии первого монохроматора выбирают из условия
b₁ ≥ sin2θ_c/sin2(θ₁- θ_c),
где θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора.In another embodiment of the method, the analyzer is set to the Bragg position (for reflection). Using the mentioned BWW of the analyzer, the angular intervals δθ of the positions of the analyzer corresponding to the slopes of the BWW and the angular width of the Darwin table ω _{B are} determined. A block of monochromators is formed from one or more single crystals, moreover, the asymmetry coefficient of the first monochromator is selected from the condition
b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ - θ _c ),
where θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator.

При наличии n последовательных монохроматоров задаются величинами b₂,... , b_k-1, b_k+1,...b_n, рассчитывают коэффициент асимметрии k-го монохроматора по формуле:

Монохроматоры и анализатор выполняют в виде плоскопараллельных пластин, поверхности которых ориентированы относительно отражающих плоскостей в соответствии с выбранными величинами b_n (для монохроматоров) и условием Брэгга для анализатора, а кривизна кристаллов не превышает величины δθ/2L, где L - размер освещенной области на поверхности кристалла в плоскости дифракции. Выбирают толщину каждого монохроматора t_k из условия

где
μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в кристалле;
θ_k - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей;
α_k - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монохроматора.In the presence of n consecutive monochromators are set by the values of b ₂ , ..., b _k-1 , b _{k + 1} , ... b _n , the asymmetry coefficient of the k-th monochromator is calculated by the formula:

Monochromators and the analyzer are made in the form of plane-parallel plates, the surfaces of which are oriented relative to the reflecting planes in accordance with the selected values of b _n (for monochromators) and the Bragg condition for the analyzer, and the crystal curvature does not exceed δθ / 2L, where L is the size of the illuminated region on the surface crystal in the diffraction plane. Choose the thickness of each monochromator t _k from the condition

Where
μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the crystal;
θ _k is the Bragg angle of the selected system of reflective planes;
α _k is the angle between the system of reflective planes and the surface of the monochromator.

Выбирают толщину анализатора t таким образом, чтобы одновременно выполнялись условия

где
θ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей;
α - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью анализатора.Analyzer thickness t is chosen so that conditions are simultaneously satisfied

Where
θ is the Bragg angle of the selected system of reflective planes;
α is the angle between the system of reflecting planes and the surface of the analyzer.

Приготовленные указанным образом монохроматоры устанавливают в многокристальном спектрометре и юстируют в пределах углов брэгговского отражения. Между блоком монохроматоров и анализатором размещают исследуемый объект на расстоянии от анализатора, и устанавливают анализатор в угловые положения в пределах углов брэгговского отражения для регистрации изображения объекта. The monochromators prepared in this way are mounted in a multichip spectrometer and adjusted within the limits of the Bragg reflection angles. Between the block of monochromators and the analyzer, the object under study is placed at a distance from the analyzer, and the analyzer is installed in angular positions within the Bragg reflection angles for recording the image of the object.

Способ фазовой рентгенографии по второму варианту, отличающийся тем, что для регистрации изображения объекта анализатор устанавливают в угловые положения, отклоненные от точного брэгговского на угол Δθ при условии, что ω_B/2 < |Δθ| < (ω_B/2+δθ).
Способ фазовой рентгенографии по второму варианту, отличающийся тем, что в анализаторе выбирают асимметричное отражение с коэффициентом асимметрии b > 1.The phase X-ray diffraction method according to the second embodiment, characterized in that for recording the image of the object, the analyzer is installed in angular positions deviated from the exact Bragg angle Δθ, provided that ω _B / 2 <| Δθ | <(ω _B / 2 + δθ).
The phase radiography method according to the second embodiment, characterized in that an asymmetric reflection with an asymmetry coefficient b> 1 is selected in the analyzer.

Способ фазовой рентгенографии по второму варианту, отличающийся тем, что в анализаторе выбирают асимметричное отражение с коэффициентом асимметрии b < 1. The phase X-ray diffraction method according to the second embodiment, characterized in that an asymmetric reflection with an asymmetry coefficient b <1 is selected in the analyzer.

Способ фазовой рентгенографии по любому из вариантов, отличающийся тем, что в кристаллах монохроматорах и анализаторе выбирают отражающие плоскости с индексами низких порядков. The method of phase radiography according to any one of the options, characterized in that in the crystals the monochromators and the analyzer choose reflective planes with indices of low orders.

Способ фазовой рентгенографии по любому из вариантов, отличающийся тем, что в n последовательно установленных кристаллах многокристального спектрометра реализуются брэгговские отражения от плоскостей типа hkl, (-h)(-k)(-l),..., (τh)(τk)(τl), где τ = (-l)^j-1, j = 1,2,...(n+1).The method of phase radiography according to any one of the options, characterized in that in n series-installed crystals of the multichip spectrometer, Bragg reflections from planes of the type hkl, (-h) (- k) (- l), ..., (τh) are realized (τl), where τ = (-l) ^j-1 , j = 1,2, ... (n + 1).

Способ фазовой рентгенографии по любому из вариантов, отличающийся тем, что монохроматоры юстируют, устанавливая их в точном брэгговском положении. The method of phase radiography according to any one of the options, characterized in that the monochromators are aligned, setting them in the exact Bragg position.

Способ фазовой рентгенографии по любому из вариантов, отличающийся тем, что монохроматоры юстируют, устанавливая один или более из монохроматоров на склоне соответствующей КДО. The method of phase radiography according to any one of the options, characterized in that the monochromators are adjusted by installing one or more of the monochromators on the slope of the corresponding BWW.

Способ фазовой рентгенографии по любому из вариантов, отличающийся тем, что угловые положения монохроматоров и анализатора контролируют с помощью мониторных каналов. Мониторные каналы образуют из детекторов, установленных за каждым из монокристаллов по ходу пучка, сигнал с детектором направляют в устройство сравнения текущего сигнала с реперным, а дифференциальный сигнал, выработанный упомянутым устройством, направляют на исполнительные устройства позиционирования кристаллов, которые содержатся в рентгеновском спектрометре. The method of phase radiography according to any one of the options, characterized in that the angular positions of the monochromators and the analyzer are controlled using monitor channels. Monitor channels are formed from detectors installed behind each of the single crystals along the beam, the signal with the detector is sent to a device for comparing the current signal with the reference one, and the differential signal generated by the said device is sent to actuating devices for positioning the crystals that are contained in the X-ray spectrometer.

Способ фазовой рентгенографии по предыдущему варианту, отличающийся тем, что в части пучка перед анализатором размещают тестовый объект, имеющий форму, поддающуюся аналитическому описанию. Расчетным путем определяют распределение интенсивности в изображении тестового объекта в условиях падения на него пучка с заданной расходимостью, а двумерным координатно-чувствительным детектором регистрируют распределение интенсивности в изображении тестового объекта в отсутствие исследуемого объекта. Затем сравнивают расчетное и зарегистрированное распределения интенсивностей и юстировочными движениями устанавливают такое взаимное расположение всех элементов рентгенооптической схемы, при котором картины расчетного и зарегистрированного распределений совпадают. Фиксируют в этом положении показания во всех мониторных каналах, которые рассматриваются как реперные, за исключением канала анализатора. После размещения объекта в рентгеновском пучке вносят корректировку в показания мониторного канала анализатора в связи с ослаблением излучения в объекте и рассматривают эти показания как реперные. Ведут съемку изображения объекта, во время которой осуществляют мониторинг за положением всех кристаллов. The method of phase radiography according to the previous embodiment, characterized in that in the part of the beam in front of the analyzer a test object is placed having a shape that can be analytically described. The intensity distribution in the image of the test object is determined by calculation using the beam incidence with a given divergence on it, and the intensity distribution in the image of the test object in the absence of the object under study is recorded with a two-dimensional coordinate-sensitive detector. Then, the calculated and recorded intensity distributions are compared, and alignment movements establish such a mutual arrangement of all elements of the X-ray optical scheme in which the patterns of the calculated and recorded distributions coincide. In this position, readings are recorded in all monitor channels, which are considered as reference ones, with the exception of the analyzer channel. After placing the object in the x-ray beam, an adjustment is made to the readings of the monitor channel of the analyzer in connection with the attenuation of radiation in the object and these readings are considered as benchmarks. The image of the object is being taken, during which the position of all crystals is monitored.

Способ фазовой рентгенографии, отличающийся тем, что на месте анализатора в положении Лауэ размещают клиновидный монокристалл. За клиновидным кристаллом в любом из пучков - прошедшем или дифрагированном - располагают двумерный координатно-чувствительный детектор. Угол наклона клина ψ выбирают из условия: ψ = Λ_hkl/l_p, где величина l_p удовлетворяет условию: H/3 > l_p >> ξ, где H - размер входного окна координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции, а ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора. Рассчитывают распределение интенсивностей интерференционных полос за клиновидным кристаллом в том из пучков, прошедшем или дифрагированном, в котором расположен координатно-чувствительный детектор. Двумерным координатно-чувствительным детектором регистрируют фактическое распределение интенсивностей интерференционных полос в выбранном пучке и сравнивают его с расчетным. Юстировочными движениями монохроматоров добиваются такого их взаимного расположения, при котором зарегистрированное и расчетное распределения совпадают. Фиксируют монохроматоры в этих положениях и определяют реперные сигналы в мониторных каналах монохроматоров, соответствующие этим положениям монохроматоров. Затем клиновидный монокристалл заменяют анализатором согласно выбранной рентгенооптической схеме, анализатор юстируют, используя упомянутый координатно-чувствительный детектор, и определяют реперный сигнал для мониторного канала анализатора. Ведут съемку изображения объекта, во время которой осуществляют мониторинг за положениями всех кристаллов.A phase X-ray diffraction method, characterized in that a wedge-shaped single crystal is placed in place of the analyzer in the Laue position. Behind the wedge-shaped crystal in any of the beams, transmitted or diffracted, a two-dimensional coordinate-sensitive detector is located. The wedge angle ψ is chosen from the condition: ψ = Λ _hkl / l _p , where l _p satisfies the condition: H / 3> l _p >> ξ, where H is the size of the input window of the coordinate-sensitive detector in the diffraction plane, and ξ is spatial resolution of said detector. The intensity distribution of interference fringes behind the wedge-shaped crystal is calculated in that of the beams, transmitted or diffracted, in which the coordinate-sensitive detector is located. A two-dimensional coordinate-sensitive detector records the actual distribution of the intensities of the interference fringes in the selected beam and compares it with the calculated one. The alignment movements of the monochromators achieve their mutual arrangement in which the registered and calculated distributions coincide. The monochromators are fixed in these positions and the reference signals in the monitor channels of the monochromators corresponding to these positions of the monochromators are determined. Then the wedge-shaped single crystal is replaced by the analyzer according to the selected X-ray optical scheme, the analyzer is adjusted using the coordinate-sensitive detector, and the reference signal for the monitor channel of the analyzer is determined. The image of the object is being taken, during which the positions of all crystals are monitored.

Способ фазовой рентгенографии по предыдущему варианту, в котором анализатор юстируют, определяя его КДО и сравнивая экспериментальные значения с расчетными. The phase radiography method according to the previous embodiment, in which the analyzer is adjusted, determining its BWW and comparing the experimental values with the calculated ones.

Вариант способа фазовой рентгенографии преимущественно медико-биологических объектов, отличающийся от известного решения тем, что блок монохроматоров формируют из одного или нескольких монокристаллов. Систему мониторинга за положением кристаллов выполняют двухканальной, причем, в первом канале устанавливают двумерный координатно-чувствительный детектор. Анализатор приготавливают в виде плоскопараллельной пластины с клиновидными участками на краях пластины, и углы клиньев ψ выбирают из условия
ψ = Λ_hkl/l_p,
где величина l_p удовлетворяет условию: H/3 > l_p >> ξ,
где H - размер входного окна координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции;
ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора.A variant of the phase radiography method of predominantly biomedical objects, which differs from the known solution in that the block of monochromators is formed from one or more single crystals. The monitoring system for the position of the crystals is performed two-channel, moreover, in the first channel, a two-dimensional coordinate-sensitive detector is installed. The analyzer is prepared in the form of a plane-parallel plate with wedge-shaped sections at the edges of the plate, and the wedge angles ψ are selected from the condition
ψ = Λ _hkl / l _p ,
where l _p satisfies the condition: H / 3> l _p >> ξ,
where H is the size of the input window of the coordinate sensitive detector in the diffraction plane;
ξ is the spatial resolution of said detector.

Выбирают толщину плоскопараллельной части анализатора t из условия t ≤ 1/μ и устанавливают анализатор в положение Лауэ (на просвет). Затем рассчитывают распределения интенсивностей интерференционных полос в пучке, прошедшем и дифрагированном на клиновидных участках анализатора в условиях освещения их рентгеновским пучком с заданной расходимостью. При этом образуют первый мониторный канал, установив координатно-чувствительный детектор в части пучка, прошедшего или отраженного от клиновидного участка анализатора. Затем образуют второй мониторный канал, разместив один из детекторов в части пучка, прошедшего или отраженного от плоскопараллельного участка анализатора, а остальные - в пучках, отраженных каждым из монохроматоров. Первым мониторным каналом регистрируют распределение интенсивности интерференционных полос в отсутствие объекта, затем сравнивают расчетное распределение с зарегистрированным и юстировочными движениями устанавливают такое взаимное расположение всех элементов рентгенооптической схемы, при котором картины расчетного и зарегистрированного распределений совпадают. В этом положении элементов рентгеновской схемы определяют показания детекторов второго мониторного канала, установленных за монохроматорами, и рассматривают их как реперные. Затем устанавливают объект в рентгеновском пучке и определяют реперные показания детектора, установленного за анализатором. При этом ведут регистрацию изображения объекта, во время которой по второму мониторному каналу контролируют угловые положения всех кристаллов, используя реперные показания детекторов. Select the thickness of the plane-parallel part of the analyzer t from the condition t ≤ 1 / μ and set the analyzer in the Laue position (in the gap). Then, the intensity distributions of interference fringes in the beam transmitted and diffracted in the wedge-shaped sections of the analyzer are calculated under conditions of illumination by an X-ray beam with a given divergence. This forms the first monitor channel by installing a coordinate-sensitive detector in the part of the beam transmitted or reflected from the wedge-shaped portion of the analyzer. Then they form a second monitor channel, placing one of the detectors in the part of the beam transmitted or reflected from the plane-parallel section of the analyzer, and the rest in the beams reflected by each of the monochromators. The first monitor channel records the distribution of the intensity of interference fringes in the absence of an object, then compares the calculated distribution with the recorded and alignment movements and establishes a mutual arrangement of all elements of the X-ray optical scheme in which the patterns of the calculated and recorded distributions coincide. In this position of the elements of the x-ray circuit, the readings of the detectors of the second monitor channel mounted behind the monochromators are determined, and they are considered as reference ones. Then set the object in the x-ray beam and determine the reference readings of the detector installed behind the analyzer. At the same time, the image of the object is recorded, during which the angular positions of all crystals are controlled by the second monitor channel using the reference readings of the detectors.

Способ фазовой рентгенографии по последнему варианту, отличающийся тем, что анализатор приготавливают с одним клиновидным участком таким образом, чтобы основание клина было перпендикулярным плоскости дифракции. The phase X-ray diffraction method according to the latter embodiment, characterized in that the analyzer is prepared with one wedge-shaped portion so that the wedge base is perpendicular to the diffraction plane.

Способ фазовой рентгенографии по последнему варианту, отличающийся тем, что анализатор приготавливают с одним клиновидным участком таким образом, чтобы основание клина было параллельным плоскости дифракции. The method of phase radiography according to the latter embodiment, characterized in that the analyzer is prepared with one wedge-shaped portion so that the base of the wedge is parallel to the diffraction plane.

Способ фазовой рентгенографии по последнему варианту, отличающийся тем, что анализатор приготавливают с двумя взаимно перпендикулярными клиновидными участками. The method of phase radiography according to the latter embodiment, characterized in that the analyzer is prepared with two mutually perpendicular wedge-shaped sections.

Способ фазовой рентгенографии по последнему варианту, отличающийся тем, что после юстировки размещают координатно-чувствительный детектор в пучке, прошедшем или отраженном от плоскопараллельного участка анализатора, не занятом вторым мониторным каналом, и ведут съемку этим детектором. The method of phase radiography according to the latter embodiment, characterized in that after alignment, a coordinate-sensitive detector is placed in a beam transmitted or reflected from a plane-parallel section of the analyzer not occupied by the second monitor channel, and this detector is shot.

Способ фазовой рентгенографии по любому из предыдущих вариантов, отличающийся тем, что объект сканируют в пучке, сформированном блоком монохроматоров. The method of phase radiography according to any one of the previous options, characterized in that the object is scanned in a beam formed by a block of monochromators.

Способ фазовой рентгенографии по любому из предыдущих вариантов, отличающийся тем, что объект поворачивают в рентгеновском пучке вокруг одной или нескольких его осей. The method of phase radiography according to any one of the previous options, characterized in that the object is rotated in an x-ray beam around one or more of its axes.

Предлагаемые варианты способа фазовой рентгенографии преимущественно биологических объектов осуществлены в устройстве фазовой рентгенографии. The proposed method of phase radiography of predominantly biological objects is implemented in a phase radiography device.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, описанное в [2] и включающее монокристальный рентгеновский спектрометр, в котором блок монохроматора выполнен в виде монокристалла с коэффициентом асимметрии
b₁= sin(θ₁- α₁)/sin(θ₁+ α₁) < 1,
где
θ₁ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей с индексами Миллера (hkl);
α₁ - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью кристалла, установленного в положение брэгговской дифракции по отношению к упомянутым плоскостям (hkl).Closest to the proposed device is described in [2] and includes a single-crystal X-ray spectrometer, in which the monochromator unit is made in the form of a single crystal with an asymmetry coefficient
b ₁ = sin (θ ₁ - α ₁ ) / sin (θ ₁ + α ₁ ) <1,
Where
θ ₁ is the Bragg angle of the selected system of reflective planes with Miller indices (hkl);
α ₁ is the angle between the system of reflecting planes and the surface of the crystal, set to the position of the Bragg diffraction with respect to the mentioned planes (hkl).

Устройство-прототип также включает монокристаллический анализатор, характеризующийся кривой дифракционного отражения (КДО) с известной полушириной ω₀, который установлен в положение брэгговской дифракции по отношению к падающему на него пучку. Исследуемый объект размещен непосредственно на анализаторе, система регистрации (здесь рентгеновская пленка) установлена после анализатора по ходу дифрагированного пучка. Устройство содержит средства для совместного поворота объекта, анализатора и регистратора как единой системы на углы, превышающие ширину КДО анализатора и лежащие по обе стороны от его точного брэгговского положения.The prototype device also includes a single crystal analyzer, characterized by a diffraction reflection curve (BWO) with a known half-width ω ₀ , which is set to the position of the Bragg diffraction with respect to the incident beam. The object under study is placed directly on the analyzer, the registration system (here the x-ray film) is installed after the analyzer along the diffracted beam. The device contains means for joint rotation of the object, analyzer and recorder as a single system at angles exceeding the BWW width of the analyzer and lying on both sides of its exact Bragg position.

Предлагаемое устройство отличается тем, что блок монохроматоров выполнен из одного или нескольких монокристаллов, последовательно отражающих падающий на них рентгеновский пучок, а анализатор установлен в положение Лауэ (на просвет). Первый монохроматор выполнен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей
b₁≥ sin2θ_c/sin2(θ₁- θ_c),
где
θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора.The proposed device is characterized in that the block of monochromators is made of one or more single crystals, successively reflecting the x-ray beam incident on them, and the analyzer is installed in the Laue position (in the gap). The first monochromator is made with the asymmetry coefficient of the reflecting planes
b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ - θ _c ),
Where
θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator.

При наличии n последующих монохроматоров с коэффициентами асимметрии отражающих плоскостей b₂,..., b_k-1, b_k+1, ... b_n, k-ый монохроматор выполнен с коэффициентом асимметрии

где
Δθ_i - угловое расстояние между тремя самыми сильными соседними максимумами на упомянутой КДО анализатора при условии освещения его плоским пучком.If there are n subsequent monochromators with asymmetry coefficients of the reflecting planes b ₂ , ..., b _k-1 , b _{k + 1} , ... b _n , the k-th monochromator is made with the asymmetry coefficient

Where
Δθ _i is the angular distance between the three strongest neighboring maxima at the mentioned BWW of the analyzer, provided it is illuminated by a flat beam.

Монохроматоры и анализатор выполнены в виде плоскопараллельных пластин из совершенных монокристаллов, поверхности которых ориентированы относительно отражающих плоскостей в соответствии с выбранными и рассчитанными величинами b_n (для монохроматоров) и условием Лауэ для анализатора, причем, кривизна кристаллов не превышает величины Δθ_i/2L, где L - размер освещенной области на поверхности каждого из монокристаллов в плоскости дифракции. Монохроматоры выполнены с толщиной t_k, удовлетворяющей условию

где μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в кристалле;
θ_k - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей;
α_k - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монохроматора. Анализатор выполнен с толщиной t, одновременно удовлетворяющей двум условиям

где
Λ_hkl - глубина экстракции, отвечающая выбранному отражению в анализаторе;
C - поляризационный множитель;
m - целое число.The monochromators and the analyzer are made in the form of plane-parallel plates of perfect single crystals, the surfaces of which are oriented relative to the reflecting planes in accordance with the selected and calculated values of b _n (for monochromators) and the Laue condition for the analyzer, and the crystal curvature does not exceed Δθ _i / 2L, where L is the size of the illuminated region on the surface of each of the single crystals in the diffraction plane. Monochromators are made with a thickness t _k satisfying the condition

where μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the crystal;
θ _k is the Bragg angle of the selected system of reflective planes;
α _k is the angle between the system of reflective planes and the surface of the monochromator. The analyzer is made with a thickness t simultaneously satisfying two conditions

Where
Λ _hkl is the extraction depth corresponding to the selected reflection in the analyzer;
C is the polarization factor;
m is an integer.

Средства для размещения исследуемого объекта установлены на расстоянии от анализатора. Все кристаллы снабжены средствами для их юстировки в пределах углов брэгговского отражения, а система регистрации изображения дополнительно снабжена средствами для ее установки в пучке, прошедшем через анализатор, либо в обоих пучках - прошедшем в дифрагированном одновременно. Means for placing the investigated object are installed at a distance from the analyzer. All crystals are equipped with means for their alignment within the Bragg reflection angles, and the image registration system is additionally equipped with means for its installation in the beam transmitted through the analyzer, or in both beams transmitted simultaneously diffracted.

Устройство для фазовой рентгенографии по предыдущему варианту, отличающееся тем, что анализатор приготовлен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b < 1. The device for phase radiography according to the previous embodiment, characterized in that the analyzer is prepared with an asymmetry coefficient of the reflecting planes b <1.

Во втором варианте установки для фазовой рентгенографии блок монохроматоров выполнен из одного или нескольких монокристаллов, последовательно отражающих падающий на них рентгеновский пучок, и анализатор установлен в положение по Брэггу (на отражение). Первый монохроматор приготовлен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей
b₁≥ sin2θ_c/sin2(θ₁- θ_c),
где
θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора.In the second version of the setup for phase radiography, the block of monochromators is made of one or more single crystals, successively reflecting the x-ray beam incident on them, and the analyzer is set to the Bragg position (for reflection). The first monochromator is prepared with an asymmetry coefficient of reflecting planes
b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ - θ _c ),
Where
θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator.

При наличии n последовательных монохроматоров с коэффициентами асимметрии b₂, ..., b_k-1, b_k+1, b_n, k-ый монохроматор выполнен с коэффициентом асимметрии

где
δθ - угловые интервалы положений анализатора, соответствующие склонам КДО анализатора;
ω_B - ширина столика Дарвина упомянутой КДО.If there are n consecutive monochromators with asymmetry coefficients b ₂ , ..., b _k-1 , b _{k + 1} , b _n , the k-th monochromator is made with an asymmetry coefficient

Where
δθ are the angular intervals of the positions of the analyzer corresponding to the slopes of the BWW of the analyzer;
ω _B is the width of the Darwin table of the aforementioned BWW.

Монохроматоры и анализатор выполнены в виде плоскопараллельных пластин совершенных монокристаллов, поверхности которых ориентированы относительно отражающих плоскостей в соответствии с выбранными величинами b_n (для монохроматоров) и условием Брэгга для анализатора, причем, кривизна кристаллов не превышает величины δθ/2L, где L - размер освещенной области на поверхности каждого из монокристаллов в плоскости дифракции. При этом монохроматоры выполнены с толщиной t_k, удовлетворяющей условию

где
μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в кристалле;
θ_k - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей;
α_k - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монохроматора.The monochromators and the analyzer are made in the form of plane-parallel plates of perfect single crystals, the surfaces of which are oriented relative to the reflecting planes in accordance with the chosen values of b _n (for monochromators) and the Bragg condition for the analyzer, moreover, the curvature of the crystals does not exceed δθ / 2L, where L is the size of the illuminated regions on the surface of each of the single crystals in the diffraction plane. Moreover, the monochromators are made with a thickness t _k satisfying the condition

Where
μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the crystal;
θ _k is the Bragg angle of the selected system of reflective planes;
α _k is the angle between the system of reflective planes and the surface of the monochromator.

Анализатор выполнен с толщиной t, одновременно удовлетворяющей двум требованиям

где
θ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей;
α - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью анализатора.The analyzer is made with a thickness t simultaneously satisfying two requirements

Where
θ is the Bragg angle of the selected system of reflective planes;
α is the angle between the system of reflecting planes and the surface of the analyzer.

Держатель исследуемого объекта установлен на расстоянии от анализатора и все кристаллы установлены с возможностью их юстировки в пределах углов брэгговского отражения. The holder of the object under study is installed at a distance from the analyzer and all crystals are installed with the possibility of their adjustment within the limits of the Bragg reflection angles.

Устройство для фазовой рентгенографии по последнему варианту, отличающееся тем, что анализатор установлен с возможностью фиксации в угловых положениях, отклоненных от точного брэгговского на угол Δθ при условии, что ω_B/2 < |Δθ| < (ω_B/2+δθ).
Устройство для фазовой рентгенографии по последнему варианту, отличающееся тем, что анализатор приготовлен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b > 1.The device for phase radiography according to the latter embodiment, characterized in that the analyzer is mounted with the possibility of fixing in angular positions deviated from the exact Bragg angle Δθ, provided that ω _B / 2 <| Δθ | <(ω _B / 2 + δθ).
The device for phase radiography according to the latter embodiment, characterized in that the analyzer is prepared with an asymmetry coefficient of reflecting planes b> 1.

Устройство для фазовой рентгенографии по последнему варианту, отличающееся тем, что анализатор приготовлен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b < 1. The device for phase radiography according to the latter embodiment, characterized in that the analyzer is prepared with an asymmetry coefficient of reflecting planes b <1.

Устройство для фазовой рентгенографии по двум последним вариантам, отличающееся тем, что кристаллы монохроматоры и анализатор приготовлены с отражающими плоскостями, имеющими индексы низких порядков. The device for phase radiography according to the last two options, characterized in that the monochromator crystals and the analyzer are prepared with reflective planes having indices of low orders.

Устройство для фазовой рентгенографии по двум последним вариантам, отличающееся тем, что n последовательно установленных кристаллов многокристального спектрометра приготовлены с отражающими плоскостями типа

Устройство для фазовой рентгенографии по двум последним вариантам, отличающееся тем, что монохроматоры установлены в точных брэгговских положениях.A device for phase radiography according to the last two options, characterized in that n sequentially installed crystals of a multichip spectrometer are prepared with reflective planes of the type

The device for phase radiography according to the last two options, characterized in that the monochromators are installed in precise Bragg positions.

Устройство для фазовой рентгенографии по двум последним вариантам, отличающееся тем, что один или более из монохроматоров установлены на склонах соответствующих КДО. The device for phase radiography according to the last two options, characterized in that one or more of the monochromators are installed on the slopes of the corresponding BWW.

Устройство для фазовой рентгенографии по любому из вариантов, отличающееся тем, что оно снабжено мониторными каналами для контроля угловых положений монохроматоров и анализатора. Мониторные каналы выполнены в виде детекторов излучения, связанных с устройствами сравнения текущего сигнала с реперным, которые, в свою очередь, связаны с исполнительными устройствами позиционирования каждого кристалла, входящими в состав рентгеновского спектрометра. A device for phase radiography according to any one of the options, characterized in that it is equipped with monitor channels for monitoring the angular positions of the monochromators and the analyzer. The monitor channels are made in the form of radiation detectors associated with devices for comparing the current signal with a reference one, which, in turn, are connected with actuating devices for positioning each crystal that are part of the X-ray spectrometer.

Устройство для фазовой рентгенографии по предыдущему варианту, отличающееся тем, что детекторы выполнены в виде сцинтилляционных счетчиков и установлены за соответствующими кристаллами в части пучка, не использующейся для формирования изображения. The device for phase radiography according to the previous embodiment, characterized in that the detectors are made in the form of scintillation counters and are installed behind the corresponding crystals in the part of the beam that is not used for image formation.

Устройство для фазовой рентгенографии по предыдущему варианту, отличающееся тем, что детекторы выполнены в виде ионизационных камер, имеющих рентгенопрозрачные и бесструктурные входные и выходные окна, которые установлены за соответствующими кристаллами в части пучка, использующейся для формирования изображения. The device for phase radiography according to the previous embodiment, characterized in that the detectors are made in the form of ionization chambers having radiolucent and structureless input and output windows that are installed behind the corresponding crystals in the part of the beam used for image formation.

Устройство для фазовой рентгенографии по предыдущему варианту, отличающееся тем, что в части пучка перед анализатором размещен тестовый объект, имеющий форму, поддающуюся аналитическому описанию. Для того тестового объекта расчетным путем определено распределение интенсивности в изображении в условиях падения на него пучка с заданной расходимостью. В пучке или части пучка, содержащей изображение тестового объекта, установлен двумерный координатно-чувствительный детектор, регистрирующий распределение интенсивности в изображении тестового объекта за анализатором в отсутствие исследуемого объекта. Все элементы рентгенооптической схемы снабжены юстировочными средствами, обеспечивающими такое их взаимное расположение, при котором картины расчетного и зарегистрированного распределений совпадают, а также средствами фиксации этих положений. Упомянутый координатно-чувствительный детектор соединен с блоком сравнения расчетного и зарегистрированного распределений интенсивностей, который, в свою очередь, соединен с исполнительными устройствами позиционирования каждого кристалла. The device for phase radiography according to the previous embodiment, characterized in that in the part of the beam in front of the analyzer there is a test object having a shape that can be analytically described. For that test object, the intensity distribution in the image was determined by calculation under conditions of a beam incidence on it with a given divergence. A two-dimensional coordinate-sensitive detector is installed in the beam or part of the beam containing the image of the test object, which registers the intensity distribution in the image of the test object behind the analyzer in the absence of the studied object. All elements of the X-ray optical scheme are equipped with alignment means that ensure their mutual arrangement in which the patterns of the calculated and recorded distributions coincide, as well as means for fixing these positions. The coordinate-sensitive detector mentioned is connected to a unit for comparing the calculated and recorded intensity distributions, which, in turn, is connected to positioning actuators for each crystal.

Устройство для фазовой рентгенографии, отличающееся тем, что содержит средства для установки на месте анализатора клиновидного монокристалла в положении Лауэ. Упомянутый монокристалл выполнен с углом клина ψ, определенным из условия ψ = Λ_hkl/l_p, где величина l_p удовлетворяет условию: H/3 > l_p >> ξ, где H - размер входного окна координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции, а ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора, и для него известно распределение интенсивностей интерференционных полос в любом из пучков - прошедшем или дифрагированном. За клиновидным монокристаллом в выбранном пучке - прошедшем или дифрагированном - расположен двумерный координатно-чувствительный детектор, регистрирующий фактическое распределение интенсивностей в интерференционных полосах за клиновидным монокристаллом. Упомянутый координатно-чувствительный детектор соединен со блоком сравнения фактического распределения интенсивностей с расчетным, который, в свою очередь, соединен с исполнительными устройствами позиционирования каждого из монохроматоров. Устройства позиционирования монохроматоров снабжены средствами фиксации монокристаллов в угловых положениях, при которых расчетное и фактическое распределения интенсивностей совпадают. Устройство дополнительно содержит средства для замены клиновидного монокристалла анализатором в соответствии с выбранной рентгенооптической схемой и средства его юстировки.A device for phase radiography, characterized in that it contains means for installation in place of the analyzer wedge-shaped single crystal in the Laue position. The single crystal mentioned is made with a wedge angle ψ determined from the condition ψ = Λ _hkl / l _p , where l _p satisfies the condition: H / 3> l _p >> ξ, where H is the size of the input window of the coordinate-sensitive detector in the diffraction plane, and ξ is the spatial resolution of the aforementioned detector, and the intensity distribution of interference fringes in any of the beams, transmitted or diffracted, is known for it. Behind the wedge-shaped single crystal in the selected beam — transmitted or diffracted — there is a two-dimensional coordinate-sensitive detector that records the actual intensity distribution in the interference bands behind the wedge-shaped single crystal. The coordinate-sensitive detector mentioned is connected to a unit for comparing the actual intensity distribution with the calculated one, which, in turn, is connected to positioning actuators for each of the monochromators. Monochromator positioning devices are equipped with means for fixing single crystals in angular positions at which the calculated and actual intensity distributions coincide. The device further comprises means for replacing a wedge-shaped single crystal with an analyzer in accordance with the selected x-ray optical scheme and means for its adjustment.

Третий вариант устройства отличается тем, что блок монохромоторов выполнен из одного или нескольких монокристаллов, последовательно отражающих падающий на них рентгеновский пучок. Устройство также содержит двухканальную систему мониторинга. Анализатор выполнен в виде плоскопараллельной пластины с клиновидными участками на краях пластины и установлен в положение Лауэ (на просвет), причем, клиновидные участки анализатора выполнены с углами клиньев ψ, выбираемых из условия
ψ = Λ_hkl/l_p,
где величина l_p удовлетворяет условию: H/3 > l_p >> ξ,
где H - размер входного окна координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции:
ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора.The third version of the device is characterized in that the block of monochromators is made of one or more single crystals, sequentially reflecting an x-ray beam incident on them. The device also contains a two-channel monitoring system. The analyzer is made in the form of a plane-parallel plate with wedge-shaped sections at the edges of the plate and is set to the Laue position (by clearance), moreover, the wedge-shaped sections of the analyzer are made with wedge angles ψ selected from the condition
ψ = Λ _hkl / l _p ,
where l _p satisfies the condition: H / 3> l _p >> ξ,
where H is the size of the input window of the coordinate-sensitive detector in the diffraction plane:
ξ is the spatial resolution of said detector.

Плоскопараллельный участок анализатора выполнен с толщиной t ≤ 1/μ.
Первый мониторный канал установлен в пучке, прошедшем или отраженном от клиновидного участка анализатора и снабжен двумерным координатно-чувствительным детектором, предназначенным для первичной прецизионной юстировки всех кристаллов и выработки реперных сигналов для второго мониторного канала. Упомянутый координатно-чувствительный детектор через устройство сравнения текущего распределения сигнала в картине полос интерференции с расчетным распределением связан с исполнительными устройствами позиционирования кристаллов, входящих в состав устройства. Монохромоторы и анализатор снабжены средствами для их прецизионного позиционирования в пределах соответствующих КДО. Второй мониторный канал выполнен в виде детекторов, установленных в пучках, отраженных от монохроматоров, и в пучке, прошедшем или отраженном от плоскопараллельного участка анализатора. Каждый детектор связан с соответствующими устройствами сравнения сигнала с реперным, определенным в результате прецизионной первичной юстировки, произведенной с помощью первого мониторного канала, и с исполнительными устройствами позиционирования кристаллов.The plane-parallel section of the analyzer is made with a thickness t ≤ 1 / μ.
The first monitor channel is installed in a beam that has passed or reflected from the wedge-shaped portion of the analyzer and is equipped with a two-dimensional coordinate-sensitive detector designed for primary precision alignment of all crystals and the generation of reference signals for the second monitor channel. Mentioned coordinate-sensitive detector through a device for comparing the current distribution of the signal in the picture of the interference bands with the calculated distribution is connected with actuating devices for positioning the crystals included in the device. Monochromators and the analyzer are equipped with means for their precise positioning within the corresponding BWW. The second monitor channel is made in the form of detectors installed in beams reflected from monochromators and in a beam transmitted or reflected from a plane-parallel section of the analyzer. Each detector is associated with respective signal comparison devices with a reference one determined as a result of precision primary alignment made using the first monitor channel and with crystal positioning actuators.

Устройство для фазовой рентгенографии по предыдущему варианту, отличающееся тем, что анализатор содержит один клиновидный участок с основанием, перпендикулярным плоскости дифракции. The device for phase radiography according to the previous embodiment, characterized in that the analyzer comprises one wedge-shaped portion with a base perpendicular to the diffraction plane.

Устройство для фазовой рентгенографии по предыдущему варианту, отличающееся тем, что анализатор содержит один клиновидный участок с основанием, параллельным плоскости дифракции. The device for phase radiography according to the previous embodiment, characterized in that the analyzer comprises one wedge-shaped portion with a base parallel to the diffraction plane.

Устройство для фазовой рентгенографии по предыдущему варианту, отличающееся тем, что анализатор содержит два взаимно перпендикулярных клиновидных участка. The device for phase radiography according to the previous embodiment, characterized in that the analyzer contains two mutually perpendicular wedge-shaped sections.

Устройство для фазовой рентгенографии по любому из упомянутых вариантов, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средства сканирования объекта в пучке, сформированном блоком монохроматоров. A device for phase radiography according to any one of the above options, characterized in that the device further comprises means for scanning an object in a beam formed by a block of monochromators.

Устройство для фазовой рентгенографии по любому из упомянутых вариантов, отличающееся тем, что устройство содержит средства для поворотов объекта в пучке вокруг одной или нескольких его осей. A device for phase radiography according to any one of the above options, characterized in that the device comprises means for rotating an object in a beam around one or more of its axes.

Устройство для фазовой рентгенографии по любому из упомянутых вариантов, отличающееся тем, что входное окно двумерного координатно-чувствительного детектора имеет рентгеночувствительную область прямоугольной формы, размеры которой совпадают с размерами поля зрения, образованного блоком монохроматоров и анализатором. A device for phase radiography according to any one of the above options, characterized in that the input window of the two-dimensional coordinate-sensitive detector has a rectangular-shaped x-ray region, the dimensions of which coincide with the dimensions of the field of view formed by the block of monochromators and the analyzer.

Возможность осуществления вариантов способа фазовой рентгенографии преимущественно медико-биологических объектов и вариантов устройства, предназначенного для осуществления этого способа, доказана в нижеследующих материалах. The possibility of implementing variants of the method of phase radiography of predominantly biomedical objects and variants of the device intended for the implementation of this method is proved in the following materials.

Изобретение поясняется чертежами, на которых:
фиг.1 - схема асимметричного отражения от монокристалла при условии b<1:
фиг. 2 - расчетные КДО характеристического K_α1 - излучения W анода для различных толщин анализатора, приготовленного из монокристалла кремния (отражающие плоскости - 220), установленного в геометрии Лауэ при t = 1150 мкм;
фиг.3 - то же при t = 1340 мкм;
фиг.4 - усредненная КДО анализатора толщиной 1340 мкм;
фиг. 5 - схематическое изображение устройства для фазовой рентгенографии с анализатором, установленным по Лауэ; проекция на плоскость дифракции;
фиг. 6 - расчетная КДО характеристического K_α1 - излучения W анода для анализатора толщиной 5 мм, приготовленного из монокристалла кремния (отражающие плоскости - 220), установленного в геометрии Брэгга, при этом расчет выполнен в приближении падающей плоской волны;
фиг. 7 - схематичное изображение устройства для фазовой рентгенографии с анализатором, установленным по Брэггу; проекция на плоскость дифракции;
фиг.8 - схематичное изображение устройства для фазовой рентгенографии, в котором для юстировки рентгенооптической схемы использован тест-объект;
фиг. 9 - схематичное изображение устройства для фазовой рентгенографии с анализатором, имеющим клиновидный участок, в котором предусмотрены два мониторных канала;
фиг. 10 - пример выполнения анализатора с клиновидными участками: (а) пример выполнения анализатора с клиновидным участком, имеющим основание, перпендикулярное плоскости дифракции; (б) ориентация такого анализатора в рентгенооптической схеме; (в) пример выполнения анализатора с клиновидным участком, имеющим основание, параллельное плоскости дифракции; (г) пример выполнения анализатора с двумя взаимно перпендикулярными клиновидными участками;
фиг. 11, а) и б) - изображения брюшной полости лабораторной мыши: (а) абсорбционное и (б) фазовое с Лауэ анализатором.The invention is illustrated by drawings, in which:
figure 1 - scheme of asymmetric reflection from a single crystal under the condition b <1:
FIG. 2 - calculated BWW of characteristic K _α1 - radiation W of the anode for various thicknesses of an analyzer made of a silicon single crystal (reflecting planes - 220) installed in Laue geometry at t = 1150 μm;
figure 3 - the same at t = 1340 μm;
figure 4 - averaged BWW analyzer with a thickness of 1340 μm;
FIG. 5 is a schematic illustration of a phase radiography device with an analyzer installed according to Laue; projection onto the diffraction plane;
FIG. 6 - calculated BWW of characteristic K _α1 - radiation W of the anode for an analyzer 5 mm thick prepared from a silicon single crystal (reflecting planes - 220) installed in the Bragg geometry, the calculation being made in the approximation of an incident plane wave;
FIG. 7 is a schematic illustration of a phase radiography device with an analyzer installed according to Bragg; projection onto the diffraction plane;
Fig. 8 is a schematic illustration of a phase radiography device in which a test object is used to adjust the X-ray optical scheme;
FIG. 9 is a schematic illustration of a phase radiography device with an analyzer having a wedge-shaped portion in which two monitor channels are provided;
FIG. 10 is an example of performing an analyzer with wedge-shaped portions: (a) an example of performing an analyzer with a wedge-shaped portion having a base perpendicular to the diffraction plane; (b) the orientation of such an analyzer in an x-ray optical scheme; (c) an example of performing an analyzer with a wedge-shaped portion having a base parallel to the diffraction plane; (d) an example of performing an analyzer with two mutually perpendicular wedge-shaped sections;
FIG. 11, a) and b) - images of the abdominal cavity of a laboratory mouse: (a) absorption and (b) phase with a Laue analyzer.

Изобретение осуществляется следующим образом. The invention is as follows.

В варианте способа получения фазовых изображений преимущественно медико-биологических объектов в известном способе используют анализатор в положении Лауэ (на просвет). Расчетным путем, пользуясь известной динамической теорией (например, [6]), устанавливают угловую зависимость коэффициента отражения анализатора в условиях освещения его плоской волной и определяют угловое расстояние Δθ_i между тремя самыми сильными соседними максимумами Пенделлезунга. Блок монохроматоров преобразуют, составляя его из n монокристаллов, установленных таким образом, чтобы пучок отражался от них последовательно. Коэффициент асимметрии первого монохроматора выбирают из условия:
b₁≥ sin2θ_c/sin2(θ₁- θ_c),
где
θ_c - критический угол полного внешнего отражения (ПВО) рентгеновского излучения от поверхности монохроматора. Такой выбор следует делать с предпочтением выполнения равенства в приведенной формуле. Это, во-первых, обеспечивает максимальную величину приемной апертуры первого монохроматора и, тем самым, максимально возможную интенсивность пучка, используемого рентгенооптической схемой, так как из кристаллооптики известно, что приемная апертура кристалла пропорциональна (b₁)^-1/2 и чем она больше, тем большая доля упавшего на кристалл излучения отражается: во-вторых, выполнение указанного условия гарантирует от потерь интенсивности, которые могут произойти при попадании падающего на первый монохромотор пучка в область углов ПВО.In an embodiment of the method for obtaining phase images of predominantly biomedical objects, the known method uses an analyzer in the Laue position (by light). By calculation, using the well-known dynamic theory (for example, [6]), the angular dependence of the reflection coefficient of the analyzer is determined under conditions of illumination by a plane wave and the angular distance Δθ _i between the three strongest neighboring Pendelezung maxima is determined. The block of monochromators is transformed, composing it from n single crystals installed in such a way that the beam is reflected from them sequentially. The asymmetry coefficient of the first monochromator is selected from the condition:
b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ - θ _c ),
Where
θ _c is the critical angle of total external reflection (TIR) of x-ray radiation from the surface of the monochromator. Such a choice should be made with the preference for equality in the above formula. This, firstly, provides the maximum value of the receiving aperture of the first monochromator and, thereby, the maximum possible intensity of the beam used by the X-ray optical scheme, since it is known from crystal optics that the receiving aperture of the crystal is proportional to (b ₁ ) ^-1/2 and the larger it is the greater the fraction of radiation incident on the crystal is reflected: secondly, the fulfillment of this condition guarantees against intensity losses that can occur when a beam incident on the first monochromator is in the region of the air defense angles.

Далее для оптимизации условий освещения объекта задаются величинами коэффициентов асимметрии монохроматоров, начиная со второго и за исключением одного, например, k-го. Коэффициент асимметрии этого последнего монохроматора выбирают из условия

Выполнение этих требований позволяет сформировать пучок, угловая расходимость которого не превышает Δθ_i. Для того, чтобы обеспечить максимальный коэффициент отражения от монохроматоров и исключить появление побочных максимумов, обусловленных отражением от обратной стороны кристалла, толщину каждого монохроматора t_k выбирают из условия

где μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в кристалле;
θ_k - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей; а
α_k - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монохроматора.Further, to optimize the lighting conditions of the object, the asymmetry coefficients of the monochromators are set, starting from the second and with the exception of one, for example, k-th. The asymmetry coefficient of this last monochromator is chosen from the condition

Fulfillment of these requirements makes it possible to form a beam whose angular divergence does not exceed Δθ _i . In order to ensure the maximum reflection coefficient from monochromators and to exclude the appearance of side peaks due to reflection from the back of the crystal, the thickness of each monochromator t _{k is} chosen from the condition

where μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the crystal;
θ _k is the Bragg angle of the selected system of reflective planes; a
α _k is the angle between the system of reflective planes and the surface of the monochromator.

Проходя через объект, сформированный блоком монохроматоров, пучок изменяется в соответствии с ослаблением и преломлением на границах раздела сред в объекте. Для того, чтобы решить задачу регистрации таких отклоненных пучков наилучшим образом, т.е. обеспечить условия формирования наиболее контрастного фазового изображения, следует оптимизировать последний оптический элемент схемы - анализатор и оптимально выбрать рабочие точки в пределах его КДО. При этом очевидно, что чем уже КДО анализатора и чем круче ее склоны, тем чувствительнее схема к изменению направления падающего на анализатор пучка. Обычно для получения наибольшего контраста следует выбирать рабочие точки именно на таких крутых склонах КДО. Кроме того, желательно, чтобы рабочая точка анализатора соответствовала наибольшей возможной интенсивности дифрагированного пучка. Для этого предлагается воспользоваться свойствами КДО анализатора в условиях падения на него слабо расходящегося пучка излучения. Passing through an object formed by a block of monochromators, the beam changes in accordance with the attenuation and refraction at the interfaces between the media in the object. In order to solve the registration problem of such deflected beams in the best way, i.e. to ensure the conditions for the formation of the most contrasting phase image, it is necessary to optimize the last optical element of the circuit - the analyzer and optimally select the operating points within its BWW. It is obvious that the narrower the BWW of the analyzer and the steeper its slopes, the more sensitive the circuit to a change in the direction of the beam incident on the analyzer. Usually, to get the greatest contrast, you should choose operating points on exactly such steep slopes of BWW. In addition, it is desirable that the operating point of the analyzer corresponds to the highest possible intensity of the diffracted beam. To this end, it is proposed to use the properties of the BWW analyzer under conditions of incidence of a weakly diverging radiation beam.

Известно, что интенсивность в форме КДО монокристалла зависят, кроме прочего, от его толщины и совершенства. На фиг.2 и 3 приведен пример кривых отражения от плоскостей типа (220) в Si при освещении монохроматическим излучением W для двух толщин анализатора - 1150 мкм и 1340 мкм. На кривых четко проявляются пики Пенделлезунга, связанные с дифракцией плоской волны на совершенном монокристалле. Для сравнения на фиг.4 приведена усредненная по углу кривая дифракционного отражения анализатора толщиной 1340 мкм, которая реализуется в случае, когда параметры монохроматоров не удовлетворяют сформулированным выше требованиям и пики Пенделлезунга усредняются. При этом очевидно, что в этом случае коэффициент отражения анализатора ниже, склоны кривой более пологие и, следовательно, чувствительность к изменению коэффициента преломления в объекте ниже. It is known that the intensity in the form of BWW of a single crystal depends, among other things, on its thickness and perfection. Figures 2 and 3 show an example of curves of reflection from planes of type (220) in Si when illuminated with monochromatic radiation W for two analyzer thicknesses - 1150 μm and 1340 μm. The curves clearly show the Pendelezung peaks associated with the diffraction of a plane wave by a perfect single crystal. For comparison, Fig. 4 shows an angle-averaged diffraction reflection curve of an analyzer 1340 μm thick, which is realized when the parameters of the monochromators do not satisfy the requirements stated above and the Pendelezung peaks are averaged. It is obvious that in this case the analyzer’s reflection coefficient is lower, the slopes of the curve are more gentle and, therefore, the sensitivity to the change in the refractive index in the object is lower.

Из приведенных кривых следует, что выгодно вести съемку в пределах частичного максимума Пенделлезунга, и тогда чувствительность рентгенооптической схемы будет определяться уже не полушириной усредненной КДО - ω₀, которую используют во всех упомянутых схемах [2 - 5], а полушириной этого частичного максимума - ω. Кроме того, правильно подобранная толщина анализатора дает возможность использовать "обостренный" центральный пик [фиг.3] и тем самым воспользоваться отражением с максимально возможной интенсивностью. Такого "обострения" можно добиться, если выбрать толщину анализатора в соответствии с формулой

где
Λ_hkl - глубина экстинкции, отвечающая выбранному отображению в анализаторе;
C - фактор поляризации, равный 1 для σ-поляризации и cos 2θ для π-поляризации;
m - целое число.From the above curves it follows that it is advantageous to shoot within the partial Pendelezung maximum, and then the sensitivity of the X-ray optical scheme will no longer be determined by the half-width of the average BWW - ω ₀ , which is used in all the mentioned schemes [2 - 5], but by the half-width of this partial maximum - ω . In addition, the correctly selected analyzer thickness makes it possible to use the "sharpened" central peak [Fig.3] and thereby use the reflection with the highest possible intensity. Such an “aggravation” can be achieved by choosing the analyzer thickness in accordance with the formula

Where
Λ _hkl is the extinction depth corresponding to the selected display in the analyzer;
C is the polarization factor equal to 1 for σ-polarization and cos 2θ for π-polarization;
m is an integer.

На выбор толщины анализатора также должно быть наложено дополнительное условие полупоглощения излучения t ≤ 1/μ, где μ - линейный коэффициент ослабления в кристалле, иначе интенсивность пучка за кристаллом будет слабой для экспрессной регистрации изображения. An additional condition for the half absorption of radiation t ≤ 1 / μ, where μ is the linear attenuation coefficient in the crystal, should also be imposed on the choice of analyzer thickness, otherwise the beam intensity behind the crystal will be weak for express image recording.

Монохроматоры и анализатор выполняют в виде плоскопараллельных пластин, поверхности которых ориентированы относительно отражающих плоскостей в соответствии с выбранными и рассчитанными величинами b_n (для монохроматоров) и условием Лауэ для анализатора. Очевидно, что все элементы рентгенооптической схемы должны быть достаточно совершенными для того, чтобы удовлетворились условия формирования псевдоплоского пучка и получения максимумов Пенделлезунга после отражения от анализатора. Для этого кривизна кристаллов не должна превышать величины Δθ_i/2L, где L - размер освещенной области на поверхности кристалла в плоскости дифракции. При выполнении этого условия можно быть уверенным, что деформации кристалла не "сгладят" частичные максимумы КДО при выбранных параметрах монохроматоров.Monochromators and the analyzer are made in the form of plane-parallel plates, the surfaces of which are oriented relative to the reflecting planes in accordance with the selected and calculated values of b _n (for monochromators) and the Laue condition for the analyzer. Obviously, all the elements of the X-ray optical scheme must be perfect enough to satisfy the conditions for the formation of a pseudo-flat beam and to obtain Pendelezung maxima after reflection from the analyzer. For this, the curvature of the crystals should not exceed Δθ _i / 2L, where L is the size of the illuminated region on the surface of the crystal in the diffraction plane. If this condition is met, you can be sure that the crystal deformations will not “smooth out” the partial BWO maxima for the selected parameters of the monochromators.

После того, как все кристаллы установлены в соответствие с рентгенооптической схемой (фиг. 5), их юстируют, устанавливая в угловые положения в пределах углов брэгговского отражения, а исследуемый объект, в отличие от прототипа. размещают на расстоянии от анализатора. Поскольку характерные углы отклонения первоначально псевдоплоского пучка в медико-биологических объектах практически всегда не превышают кривой отражения, рабочую точку анализатора выбирают в пределах КДО. Наилучший контраст изображения обеспечивается при соблюдении всех вышеперечисленных условий. Поскольку в рассматриваемом случае фазовые изображения объекта формируются в обоих пучках за анализатором - прошедшим и дифрагированном - регистратор устанавливают с возможностью регистрации либо обоих изображений одновременно, либо каждого изображения в отдельности. After all the crystals are installed in accordance with the x-ray optical scheme (Fig. 5), they are aligned, installing in angular positions within the angles of the Bragg reflection, and the object under study, in contrast to the prototype. placed at a distance from the analyzer. Since the characteristic deviation angles of the initially pseudo-planar beam in biomedical objects almost always do not exceed the reflection curve, the operating point of the analyzer is chosen within the BWW. The best image contrast is achieved when all of the above conditions are met. Since in the case under consideration, phase images of the object are formed in both beams behind the analyzer — transmitted and diffracted — the recorder is installed with the possibility of recording either both images at the same time, or each image separately.

Для дополнительного обострения (сужения) КДО в анализаторе выбирают асимметричное отражение с коэффициентом асимметрии b < 1. For an additional aggravation (narrowing) of the BWW in the analyzer, an asymmetric reflection with an asymmetry coefficient b <1 is chosen.

В другом варианте способа получения фазовых изображений преимущественно медико-биологических объектов в случае, когда анализатор установлен в положение Брэгга (на отражение), по упомянутой КДО определяют угловые интервалы δθ положений анализатора, соответствующие склонам КДО, и угловую ширину столика Дарвина ω_В (фиг. 6).In another embodiment of the method for obtaining phase images of predominantly biomedical objects when the analyzer is set to the Bragg position (for reflection), the angular intervals δθ of the analyzer positions corresponding to the KWO slopes and the angular width of the Darwin table ω _{B are} determined from the BWW (Fig. 6).

В этом варианте способа анализатор устанавливают в положение Брэгга (фиг. 7). В отличие от способа-прототипа, предлагается использовать один или более монохроматоров, причем коэффициент асимметрии первого монохроматора выбирается из условия
b₁≥ sin2θ_c/sin2(θ₁- θ_c),
где θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора.In this embodiment of the method, the analyzer is set to the Bragg position (Fig. 7). In contrast to the prototype method, it is proposed to use one or more monochromators, and the asymmetry coefficient of the first monochromator is selected from the condition
b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ - θ _c ),
where θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator.

Условия выбора b₁ в первом и втором вариантах способа совпадают. Однако далее используются специфические характеристики КДО монокристалла, установленного по Брэггу, а именно ширина столика Дарвина и ширина склона КДО. Так, если блок монохроматоров содержит n кристаллов, то задаются коэффициентами асимметрии всех кристаллов, кроме k-го, а k-й монохроматор приготавливают с коэффициентом асимметрии

Монохроматоры и анализатор выполняют в виде плоскопараллельных пластина, поверхности которых ориентированы относительно отражающих плоскостей в соответствии с выбранными величинами b_n (для монохроматоров) и условием Брэгга для анализатора. Требование к совершенству элементов рентгенооптической схемы (кристаллов) для рассматриваемого случая изменяется по сравнению с предыдущим случаем (анализатора по Лауэ), поскольку контрольной величиной здесь становится угловая ширина склона КДО δθ, а именно кривизна кристаллов не должна превышать величины δθ/2L, где L - размер освещенной области на поверхности кристалла в плоскости дифракции. Выполнение этих требований позволяет сформировать пучок, угловая расходимость которого не превышает δθ.
Для того, чтобы обеспечить максимальный коэффициент отражения от монохроматоров и исключить появление побочных максимумов, обусловленных отражением от обратной стороны кристалла, толщина каждого монохроматора t_k выбирается из условия

где μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в кристалле;
θ_k - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей;
α_k - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монохроматора.The selection conditions b ₁ in the first and second variants of the method are the same. However, specific characteristics of the BWW of the single crystal established by Bragg are used below, namely, the width of the Darwin table and the width of the slope of the BWW. So, if the block of monochromators contains n crystals, then the asymmetry coefficients of all crystals, except the kth, are set, and the kth monochromator is prepared with the asymmetry coefficient

Monochromators and the analyzer are made in the form of plane-parallel plates, the surfaces of which are oriented relative to the reflecting planes in accordance with the selected values of b _n (for monochromators) and the Bragg condition for the analyzer. The requirement for perfection of the elements of the X-ray optical scheme (crystals) for the case under consideration changes compared to the previous case (Laue analyzer), since the angular width of the BWW slope δθ becomes a control value here, namely, the crystal curvature should not exceed δθ / 2L, where L - the size of the illuminated region on the surface of the crystal in the diffraction plane. Fulfillment of these requirements allows one to form a beam whose angular divergence does not exceed δθ.
In order to ensure the maximum reflection coefficient from monochromators and to exclude the appearance of side peaks due to reflection from the back of the crystal, the thickness of each monochromator t _k is selected from the condition

where μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the crystal;
θ _k is the Bragg angle of the selected system of reflective planes;
α _k is the angle between the system of reflective planes and the surface of the monochromator.

Так как анализатор установлен в положении Брэгга, то его толщину t выбирают таким образом, чтобы одновременно выполнялись условия
t > 10Λ_hkl и

,
где θ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей, а α - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью анализатора. Выполнение первого условия обеспечивает наиболее полное отображение внутренней структуры объекта, как показывают теоретические расчеты фазового изображения объектов. Выполнение второго условия обусловлено теми же соображениями, что и в случае монохроматоров, то есть, оно гарантирует отсутствие значимого по интенсивности пучка, отраженного от обратной стороны анализатора и, следовательно, отсутствие боковых максимумов в КДО, которые в данном случае не имеет смысла использовать для получения изображения из-за их малой интенсивности. Наличие побочных максимумов будет уменьшать высоту центрального максимума, так как общий интеграл под кривой отражения даже в идеальных условиях не может превысить единицы.Since the analyzer is installed in the Bragg position, its thickness t is chosen so that the conditions are satisfied simultaneously
t> 10Λ _hkl and

,
where θ is the Bragg angle of the selected system of reflective planes, and α is the angle between the system of reflective planes and the surface of the analyzer. The fulfillment of the first condition provides the most complete display of the internal structure of the object, as shown by theoretical calculations of the phase image of objects. The fulfillment of the second condition is due to the same considerations as in the case of monochromators, that is, it guarantees the absence of a beam of significant intensity reflected from the back of the analyzer and, therefore, the absence of side maxima in the BWW, which in this case does not make sense to use to obtain images due to their low intensity. The presence of incidental maxima will decrease the height of the central maximum, since the total integral under the reflection curve cannot even exceed unity under ideal conditions.

Вслед за выбором и первоначальной установкой всех монокристаллов, их юстируют, устанавливая в угловые положения в пределах углов брэгговского отражения каждого из кристаллов. Following the selection and initial installation of all single crystals, they are aligned, setting in angular positions within the Bragg reflection angles of each of the crystals.

В отличие от способа-прототипа в предлагаемом способе исследуемый объект устанавливают на некотором расстоянии от анализатора для того, чтобы обеспечить возможность исследования объекта произвольной формы и большого размера, включая органы человеческого тела. In contrast to the prototype method in the proposed method, the test object is installed at a certain distance from the analyzer in order to enable the study of an object of arbitrary shape and large size, including organs of the human body.

Поскольку исследуемые объекты характеризуются малыми градиентами коэффициентов преломления в них рентгеновского излучения, регистрацию изображения осуществляют при отклонении анализатора на углы в пределах его КДО. Since the studied objects are characterized by small gradients of refractive indices of the x-ray radiation in them, the image is recorded when the analyzer is deflected by angles within its BWW.

В тех случаях, когда требуется особо высокая чувствительность, анализатор устанавливают с отклонением от точного брэгговского положения на углы Δθ, заключенные в интервале ω_B/2 < |Δθ| < (ω_B/2+δθ). В этих угловых интервалах происходит максимальное изменение коэффициента отражения анализатора, следовательно, обеспечивается максимальная чувствительность к изменениям направления пучка, падающего на анализатор.In those cases when a particularly high sensitivity is required, the analyzer is installed with a deviation from the exact Bragg position at angles Δθ enclosed in the interval ω _B / 2 <| Δθ | <(ω _B / 2 + δθ). In these angular intervals, the maximum reflection coefficient of the analyzer changes; therefore, the maximum sensitivity to changes in the direction of the beam incident on the analyzer is ensured.

Для повышения чувствительности к отклонениям первоначально псевдоплоского пучка в объекте в анализаторе выбирают асимметричное отражение с коэффициентом асимметрии b > 1. При этом приемная апертура анализатора уменьшается по сравнению с симметричным положением в (b)^-1/2 раз.To increase the sensitivity to deviations of the initially pseudo-planar beam in the object, an asymmetric reflection with an asymmetry coefficient b> 1 is chosen in the analyzer. In this case, the receiving aperture of the analyzer decreases by a factor of (b) ^-1/2 .

Для повышения разрешающей способности при регистрации изображения объекта в анализаторе наоборот выбирают асимметричное отражение с коэффициентом асимметрии b < 1. To increase the resolution when registering an image of an object in the analyzer, on the contrary, choose an asymmetric reflection with an asymmetry coefficient b <1.

Для того, чтобы обеспечить максимальную светосилу рентгенооптической схемы, в монохроматорах и анализаторе следует выбирать отражения низких порядков, в тех случаях, когда упомянутые монокристаллы имеют кубическую структуру (например, кремний или германий). In order to ensure maximum aperture of the X-ray optical scheme, low-order reflections should be chosen in monochromators and an analyzer in those cases when the aforementioned single crystals have a cubic structure (for example, silicon or germanium).

Той же цели служит использование бездисперсионной схемы, которая характеризуется следующим выбором порядков отражений:
hk1, (-h)(-k)(-1), ..., (τh)(τk)(τl), где τ = (-1)^j-1, j=1,2, ... (n+1). Это последнее правило справедливо безотносительно к структуре монокристаллов, использующихся для приготовления элементов рентгенооптической схемы.The use of a dispersionless scheme, which is characterized by the following choice of reflection orders, serves the same purpose:
hk1, (-h) (- k) (- 1), ..., (τh) (τk) (τl), where τ = (-1) ^j-1 , j = 1,2, ... ( n + 1). This last rule is true regardless of the structure of single crystals used to prepare elements of the x-ray optical scheme.

Избирательность чувствительности рентгенооптической схемы определяется не только угловым положением анализатора в пределах КДО, но и угловыми положениями каждого из монохроматоров, поэтому в зависимости от особенностей структуры исследуемого объекта монохроматоры юстируют, устанавливая их либо в точном брэгговском положении, либо выводя один или более из монохроматоров на склон соответствующей КДО. Использование склонов КДО в установке элементов рентгенооптической схемы позволяет избирательно настраивать схему на выявление структур с заранее заданными градиентами плотностей. The selectivity of the sensitivity of the X-ray optical scheme is determined not only by the angular position of the analyzer within the BWW, but also by the angular positions of each of the monochromators, therefore, depending on the structure of the object under study, the monochromators are adjusted, either by setting them in the exact Bragg position or by putting one or more of the monochromators on the slope relevant BWW. The use of BWW slopes in the installation of elements of the X-ray optical scheme allows you to selectively configure the scheme to identify structures with predetermined density gradients.

Учитывая, что способ получения фазовых изображений преимущественно медико-биологических объектов характеризуется высокими требованиями к точности взаимного расположения всех элементов рентгенооптической схемы, следует вести контроль за угловым положением монохроматоров и анализатора, либо только анализатора, если есть уверенность, что угловые положения монохроматоров остаются неизменными в течение всего времени съемки объекта. Для этого предусматривают соответствующие мониторные каналы. Мониторные каналы образуют из детекторов, установленных за каждым кристаллом по ходу пучка. Сигнал с детектора поступает в устройство сравнения текущего сигнала с реперным, которое вырабатывает дифференциальный сигнал. Последний направляют на исполнительное устройство позиционирования каждого кристалла. Для этой процедуры необходимо вначале выработать те реперные сигналы, с которыми будут сравниваться текущие сигналы, поступающие с соответствующего детектора. Для этого предлагается использовать несколько способов. Considering that the method of obtaining phase images of predominantly biomedical objects is characterized by high requirements for the accuracy of the relative positions of all elements of the X-ray optical scheme, it is necessary to monitor the angular position of the monochromators and the analyzer, or only the analyzer, if there is confidence that the angular positions of the monochromators remain unchanged during total time of shooting the subject. For this, appropriate monitoring channels are provided. Monitor channels are formed from detectors installed behind each crystal along the beam. The signal from the detector enters the device for comparing the current signal with the reference, which produces a differential signal. The latter is sent to an actuator for positioning each crystal. For this procedure, it is first necessary to develop those reference signals with which the current signals coming from the corresponding detector will be compared. For this, it is proposed to use several methods.

Первоначальная настройка рентгенооптической схемы и выработка реперных сигналов для последующего мониторинга могут осуществляться с помощью тестового объекта (фиг. 8). Для этого в части пучка, сформированного блоком монохроматоров, перед анализатором размещают тестовый объект, имеющий простую форму, которая может быть описана аналитически, например, волокно или капилляр, заполненный известным веществом. Упомянутое вещество лучше выбрать таким образом, чтобы его плотность была близка плотности капилляра. Это повысит точность настройки схемы. Для такого объекта можно, используя динамическую теорию формирования фазовых изображений [7], рассчитать распределение интенсивности в его изображении в условиях падения пучка с заданной расходимостью. Расходимость задается параметрами блока монохроматоров. Такое же распределение интенсивностей должно быть зарегистрировано двумерным координатно-чувствительным детектором, который устанавливается за анализатором по ходу пучка. Оба распределения сравнивают и юстировочными движениями, автоматически или оператором, устанавливают такое взаимное расположение всех элементов рентгенооптической схемы, при котором картины расчетного и зарегистрированного распределений совпадают с разумной точностью, например, 10%. Это положение можно рассматривать как прецизионную юстировку схемы, по ее окончании фиксируют показания во всех мониторных каналах, которые в дальнейшем рассматриваются как реперные, за исключением показания канала анализатора, которое определяется после установки объекта в рентгеновском пучке и внесения корректировки в показания мониторинга канала анализатора в связи с ослаблением излучения в объекте. Затем ведут съемку изображения объекта, во время которой, используя заранее настроенные мониторные каналы, осуществляют автоматическое слежение за положением всех кристаллов. The initial setup of the x-ray optical scheme and the generation of reference signals for subsequent monitoring can be carried out using a test object (Fig. 8). To do this, in the part of the beam formed by the block of monochromators, a test object is placed in front of the analyzer, which has a simple shape that can be described analytically, for example, a fiber or capillary filled with a known substance. It is better to choose the mentioned substance so that its density is close to the density of the capillary. This will increase the accuracy of the circuit settings. For such an object, it is possible, using the dynamic theory of phase image formation [7], to calculate the intensity distribution in its image under conditions of a beam incidence with a given divergence. The divergence is set by the parameters of the block of monochromators. The same intensity distribution should be detected by a two-dimensional coordinate-sensitive detector, which is installed behind the analyzer along the beam. Both distributions are compared with adjustment movements, automatically or by the operator, and they establish a mutual arrangement of all elements of the X-ray optical scheme in which the patterns of the calculated and recorded distributions coincide with reasonable accuracy, for example, 10%. This position can be considered as a precise alignment of the circuit; upon its completion, readings are recorded in all monitor channels, which are subsequently considered as reference ones, with the exception of the analyzer channel readings, which are determined after the object is installed in the x-ray beam and adjustments are made to the analyzer channel monitoring readings due to with attenuation of radiation in the object. Then, an image of the object is taken, during which, using pre-configured monitor channels, they automatically track the position of all crystals.

Другой вариант юстировки и выработки реперных сигналов осуществляют с помощью клиновидного монокристалла известного совершенства, которым замещают анализатор. Клин приготавливают таким образом, чтобы как минимум три полосы интерференции попадали во входное окно детектора, и чтобы каждая полоса хорошо описывалась элементами дискретизации координатно-чувствительного детектора. Для этого угол клина ψ следует выбрать из условия: ψ = Λ_hkl/l_p, где величина l_p удовлетворяет двойному неравенству H/3 > l_p >> ξ, где H - размер входного окна координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции, а ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора. Клиновидный монокристалл устанавливают в положение по Лауэ. Координатно-чувствительный детектор размещают за анализатором в любом из пучков - прошедшим или дифрагированном.Another option for alignment and generation of reference signals is carried out using a wedge-shaped single crystal of known perfection, which is replaced by the analyzer. The wedge is prepared in such a way that at least three interference bands fall into the detector input window, and that each strip is well described by discrete elements of a coordinate-sensitive detector. For this, the wedge angle ψ should be chosen from the condition: ψ = Λ _hkl / l _p , where l _p satisfies the double inequality H / 3> l _p >> ξ, where H is the size of the input window of the coordinate-sensitive detector in the diffraction plane, and ξ is the spatial resolution of said detector. A wedge-shaped single crystal is set to Laue. A coordinate-sensitive detector is placed behind the analyzer in any of the beams - transmitted or diffracted.

Распределение интенсивностей в полосах интерференции предварительно рассчитывают по формулам динамической теории [6], двухкоординатный детектор регистрирует фактическое распределение интенсивностей и направляет эти данные в устройство сравнения обоих распределений. Юстировочными движениями всех кристаллов добиваются совпадения упомянутых распределений. Это может происходить автоматически, либо с помощью оператора. Юстировка считается законченной, если распределения совпали с определенной разумной точностью, поэтому по-видимому, точность 10% следует считать достаточно высокой для этой операции. The intensity distribution in the interference bands is preliminarily calculated using the formulas of the dynamic theory [6], a two-coordinate detector registers the actual distribution of intensities and sends this data to a device for comparing both distributions. Alignment movements of all crystals achieve the coincidence of the above distributions. This can happen automatically, or with the help of an operator. Adjustment is considered complete if the distributions coincide with a certain reasonable accuracy, therefore, apparently, 10% accuracy should be considered high enough for this operation.

По окончании юстировки монохроматоры фиксируют и определяют реперные сигналы в соответствующих мониторных каналах. Клиновидный монокристалл заменяют анализатором согласно выбранной рентгенооптической схеме и юстируют его. Юстировку можно проводить тем же координатно-чувствительным детектором. Юстируя анализатор, добиваются равномерного распределения интенсивности по полю изображения, а также ее равномерного ослабления при повороте монокристалла вокруг оси, перпендикулярной плоскости отражения в пределах КДО. Любая неравномерность интенсивности по полю изображения недопустима. Эту неравномерность нельзя скорректировать соответствующей обработкой изображения, как это обычно делается при регистрации абсорбционных изображений объектов, поскольку ее наличие свидетельствует либо о присутствии остаточных напряжений в каком-либо из кристаллов, либо о непараллельности отражающих плоскостей. Любое из этих несовершенств нарушает условия формирования наилучшего фазового контраста. At the end of the adjustment, the monochromators fix and determine the reference signals in the corresponding monitor channels. The wedge-shaped single crystal is replaced by the analyzer according to the selected x-ray optical scheme and align it. Adjustment can be carried out with the same coordinate-sensitive detector. Aligning the analyzer, they achieve a uniform intensity distribution over the image field, as well as its uniform attenuation when the single crystal rotates around an axis perpendicular to the reflection plane within the BWW. Any unevenness of intensity across the image field is not allowed. This unevenness cannot be corrected by appropriate image processing, as is usually done when registering absorption images of objects, since its presence indicates either the presence of residual stresses in any of the crystals or the non-parallelism of the reflecting planes. Any of these imperfections violates the conditions for the formation of the best phase contrast.

После юстировки анализатора определяют реперный сигнал для мониторного канала, который совместно с другими используют для слежения за положением монокристаллов в процессе съемки объекта. After adjusting the analyzer, a reference signal is determined for the monitor channel, which, together with others, is used to track the position of single crystals in the process of shooting an object.

Клиновидный монокристалл играет также роль средства измерения, так как известно, что картина интерференции, образующаяся при дифракции на нем псевдоплоского пучка, зависит от расходимости пучка, сформированного блоком монохроматоров [8] . Вращая клиновидный монокристалл в пределах его кривой отражения и фиксируя картину полос интерференции, определяют степень когерентности падающего на него пучка, причем, знание величины поперечной компоненты длины когерентности позволяет определить расходимость падающего пучка. A wedge-shaped single crystal also plays the role of a measuring tool, since it is known that the interference pattern formed upon diffraction of a pseudo-flat beam on it depends on the divergence of the beam formed by the block of monochromators [8]. Rotating a wedge-shaped single crystal within its reflection curve and fixing the pattern of interference bands, they determine the degree of coherence of the incident beam, and, knowing the magnitude of the transverse component of the coherence length allows us to determine the divergence of the incident beam.

Анализатор также можно юстировать с помощью сцинтилляционного детектора, сравнивая его КДО с расчетной. Этот вариант является единственно возможным в отсутствие координатно-чувствительного детектора. The analyzer can also be adjusted using a scintillation detector, comparing its BWW with the calculated one. This option is the only one possible in the absence of a coordinate-sensitive detector.

Третий вариант способа получения фазовых изображений преимущественно медико-биологических объектов отличается от известного способа тем, что он предлагает путь для первоначальной прецизионной общей юстировки рентгенооптической схемы и последующего мониторинга за положениями всех кристаллов без замены анализатора клиновидным монокристаллом. Как уже упоминалось, дефект или неверная юстировка любой из компонент схемы неизбежно скажется на качестве волны, приготовленной блоком монохроматоров, и на качестве формируемого анализатором изображения, то есть, на чувствительности, разрешающей способности и других характеристиках рассматриваемого способа. Это может привести к невозможности получения фазового изображения объектов, отличающихся слабыми градиентами плотностей, в особенности, медико-биологических. The third version of the method for obtaining phase images of predominantly biomedical objects differs from the known method in that it offers a way for the initial precision general alignment of the X-ray optical scheme and subsequent monitoring of the positions of all crystals without replacing the analyzer with a wedge-shaped single crystal. As already mentioned, a defect or incorrect alignment of any of the components of the circuit will inevitably affect the quality of the wave prepared by the block of monochromators and the quality of the image generated by the analyzer, that is, the sensitivity, resolution and other characteristics of the method under consideration. This can lead to the impossibility of obtaining a phase image of objects characterized by weak density gradients, in particular, biomedical ones.

Для осуществления первоначальной прецизионной юстировки рентгеновского спектрометра предлагается в существующем способе выполнить блок монохроматоров из одного или более монокристаллов, а систему мониторинга изготовить двухканальной, причем, в первом канале установить двумерный координатно-чувствительный детектор. Далее предлагается приготовить анализатор в виде плоскопараллельной пластины с клиновидными участками на ее краях. Углы клиньев ψ должны быть выбраны из условия: ψ = Λ_hkl/l_p, где величина l_p удовлетворяет условию H/3 > l_p >> ξ, где H - размер входного окна координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции, а ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора. Выполнение первого неравенства обеспечит регистрацию не менее, чем трех интерференционных полос в распределении интенсивности псевдоплоского пучка, претерпевшего дифракцию на клиновидном участке анализатора. А выполнение второго является гарантией того, что упомянутые интерференционные полосы будут хорошо разрешаться координатно-чувствительным детектором. Толщина плоскопараллельной части анализатора t должна соответствовать условию t ≤ l/μ. Приготовленный таким образом анализатор следует установить в положение Лауэ (на просвет) [фиг.9].To carry out the initial precision adjustment of the X-ray spectrometer, it is proposed in the existing method to make a block of monochromators from one or more single crystals, and to make a monitoring system two-channel, moreover, to install a two-dimensional coordinate-sensitive detector in the first channel. It is further proposed to prepare the analyzer in the form of a plane-parallel plate with wedge-shaped sections at its edges. The wedge angles ψ should be selected from the condition: ψ = Λ _hkl / l _p , where l _p satisfies the condition H / 3> l _p >> ξ, where H is the size of the input window of the coordinate-sensitive detector in the diffraction plane, and ξ is spatial resolution of said detector. The fulfillment of the first inequality will ensure registration of at least three interference fringes in the intensity distribution of the pseudo-plane beam that has undergone diffraction in the wedge-shaped portion of the analyzer. And the implementation of the second is a guarantee that the mentioned interference bands will be well resolved by a coordinate-sensitive detector. The thickness of the plane-parallel part of the analyzer t must correspond to the condition t ≤ l / μ. An analyzer prepared in this way should be set to the Laue position (in the light) [Fig. 9].

Как уже упоминалось, распределения интенсивностей интерференционных полос в пучках, прошедшем и дифрагированном на клиновидных участках анализатора в условиях освещения их рентгеновским пучком с заданной расходимостью, рассчитывают, пользуясь известными уравнениями динамической теории [6]. Для регистрации этого распределения образуют первый мониторный канал, установив координатно-чувствительный детектор в части пучка, прошедшего или отраженного от клиновидного участка анализатора. Второй мониторный канал образуют многокомпонентным по числу кристаллов, входящих в рентгенооптическую схему. Один из детекторов размещают в части пучка, прошедшего или отраженного от плоскопараллельного участка анализатора, другие - за монохроматорами. As already mentioned, the intensity distributions of interference fringes in beams transmitted and diffracted in the wedge-shaped sections of the analyzer under conditions of illumination by an X-ray beam with a given divergence are calculated using the known equations of dynamic theory [6]. To register this distribution, the first monitor channel is formed by installing a coordinate-sensitive detector in the part of the beam transmitted or reflected from the wedge-shaped portion of the analyzer. The second monitor channel is formed by multicomponent in the number of crystals included in the x-ray optical scheme. One of the detectors is placed in the part of the beam transmitted or reflected from the plane-parallel section of the analyzer, the others behind the monochromators.

Тогда при дифракции псевдоплоского пучка на клиновидном участке анализатора за последним будет формироваться интерференционная картина в виде регулярного набора полос, интенсивности которых при прочих равных условиях будут определяться величиной расходимости пучка, сформированного блоком монохроматоров. Расстояние между полосами и их форма будут зависеть от наличия в монохроматорах и анализаторе остаточных напряжений, а также от степени параллельности отражающих плоскостей монокристаллов. Зарегистрировав интерференционную картину дифракции на клине в отсутствие объекта, судят о качестве рентгенооптической схемы. Если схема настроена правильно, а качество оптических элементов достаточно высокое для реализации способа фазовой рентгенографии, полосы интерференции будут строго параллельны друг другу и образующей клина, а распределение интенсивности в них совпадет с расчетным. Если на части изображения полосы гаснут, теряют контраст, то нарушена взаимная юстировка кристаллов в блоке монохроматоров и/или юстировка фокуса рентгеновской трубки относительно коллимационного устройства и блока монохроматоров. Если полосы изогнуты, то следовательно, в одном или нескольких кристаллах наличествуют остаточные деформации или упругие деформации, возникшие при установке кристаллов в кристаллодержатели. В первом случае монокристаллы нужно повторно обработать, во втором - переустановить. Then, during diffraction of a pseudo-plane beam in the wedge-shaped portion of the analyzer, an interference pattern will form behind the latter in the form of a regular set of bands, the intensities of which, ceteris paribus, will be determined by the divergence of the beam formed by the block of monochromators. The distance between the strips and their shape will depend on the presence of residual stresses in the monochromators and the analyzer, as well as on the degree of parallelism of the reflecting planes of the single crystals. Having registered the interference pattern of diffraction on the wedge in the absence of an object, one judges the quality of the X-ray optical scheme. If the scheme is configured correctly, and the quality of the optical elements is high enough to implement the phase radiography method, the interference bands will be strictly parallel to each other and the wedge generatrix, and the intensity distribution in them will coincide with the calculated one. If the stripes go out on a part of the image and lose contrast, then the mutual alignment of the crystals in the block of monochromators and / or the alignment of the focus of the x-ray tube relative to the collimation device and the block of monochromators is violated. If the strips are bent, then, consequently, in one or several crystals there are residual deformations or elastic deformations arising from the installation of crystals in crystal holders. In the first case, single crystals need to be re-processed, in the second - reinstall.

Распределение интенсивностей в полосах и расстояние между ними зависит от взаимного углового расположения всех монокристаллов. Сравнивая это распределение с предварительно рассчитанным, судят о качестве юстировки и юстировочными движениями устанавливают такое взаимное расположение всех элементов рентгенооптической схемы, при котором регистрируемая картина интерференции наблюдается с заданным (рассчитанным) контрастом. При этом трудно предположить, что совпадение будет полным, поэтому разумной может считаться 10% оценка степени совпадения. The intensity distribution in the bands and the distance between them depends on the relative angular arrangement of all single crystals. Comparing this distribution with the pre-calculated one, they judge the quality of the adjustment and adjust the movements to establish a mutual arrangement of all elements of the X-ray optical scheme in which the recorded interference pattern is observed with a given (calculated) contrast. At the same time, it is difficult to assume that the match will be complete, so a 10% assessment of the degree of coincidence can be considered reasonable.

Достигнув совпадения расчетной картины интерференции с измеренной, фиксируют интенсивности, регистрируемые детекторами во втором мониторном канале. После этого устанавливают объект в рентгеновском пучке и вносят корректировку в показания детектора, установленного за анализатором, в связи с ослаблением излучения в объекте. Далее рассматривают эти показания как реперные. Затем ведут регистрацию изображения объекта, во время которой по второму мониторному каналу контролируют угловое положение всех кристаллов, используя реперные показания детекторов. Having reached the coincidence of the calculated interference pattern with the measured one, the intensities recorded by the detectors in the second monitor channel are recorded. After that, the object is installed in the x-ray beam and the correction is made in the readings of the detector installed behind the analyzer, in connection with the attenuation of radiation in the object. Further, these indications are considered as benchmarks. Then, the image of the object is recorded, during which the angular position of all crystals is controlled by the second monitor channel using the reference readings of the detectors.

В предлагаемом способе анализатор может быть приготовлен с одним клиновидным участком таким образом, чтобы основание клина было перпендикулярным плоским дифракции [фиг.10, а)]. В этом случае интерференционные полосы будут перпендикулярны плоскости дифракции, т.е. плоскости чертежа на фиг. 10 б). In the proposed method, the analyzer can be prepared with one wedge-shaped portion so that the wedge base is perpendicular to plane diffraction [Fig. 10, a)]. In this case, the interference bands will be perpendicular to the diffraction plane, i.e. the plane of the drawing in FIG. 10 b).

Кроме того, в предлагаемом способе анализатор может быть приготовлен с одним клиновидным участком таким образом, чтобы основание клина было параллельным плоскости дифракции [фиг. 10, в)]. В этом случае интерференционные полосы будут также параллельны плоскости дифракции. In addition, in the proposed method, the analyzer can be prepared with one wedge-shaped portion so that the wedge base is parallel to the diffraction plane [Fig. 10, c)]. In this case, the interference fringes will also be parallel to the diffraction plane.

В этом же способе анализатор может быть приготовлен с двумя взаимно перпендикулярными клиновидными участками [фиг.10, г)]. Тогда в одной установке анализатора можно проконтролировать однородность интенсивности и расходимости одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Если распределение интенсивности за обоими клиновидными участками соответствует расчетному, можно с высокой степенью быть уверенным в том, что параметры пучка, падающего на объект, соответствуют требованиям получения фазовых изображений. In the same method, the analyzer can be prepared with two mutually perpendicular wedge-shaped sections [figure 10, g)]. Then, in one analyzer setup, it is possible to control the uniformity of intensity and divergence simultaneously in two mutually perpendicular directions. If the intensity distribution behind both wedge-shaped sections corresponds to the calculated one, one can be sure with a high degree of confidence that the parameters of the beam incident on the object correspond to the requirements for obtaining phase images.

В предлагаемом способе после прецизионной юстировки кристаллов координатно-чувствительный детектор, входящий в первый мониторный канал, может использоваться для регистрации изображения, для чего его перемещают в пучок, прошедший или отраженный от плоскопараллельного участка анализатора, не занятый вторым мониторным каналом, и ведут съемку этим детектором. In the proposed method, after the precision alignment of the crystals, a coordinate-sensitive detector included in the first monitor channel can be used to register an image, for which it is transferred to a beam transmitted or reflected from a plane-parallel section of the analyzer not occupied by the second monitor channel, and this detector is shot .

Если размер исследуемого объекта или области, исследуемой на объекте, превышает размеры пучка, формируемого блоком кристаллов-монохроматоров, объект сканируют в этом пучке. If the size of the object under study or the region studied at the object exceeds the size of the beam formed by the block of monochromator crystals, the object is scanned in this beam.

Для построения стерео изображений внутренней структуры объекта и для получения по ним томографических срезов объект поворачивают в рентгеновском пучке вокруг одной или нескольких его осей. To build stereo images of the internal structure of the object and to obtain tomographic sections from them, the object is rotated in an X-ray beam around one or more of its axes.

Описанный выше способ реализуется в устройстве для фазовой рентгенографии преимущественно медико-биологических объектов. The method described above is implemented in a device for phase radiography of mainly biomedical objects.

Первый вариант устройства, схематично изображенный на фиг.5, включает источник излучения 1, за которым установлен коллиматор 2, имеющий входную и выходную щели, ограничивающие пучок, падающий на первый монохроматор 3. Первый монохроматор, входящий в состав блока монохроматоров, приготовлен с коэффициентом асимметрии его отражающих плоскостей: b₁ ≥ sin 2θ_c/ sin 2(θ₁- θ_c), где θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора. На фиг.5 представлен случай n = 2, коэффициент асимметрии второго монохроматора определяется из условия b₂ < Δθ_i/(ω₀b $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ ). Параметры Δθ_I и ω₀ определяются по КДО, аналогичных приведенным на фиг. 2 и 3.The first embodiment of the device, schematically shown in Fig. 5, includes a radiation source 1, behind which a collimator 2 is installed, having an input and output slits restricting the beam incident on the first monochromator 3. The first monochromator, which is part of the block of monochromators, is prepared with an asymmetry coefficient its reflecting planes: b ₁ ≥ sin 2θ _c / sin 2 (θ ₁ - θ _c ), where θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator. Figure 5 shows the case n = 2, the asymmetry coefficient of the second monochromator is determined from the condition b ₂ <Δθ _i / (ω ₀ b $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ ) The parameters Δθ _I and ω _{0 are} determined by BWW, similar to those shown in FIG. 2 and 3.

За блоком монохроматоров размещен исследуемый объект 5, вслед за объектом по ходу пучка на некотором расстоянии в положение Лауэ установлен анализатор 6. В устройстве, предназначенном для получения фазовых изображений преимущественно медико-биологических объектов, все элементы рентгенооптической схемы выполнены с соблюдением специальных требований, a именно монохроматоры и анализатор выполнены в виде плоскопараллельных пластин, изготовленных из совершенных монокристаллов, поверхности которых ориентированы относительно отражающих плоскостей в соответствии с выбранными и рассчитанными величинами b₁ и b₂ для монохроматоров и условием Лауэ для анализатора. Для удовлетворения условий формирования фазового контраста кривизна кристаллов не превышает величины Δθ_i/2L, где L - размер освещенной области на поверхности каждого из монокристаллов.The object under study 5 is placed behind the block of monochromators, and after the object along the beam at some distance, the analyzer 6 is installed in the Laue position. In the device designed to obtain phase images of predominantly biomedical objects, all elements of the X-ray optical scheme are made in compliance with special requirements, namely monochromators and the analyzer are made in the form of plane-parallel plates made of perfect single crystals, the surfaces of which are oriented relative to reflective loskostey in accordance with the selected and calculated values b ₁ and b ₂ for monochromators and Laue condition for the analyzer. To satisfy the conditions for the formation of phase contrast, the crystal curvature does not exceed Δθ _i / 2L, where L is the size of the illuminated region on the surface of each single crystal.

Приготавливая монохроматоры, следует руководствоваться соображением, что толщина t_k каждого монокристалла должна удовлетворять условию, которое обеспечивает максимальное значение коэффициента отражения от данного монокристалла

где μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в кристалле;
θ_k - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей; а
α_k - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монохроматора.When preparing monochromators, one should be guided by the consideration that the thickness t _{k of} each single crystal must satisfy a condition that provides the maximum value of the reflection coefficient from a given single crystal

where μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the crystal;
θ _k is the Bragg angle of the selected system of reflective planes; a
α _k is the angle between the system of reflective planes and the surface of the monochromator.

Если выполнены условия, наложенные выше на совершенство, толщину и коэффициенты асимметрии монохроматоров, появляется возможность воспользоваться эффектом "обострения" КДО анализатора, который позволяет использовать эффективно более узкий и интенсивный частичный пик Пенделлезунга. Этот эффект проявляется при определенных толщинах t анализатора, а именно

где Λ_hkl - глубина экстинкции, отвечающая выбранному отражению в анализаторе;
C - поляризационный множитель; a
m - целое число.If the conditions imposed above on the perfection, thickness and asymmetry coefficients of the monochromators are fulfilled, it becomes possible to use the effect of “sharpening” the BWW of the analyzer, which allows using the narrower and more intense partial Pendelezung peak. This effect is manifested at certain thicknesses t of the analyzer, namely

where Λ _hkl is the extinction depth corresponding to the selected reflection in the analyzer;
C is the polarization factor; a
m is an integer.

Толщина анализатора также должна удовлетворять условию t ≤ 1/μ.
На фиг. 2 б) приведен пример того, как оптимальный выбор толщины анализатора, в данном случае равной 1340 мкм, обеспечивает "обострение" КДО анализатора. Центральный пик Пенделлезунга в этом случае имеет ширину, почти в 5 раз меньшую полуширины КДО, продемонстрированной на фиг.4. При этом очевидно, что выполнение этого требования возможно только тогда, когда расходимость пучка, падающего на анализатор, не превышает углового расстояния между соседними пиками Пенделлезунга. Это обеспечивается условиями, наложенными на b₁ и b₂.The analyzer thickness must also satisfy the condition t ≤ 1 / μ.
In FIG. 2 b) an example of how the optimal choice of analyzer thickness, in this case equal to 1340 μm, provides an “exacerbation” of the BWW of the analyzer. The central peak of the Pendelezung in this case has a width that is almost 5 times smaller than the half-width of the BWW shown in Fig. 4. Moreover, it is obvious that this requirement can be fulfilled only when the divergence of the beam incident on the analyzer does not exceed the angular distance between adjacent peaks of the Pendelezung. This is ensured by the conditions imposed on b ₁ and b ₂ .

Как уже упоминалось, углы отклонения первоначально певдоплоского пучка на границах раздела сред в медико-биологических объектах практически всегда не превышают полуширины КДО анализатора, поэтому все монокристаллы, входящие в состав устройства установлены с возможностью выбора и поддержания их угловых положений во время съемки в пределах собственных КДО. Стремясь к максимальной светосиле рентгенооптической схемы в тех случаях, когда речь идет о возможности ее использования для диагностических целей, для установки анализатора следует выбирать угловые положения, соответствующие наиболее интенсивному частичному пику Пенделлезунга КДО. As already mentioned, the angles of deviation of the initially phyto-planar beam at the media interfaces in biomedical objects almost always do not exceed the half-width of the analyzer BWW, therefore, all single crystals included in the device are installed with the ability to select and maintain their angular positions during shooting within their own BWW . Aiming at the maximum aperture of the X-ray optical scheme in cases where it is possible to use it for diagnostic purposes, to install the analyzer, you should choose the angular positions corresponding to the most intense partial peak of the Pendelezung KDO.

Поскольку в тех случаях, когда анализатор установлен по Лауэ, оба пучка - прошедший и дифрагированный - содержат фазовые изображения объекта, устройство дополнительно включает средства для установки системы регистрации как в прошедшем пучке, так и в обоих пучках одновременно. На фиг.5 устройство регистрации изображения 7 установлено в пучке, прошедшем через анализатор. Since in cases where the analyzer is installed according to Laue, both beams - transmitted and diffracted - contain phase images of the object, the device additionally includes means for installing a registration system both in the transmitted beam and in both beams simultaneously. 5, an image recording device 7 is mounted in a beam passing through an analyzer.

Для дополнительного сужения КДО анализатора и повышения чувствительности схемы анализатор может быть приготовлен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b < 1. To further narrow the BWW of the analyzer and increase the sensitivity of the circuit, the analyzer can be prepared with an asymmetry coefficient of reflecting planes b <1.

В другом варианте реализации устройство для фазовой рентгенографии преимущественно медико-биологических объектов, схематично изображенное на фиг. 7, состоит из источника 1, за которым следует коллиматор 2, имеющий входную и выходную щели, ограничивающие пучок, падающий на первый монохроматор 3. Первый монокристалл в блоке монохроматоров 3 выполнен с коэффициентом асимметрии b₁ ≥ sin2 θ_c/sin2(θ₁- θ_c),
где
θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора. На фиг. 7 показан случай n = 2 как наиболее вероятный для выполнения. Коэффициент асимметрии b₂ должен быть определен из условия
b₂ < δθ/(ω_Bb $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ ),
где
δθ - угловые интервалы положений анализатора, соответствующие склонам КДО анализатора, а ω_B - ширина столика Дарвина упомянутой КДО.In another embodiment, a device for phase radiography of predominantly biomedical objects, shown schematically in FIG. 7 consists of a source 1, followed by a collimator 2 having an input and an output slit restricting the beam incident on the first monochromator 3. The first single crystal in the block of monochromators 3 is made with an asymmetry coefficient b ₁ ≥ sin2 θ _c / sin2 (θ ₁ - θ _c )
Where
θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator. In FIG. Figure 7 shows the case n = 2 as the most probable for execution. The asymmetry coefficient b ₂ must be determined from the condition
b ₂ <δθ / (ω _B b $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ ),
Where
δθ are the angular intervals of the positions of the analyzer corresponding to the slopes of the analyzer BWW, and ω _B is the width of the Darwin table of the said BWW.

Упомянутые величины определяются по КДО анализатора, аналогичной приведенной на фиг.6. The mentioned values are determined by the BWW analyzer, similar to that shown in Fig.6.

За блоком монохроматоров установлен исследуемый объект 5, и на некотором расстоянии от него, в положении Брэгга - анализатор 6. Как и в первом варианте выполнения все компоненты устройства приготовлены с соблюдением нижеследующих специальных условий. В предлагаемом устройстве монохроматоры и анализатор приготовлены в виде плоскопараллельных пластин совершенных монокристаллов, поверхности которых ориентированы относительно отражающих плоскостей в соответствии с выбранными величинами b₁ и b₂ (для монохроматоров) и условием Брэгга для анализатора, причем, кривизна кристаллов не превышает величины δθ/2L, где L - разрез освещенной области на поверхности каждого из монокристаллов в плоскости дифракции. Выполнение этого условия гарантирует, что все кристаллы, входящие в состав рентгенооптической схемы, не содержат остаточных напряжений, которые могли бы нарушить формирование фазового контраста по всему полю зрения.The object under study 5 is installed behind the block of monochromators, and analyzer 6 is located at a certain distance from it in the Bragg position. As in the first embodiment, all components of the device are prepared in compliance with the following special conditions. In the proposed device, the monochromators and the analyzer are prepared in the form of plane-parallel plates of perfect single crystals, the surfaces of which are oriented relative to the reflecting planes in accordance with the chosen values of b ₁ and b ₂ (for monochromators) and the Bragg condition for the analyzer, moreover, the crystal curvature does not exceed δθ / 2L where L is a section of the illuminated region on the surface of each of the single crystals in the diffraction plane. The fulfillment of this condition ensures that all crystals included in the X-ray optical scheme do not contain residual stresses that could disrupt the formation of phase contrast over the entire field of view.

Для того, чтобы обеспечить максимальные значения коэффициентов отражения монокристаллов, в предлагаемом устройстве приготавливают все кристаллы с толщиной t_k, которая выбирается из условия

где
μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в кристалле, θ_k - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей, а α_k - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью соответствующего монохроматора.In order to ensure maximum values of the reflection coefficients of single crystals, in the proposed device, all crystals with a thickness t _k are prepared, which is selected from the condition

Where
μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the crystal, θ _k is the Bragg angle of the selected system of reflective planes, and α _k is the angle between the system of reflective planes and the surface of the corresponding monochromator.

Кроме того, толщина анализатора t должна подчиняться условию t > 10Λ_hkl, где Λ_hkl - длина экстинкции выбранного отражения в монокристалле. Как уже упоминалось, выполнение последнего условия обеспечивает наиболее адекватное представление внутренней структуры объекта, которое позволяет провести восстановление структуры объекта по его фазовому изображению.In addition, the analyzer thickness t must obey the condition t> 10Λ _hkl , where Λ _hkl is the extinction length of the selected reflection in the single crystal. As already mentioned, the fulfillment of the latter condition provides the most adequate representation of the internal structure of the object, which allows the restoration of the structure of the object from its phase image.

Все кристаллы, составляющие рентгенооптическую схему, установлены с возможностью их юстировки в пределах углов брэгговского отражения каждого монокристалла. All crystals that make up the X-ray optical scheme are installed with the possibility of their alignment within the Bragg reflection angles of each single crystal.

В рассмотренном варианте устройства регистратор 7 установлен в пучке, отраженном от анализатора. Детектор 8, осуществляющий мониторинг, установлен в пучке, прошедшем через анализатор. Особенность дифракции слабо расходящейся волны на совершенных монокристаллах состоит в том, что в некоторых случаях на малоугловом склоне возможно наблюдение пучка с интенсивностью, достаточной для целей мониторинга, даже при большой толщине анализатора. Эти можно воспользоваться в некоторых экспериментах. In the considered embodiment of the device, the recorder 7 is installed in a beam reflected from the analyzer. The monitoring detector 8 is mounted in a beam passing through the analyzer. A feature of the diffraction of a weakly diverging wave on perfect single crystals is that in some cases, it is possible to observe a beam at a small-angle slope with an intensity sufficient for monitoring purposes, even with a large analyzer thickness. These can be used in some experiments.

В случаях, когда требуется максимальная чувствительность при регистрации фазовых изображений объектов, состоящих из мягких тканей и характеризующихся крайне низкими значениями градиентов плотности на границах внутренних структур, предлагаемое устройство отличается тем, что анализатор в нем установлен с возможностью фиксации в угловых положениях, отклоненных от точного брэгговского на угол Δθ при условии, что ω_B/2 < |Δθ| < (ω_B/2+δθ). Эти угловые положения соответствуют склонам КДО, где изменение коэффициента отражения происходит максимально быстро.In cases where maximum sensitivity is required when recording phase images of objects consisting of soft tissues and characterized by extremely low density gradients at the boundaries of internal structures, the proposed device is characterized in that the analyzer is installed in it with the possibility of fixing in angular positions deviated from the exact Bragg by an angle Δθ provided that ω _B / 2 <| Δθ | <(ω _B / 2 + δθ). These angular positions correspond to the slopes of the BWW, where the change in the reflection coefficient occurs as quickly as possible.

В тех случаях, когда требуется высокая чувствительность при регистрации, устройство содержит анализатор, приготовленный с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b > 1. In those cases when high sensitivity is required during registration, the device contains an analyzer prepared with an asymmetry coefficient of the reflecting planes b> 1.

Более высокое разрешение обеспечит устройство, в котором анализатор приготовлен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b < 1. A higher resolution will be provided by a device in which the analyzer is prepared with an asymmetry coefficient of the reflecting planes b <1.

Для того, чтобы обеспечить максимальную светосилу рентгенооптической схемы, предлагаемые устройства снабжены монохроматорами и анализатором, приготовленными с отражающими плоскостями, имеющими индексы низких порядков. Это условие касается тех случаев, когда элементы рентгенооптической схемы приготовлены из монокристаллов, имеющих кубическую структуру, например, кремния или германия. In order to ensure maximum aperture of the X-ray optical scheme, the proposed devices are equipped with monochromators and an analyzer prepared with reflective planes having indices of low orders. This condition applies to those cases when the elements of the x-ray optical scheme are prepared from single crystals having a cubic structure, for example, silicon or germanium.

Использование бездисперсионной схемы в расположении всех кристаллов, входящих в рентгенооптическую схему, которая характеризуется следующей последовательностью индексов брэгговских отражений hkl, (-h)(-k)(-1), . .., (τh)(τk)(τl), где τ = (-1)^j-1, j = 1,2,...,(n+1), также позволяет максимально повысить светосилу рентгенооптической схемы. Это условие справедливо вне зависимости от типа кристаллической решетки используемых монокристаллов. Его выполнение становится практически непременным, если источником является рентгеновская трубка ввиду ограниченности потока излучения. Однако при работе с синхротронным излучением выполнение этого условия необязательно.The use of a dispersionless arrangement in the arrangement of all crystals included in the x-ray optical arrangement, which is characterized by the following sequence of Bragg reflection indices hkl, (-h) (- k) (- 1),. .., (τh) (τk) (τl), where τ = (-1) ^j-1 , j = 1,2, ..., (n + 1), also maximizes the aperture ratio of the X-ray optical scheme. This condition is valid regardless of the type of crystal lattice used single crystals. Its implementation becomes almost indispensable if the source is an x-ray tube due to the limited radiation flux. However, when working with synchrotron radiation, the fulfillment of this condition is optional.

Для того, чтобы осуществить возможность регулирования чувствительности устройства к тем или иным структурам в исследуемом объекте, предлагаемые устройства снабжают средствами для установки монохроматоров либо в точном брэгговском положении, либо для установки одного или более из монохроматоров на склонах соответствующих КДО. In order to make it possible to regulate the sensitivity of the device to particular structures in the studied object, the proposed devices are equipped with means for installing monochromators either in the exact Bragg position or for installing one or more of the monochromators on the slopes of the corresponding BWW.

Учитывая, что угловые положения всех кристаллов должны устанавливаться и поддерживаться с точностями, превышающими десятую долю угловой секунды, в состав любого из предлагаемых устройств включены средства контроля угловых положений монохроматоров и анализатора. Для рассмотрения этих средств следует обратиться к фиг. 5. Средства мониторинга выполнены в виде детекторов - 8, 8' и 8'', установленных за анализатором и монохроматорами, соответственно. Детекторы через устройства сравнения текущего сигнала с реперным 9, 9' и 9'' связаны с исполнительными устройствами позиционирования соответствующих кристаллов 10, 10' и 10''. Детекторы 8' и 8'' изображены пунктиром для того, чтобы подчеркнуть, что они используют либо часть пучка в том случае, когда они выполнены в виде сцинтилляционных счетчиков, либо установлены в пучке, если выполнены в виде пропорциональных камер. В этом последнем случае они имеют рентгенопрозрачные входные и выходные окна, не дающие собственного фазового изображения. Considering that the angular positions of all crystals must be set and maintained with accuracy exceeding a tenth of an arc second, any of the proposed devices includes means for monitoring the angular positions of monochromators and an analyzer. For a review of these tools, refer to FIG. 5. Monitoring tools are made in the form of detectors - 8, 8 'and 8' ', installed behind the analyzer and monochromators, respectively. The detectors, through devices for comparing the current signal with the reference ones 9, 9 'and 9' ', are connected with actuating devices for positioning the corresponding crystals 10, 10', and 10 ''. Detectors 8 'and 8' 'are dotted in order to emphasize that they use either a part of the beam when they are made in the form of scintillation counters or are installed in the beam if they are made in the form of proportional chambers. In this latter case, they have x-ray transparent input and output windows that do not give their own phase image.

Для определения качества монокристаллов, входящих в состав ренггенооптической схемы, и их прецизионной юстировки в любом из предлагаемых устройств используется тестовый объект простой формы, например, волокно или капилляр, размещенный перед анализатором и занимающий небольшую часть пучка, сформированного блоком монохроматоров (фиг. 8). В этом варианте рассмотрен случай с одним монохроматором n= 1. В пучке, прошедшем или отраженном от монохроматора, или в части такого пучка, содержащего изображение тестового объекта, установлен двумерный координатно-чувствительный детектор 7, регистрирующий распределение интенсивности в изображении тестового объекта в отсутствие исследуемого объекта. Координатно-чувствительный детектор соединен с устройством сравнения расчетного и зарегистрированного распределений интенсивностей 11, которое связано с устройствами позиционирования монокристаллов 10 и 10'. Устройство содержит также мониторные каналы, составленные из детекторов 8 и 8', которые через устройства сравнения текущего сигнала с реперными 9 и 9' связаны с устройствами позиционирования 10 и 10' и служат для контроля за положением всех кристаллов после юстировки с помощью координатно-чувствительного детектора 7. To determine the quality of single crystals that are part of the X-ray optical scheme and their precise alignment in any of the proposed devices, a simple test object is used, for example, a fiber or capillary placed in front of the analyzer and occupying a small part of the beam formed by the block of monochromators (Fig. 8). In this embodiment, the case with one monochromator n = 1 is considered. In the beam transmitted or reflected from the monochromator, or in a part of such a beam containing the image of the test object, a two-dimensional coordinate-sensitive detector 7 is installed that records the intensity distribution in the image of the test object in the absence of the studied object. The coordinate-sensitive detector is connected to a device for comparing the calculated and recorded intensity distributions 11, which is connected with the positioning devices of single crystals 10 and 10 '. The device also contains monitor channels made up of detectors 8 and 8 ', which are connected to positioning devices 10 and 10' through devices for comparing the current signal with benchmarks 9 and 9 'and serve to control the position of all crystals after adjustment using a coordinate-sensitive detector 7.

Для более предсказуемого определения качества монохроматоров и их прецизионной юстировки в любое из предлагаемых устройств включают также клиновидный монокристалл, который установлен в устройстве вместо анализатора в положение Лауэ. Клиновидный монокристалл приготовлен с углом клина ψ, который выбран из условия ψ = Λ_hkl/l_p, где величина l_p удовлетворяет условию H/3 > l_p >> ξ, где H - размер входного окна координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции, а ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора. Для клина заранее расчетным путем определено распределение интенсивности в интерференционных полосах. За клиновидным монокристаллом в любом из пучков - прошедшем или дифрагированном, установлен двумерный координатно-чувствительный детектор, регистрирующий действительное распределение интенсивности в полосах интерференции. Детектор соединен с устройством сравнения экспериментально измеренного распределения интенсивностей с расчетным, а последнее имеет выход на устройства позиционирования всех монокристаллов. Устройства позиционирования снабжены средствами фиксации монохроматоров в выбранных положениях. В устройстве предусмотрена возможность замены клиновидного монокристалла анализатором, которая может быть выполнена в виде набора кристаллодержателей, имеющих одинаковые посадочные места для размещения на гониометре анализатора в фиксированном положении.For a more predictable determination of the quality of monochromators and their precise alignment, wedge-shaped single crystals that are installed in the device instead of the analyzer in the Laue position are also included in any of the proposed devices. A wedge-shaped single crystal is prepared with a wedge angle ψ, which is selected from the condition ψ = Λ _hkl / l _p , where l _p satisfies the condition H / 3> l _p >> ξ, where H is the size of the input window of the coordinate-sensitive detector in the diffraction plane, and ξ is the spatial resolution of said detector. For a wedge, the intensity distribution in the interference bands is determined in advance by calculation. Behind the wedge-shaped single crystal in any of the beams, transmitted or diffracted, a two-dimensional coordinate-sensitive detector is installed that records the actual intensity distribution in the interference bands. The detector is connected to a device for comparing the experimentally measured intensity distribution with the calculated one, and the latter has an output to the positioning devices of all single crystals. Positioning devices are equipped with means for fixing monochromators in selected positions. The device provides for the possibility of replacing a wedge-shaped single crystal with an analyzer, which can be made in the form of a set of crystal holders having the same seats for placement on a goniometer of the analyzer in a fixed position.

В третьем варианте устройство фазовой рентгенографии преимущественно медико-биологических объектов, схематично представленное на фиг. 9, содержит источник рентгеновского излучения 1, за которым следует коллиматор 2, имеющий входную и выходную щели, ограничивающие пучок, попадающий в блок монохроматоров (3-4 на фиг. 9). Последний выполнен из одного или нескольких (в данном случае двух) монокристаллов, последовательно отражающих падающий на них рентгеновский пучок. За блоком монохроматоров по ходу пучка размещен анализатор 6. Анализатор выполнен в виде плоскопараллельной пластины с клиновидными участками на краях и установлен в положение Лауэ (на просвет). Клиновидные участки анализатора a (фиг. 10) выполнены с углами клиньев ψ, выбираемых из условия ψ = Λ_hkl/l_p, где величина l_p удовлетворяет условию: H/3 > l_p >> ξ, где H - размер входного окна координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции, а ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора. Плоскопараллельный участок анализатора b выполнен с толщиной t≤1/ μ.
Для регистрации упомянутых распределений предназначен первый мониторный канал, снабженный двумерным координатно-чувствительным детектором 7, который установлен именно в таком пучке (на фиг. 9 на участок a(R) в дифрагированном пучке. Этот канал также снабжен устройством сравнения 11 текущего распределения сигнала в картине полос интерференции с распределением, заранее рассчитанным в условиях падения на анализатор пучка с заданной расходимостью. Координатно-чувствительный детектор также связан с видео-контрольным устройством (ВКУ) 12 и через буферную память 13 - с ЭВМ 14, имеющей монитор 15.In a third embodiment, a phase radiography device of predominantly medical and biological objects, schematically shown in FIG. 9, contains an x-ray source 1, followed by a collimator 2 having an input and an output slit restricting the beam entering the block of monochromators (3-4 in Fig. 9). The latter is made of one or several (in this case, two) single crystals, successively reflecting an x-ray beam incident on them. Behind the block of monochromators, an analyzer 6 is placed along the beam. The analyzer is made in the form of a plane-parallel plate with wedge-shaped sections at the edges and is set to the Laue position (at the clearance). The wedge-shaped sections of the analyzer a (Fig. 10) are made with the angles of the wedges ψ selected from the condition ψ = Λ _hkl / l _p , where the quantity l _p satisfies the condition: H / 3> l _p >> ξ, where H is the size of the input window coordinate a sensitive detector in the diffraction plane, and ξ is the spatial resolution of said detector. The plane-parallel section of the analyzer b is made with a thickness t≤1 / μ.
To register the mentioned distributions, the first monitor channel is provided, equipped with a two-dimensional coordinate-sensitive detector 7, which is installed in such a beam (in Fig. 9, to the a (R) section in the diffracted beam. This channel is also equipped with a device 11 for comparing the current signal distribution in the picture interference bands with a distribution calculated in advance under the conditions of a beam incidence on the analyzer with a given divergence.The coordinate-sensitive detector is also connected to a video control device (VKU) 12 and black of the buffer memory 13 - with a computer 14 having a monitor 15.

Монохроматоры и анализатор снабжены устройствами 10 для их прецизионного позиционирования (юстировки) в пределах соответствующих КДО. Первый мониторный канал предназначен для первичной прецизионной юстировки всех кристаллов и выработки реперных сигналов для второго мониторного канала. Monochromators and the analyzer are equipped with devices 10 for their precise positioning (adjustment) within the corresponding BWW. The first monitor channel is designed for primary precision alignment of all crystals and the generation of reference signals for the second monitor channel.

Второй мониторный канал выполнен в виде детекторов 8 (детекторы 8' и 8'' и связанные с ними устройства не показаны, чтобы не загромождать чертеж на фиг. 7; они выполнены аналогично тому, как это представлено на фиг. 5 и 8, которые установлены в пучке, прошедшем или отраженном от плоскопараллельного участка анализатора, на фиг. 9 мониторный канал анализатора установлен в части пучка b(T), прошедшего через плоскопараллельный участок кристалла) и в пучках, отраженных от монохроматоров. Эти детекторы связаны с устройством сравнения текущего сигнала с реперным 9, который определяется в результате прецизионной первичной юстировки, выполненной с помощью первого мониторного канала. Устройства 9 связаны с устройствами позиционирования кристаллов 10. Этот второй канал обеспечивает мониторинг за положениями всех (или нескольких) кристаллов после прецизионной юстировки, осуществляемой с помощью первого канала. The second monitor channel is made in the form of detectors 8 (detectors 8 'and 8' 'and related devices are not shown, so as not to clutter the drawing in Fig. 7; they are made in the same way as shown in Fig. 5 and 8, which are installed in the beam transmitted or reflected from the plane-parallel section of the analyzer, in Fig. 9, the monitor channel of the analyzer is installed in part of the beam b (T) passing through the plane-parallel section of the crystal) and in beams reflected from monochromators. These detectors are connected to a device for comparing the current signal with the reference 9, which is determined as a result of the precision primary alignment made using the first monitor channel. Devices 9 are associated with crystal positioning devices 10. This second channel monitors the positions of all (or several) crystals after precision alignment using the first channel.

Устройство по последнему варианту может быть выполнено с анализатором, содержащим один клиновидный участок с основанием, перпендикулярным плоскости дифракции [фиг. 10, a)] , и тогда схема хода пучков в плоскости дифракции будет выглядеть, как на фиг. 10 б). Анализатор также может содержать клиновидный участок с основанием, параллельным плоскости дифракции [фиг. 10 в)] . На фиг. 10, а) и в) клиновидные участки обозначены латинскими буквами a, а плоскопараллельные участки - буквами b. The device according to the latter embodiment can be performed with an analyzer containing one wedge-shaped portion with a base perpendicular to the diffraction plane [Fig. 10, a)], and then the beam path in the diffraction plane will look like in FIG. 10 b). The analyzer may also contain a wedge-shaped portion with a base parallel to the diffraction plane [Fig. 10 c)]. In FIG. 10a) and c) the wedge-shaped sections are denoted by the Latin letters a, and plane-parallel sections are indicated by the letters b.

Возможет вариант выполнения такого устройства с анализатором, содержащим два взаимно перпендикулярных клиновидных участка [фиг. 10, г)]. В таком варианте предоставляется возможность одновременного контроля за качеством пучка (однородностью интенсивности и расходимости) в двух направлениях, например, параллельно и перпендикулярно плоскости дифракции. A possible embodiment of such a device with an analyzer containing two mutually perpendicular wedge-shaped sections [Fig. 10, d)]. In this embodiment, it is possible to simultaneously control the quality of the beam (uniformity of intensity and divergence) in two directions, for example, parallel and perpendicular to the diffraction plane.

В случае, когда размеры исследуемого объекта превышают размер пучка, формируемого блоком монохроматоров, каждое из предложенных устройств может быть снабжено средствами сканирования объекта. In the case when the dimensions of the investigated object exceed the size of the beam formed by the block of monochromators, each of the proposed devices can be equipped with means for scanning the object.

Для того, чтобы обеспечить получение стерео изображений и томографических сечений в фазовой рентгенографии, любое из описанных устройств может содержать средства для поворотов объекта в пучке вокруг одной или нескольких осей. In order to provide stereo images and tomographic sections in phase radiography, any of the described devices may contain means for rotating an object in a beam around one or more axes.

Особенности рентгенооптической схемы фазовой рентгенографии таковы, что блок монохроматоров образует прямоугольный пучок, размер которого в плоскости дифракции, как правило, в несколько раз превышает размер в перпендикулярной плоскости. Для того, чтобы обеспечить оптимальную регистрацию такого изображения, входное окно координатно-чувствительного детектора выполняют прямоугольным с размерами, совпадающими с размерами поля зрения, сформированного блоком монохроматоров и анализатором. The features of the X-ray optical phase radiography scheme are such that the block of monochromators forms a rectangular beam, the size of which in the diffraction plane, as a rule, is several times larger than the size in the perpendicular plane. In order to ensure optimal registration of such an image, the input window of the coordinate-sensitive detector is made rectangular with dimensions that coincide with the dimensions of the field of view formed by the block of monochromators and the analyzer.

Используя фиг. 5, покажем, как работает предлагаемое устройство по первому варианту. Using FIG. 5, we show how the proposed device according to the first embodiment works.

Рентгеновское излучение от источника 1 через коллиматор 2 падает на первый монохроматор 3, коэффициент асимметрии которого удовлетворяет условию b_l≥ sin2θ_c/sin2(θ₁- θ_c), где θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора. Ширины входной и выходной щелей коллиматора равны, соответственно, h_o и h_l. Обычно величины h_o и h_l выбирают близкими величине проекции фокуса рентгеновской трубки на плоскость дифракции.The x-ray radiation from the source 1 through the collimator 2 is incident on the first monochromator 3, the asymmetry coefficient of which satisfies the condition b _l ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ - θ _c ), where θ _c is the critical angle of the total external reflection of the x-ray radiation from the surface of the monochromator. The widths of the input and output slots of the collimator are equal, respectively, h _o and h _l . Usually, the values of h _o and h _l are chosen close to the projection of the focus of the x-ray tube onto the diffraction plane.

Рассмотрим случай, когда блок монохроматоров выполнен из двух кристаллов. В большинстве случаев этого достаточно для того, чтобы приготовить пучок с необходимой расходимостью. Тогда коэффициент асимметрии второго монохроматора 4 должен быть выбран из условия
b₂ < Δθ_i/ω₀(b₁),
где
Δθ_i - угловое расстояние между тремя самыми сильными соседними максимумами Пенделлезунга на упомянутой КДО анализатора [фиг. 2 и 3] и ω₀ - полуширина КДО анализатора [фиг. 4].Consider the case when the block of monochromators is made of two crystals. In most cases, this is enough to prepare a beam with the necessary divergence. Then the asymmetry coefficient of the second monochromator 4 should be selected from the condition
b ₂ <Δθ _i / ω ₀ (b ₁ ),
Where
Δθ _i is the angular distance between the three strongest neighboring Pendelezung maxima on the said BWW analyzer [Fig. 2 and 3] and ω ₀ is the half-width of the BWW of the analyzer [Fig. 4].

Монохроматоры 3, 4 и анализатор 6 выполнены в виде плоскопараллельных пластин, изготовленных из совершенных монокристаллов, поверхности которых ориентированы относительно отражающих плоскостей в соответствии с выбранными и рассчитанными величинами b₁ и b₂ и условием Лауэ для анализатора. Для удовлетворения условий формирования фазового контраста кривизна кристаллов не превышает величины Δθ/2L, где L - размер освещенной области на поверхности каждого из монокристаллов. Величину L₁ области, освещенной на первом монокристалле, входящем в блок монохроматоров, рассчитывают по формуле L₁= h₁/tg (θ₁- α₁), а величину области L₂, освещенной на втором монокристалле, рассчитывают по формуле L₂=h₂/tg (θ₂- α₂), где h₂ - поперечный размер пучка, который отражается от первого монохроматора. Если размер второго монокристалла таков, что весь пучок, идущий на него от первого монохроматора, отражается, то h₂=h₁/b₁.Monochromators 3, 4 and analyzer 6 are made in the form of plane-parallel plates made of perfect single crystals, the surfaces of which are oriented relative to the reflecting planes in accordance with the selected and calculated values of b ₁ and b ₂ and the Laue condition for the analyzer. To satisfy the conditions for the formation of phase contrast, the curvature of the crystals does not exceed Δθ / 2L, where L is the size of the illuminated region on the surface of each single crystal. The value L _{1 of the} region illuminated on the first single crystal included in the block of monochromators is calculated by the formula L ₁ = h ₁ / tg (θ ₁ - α ₁ ), and the value of the region L ₂ illuminated on the second single crystal is calculated by the formula L ₂ = h ₂ / tg (θ ₂ - α ₂ ), where h ₂ is the transverse beam size, which is reflected from the first monochromator. If the size of the second single crystal is such that the entire beam going to it from the first monochromator is reflected, then h ₂ = h ₁ / b ₁ .

Учитывая, что монохроматоры приготовлены таким образом, что толщина t_k каждого монокристалла подчинена условию

где
μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в кристалле;
θ_k - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей; а
α_k - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монохроматора, можно быть уверенным, что достигнуто максимальное значение коэффициента отражения от данного монокристалла.Given that the monochromators are prepared in such a way that the thickness t _{k of} each single crystal is subject to the condition

Where
μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the crystal;
θ _k is the Bragg angle of the selected system of reflective planes; a
α _k is the angle between the system of reflecting planes and the surface of the monochromator, you can be sure that the maximum value of the reflection coefficient from this single crystal is reached.

Отразившись от второго (последнего) монокристалла, пучок приобретает расходимость γ = ω₀(b₁)^1/2b₂. Его ширина становится равной h₂. Это практически параллельный, высоко когерентный пучок падает на исследуемый объект 5. Здесь он испытывает ослабление и преломление на границах внутренней структуры. Эксперимент показывает, что общая расходимость пучка при работе с медико-биологическими объектами увеличивается незначительно - на (5 - 10)%. Таким образом, на анализатор 6 приходит по-прежнему слабо расходящийся пучок, который, однако, характеризуется возмущениями волнового фронта, зависящими от координаты. Если оставаться в терминах расходимости, то можно сказать, что в объектах, являющихся предметом нашего интереса, локальные возмущения расходимости составляют порядка 10^-6 - 10^-8. При этом характерные полуширины КДО анализатора по Лауэ составляют 5•10^-6 - 5•10^-7, т.е. превышают величины, которые должны быть зарегистрированы.Reflected from the second (last) single crystal, the beam acquires a divergence γ = ω ₀ (b ₁ ) ^1/2 b ₂ . Its width becomes equal to h ₂ . This is almost parallel, highly coherent beam incident on the studied object 5. Here it experiences attenuation and refraction at the boundaries of the internal structure. The experiment shows that the total beam divergence when working with biomedical objects increases slightly - by (5 - 10)%. Thus, the analyzer 6 still receives a slightly divergent beam, which, however, is characterized by perturbations of the wavefront, depending on the coordinate. If we stay in terms of divergence, then we can say that in objects that are the subject of our interest, local perturbations of divergence are of the order of 10 ^-6 - 10 ^-8 . In this case, the characteristic half-widths of the BWW of the Laue analyzer are 5 • 10 ^-6 - 5 • 10 ^-7 , i.e. exceed the values that must be recorded.

Анализатор играет ключевую роль в формировании фазовых изображений. Это именно тот оптический элемент системы, который преобразует фазовые изменения, произошедшие в почти нерасходящемся пучке после его прохождения через объект, в изменения интенсивности. Расчеты и эксперимент показывают, что для получения высоко контрастных изображений медико-биологических объектов, очень перспективно использовать характеристики Пенделлезунга КДО анализатора - угловых биений интенсивности, которые проявляются лишь в случаях либо очень тонких кристаллов, либо пренебрежимых расходимостей падающего на них пучка. Требование к расходимости пучка сформулировано выше. The analyzer plays a key role in the formation of phase images. This is precisely the optical element of the system that converts the phase changes that have occurred in the almost non-diverging beam after it passes through the object into changes in intensity. Calculations and experiments show that to obtain highly contrasting images of biomedical objects, it is very promising to use the Pendelezung characteristics of the BWW analyzer - angular intensity beats, which appear only in cases of either very thin crystals or negligible divergences of the incident beam. The requirement for beam divergence is formulated above.

Так, если выполнены условия, наложенные выше на совершенство, толщину и коэффициенты асимметрии монохроматоров, появляется возможность воспользоваться эффектом "обострения" КДО анализатора, который позволяет использовать эффективно более узкий и интенсивный частичный пик Пенделлезунга. Этот эффект проявляется при определенных толщинах анализатора, установленного по Лауэ, а именно, при условии, когда его толщина t одновременно удовлетворяет упомянутым выше условиям [фиг. 2-4]. Из фиг. 3 ясно, что характерные полуширины пиков Пенделлезунга приблизительно в 5 - 10 раз уже полуширин соответствующих КДО, и мы стремимся воспользоваться этой возможностью. При этом возможен и другой путь подхода к решению этой проблемы - выбор отражений высоких порядков, обладающих меньшими полуширинами [3], но этот путь непригоден при построении диагностического прибора, так как ведет к более, чем десятикратным потерям интенсивности в рентгенооптической схеме. Используя предлагаемое решение, можно в некоторых случаях даже увеличить интенсивность в отраженном пучке [фиг. 2 и 3]. Стремясь к максимальной светосиле рентгенооптической схемы в тех случаях, когда речь идет о возможности ее использования для диагностических целей, мы предлагаем использовать наиболее интенсивный частичный пик Пенделлезунга КДО. So, if the conditions imposed above on the perfection, thickness and asymmetry coefficients of monochromators are fulfilled, it becomes possible to use the effect of “sharpening” the BWW of the analyzer, which allows you to use an efficiently narrower and more intense partial Pendelezung peak. This effect is manifested for certain thicknesses of the analyzer installed according to Laue, namely, provided that its thickness t simultaneously satisfies the conditions mentioned above [Fig. 2-4]. From FIG. 3 it is clear that the characteristic half-widths of the Pendelezung peaks are approximately 5 to 10 times narrower than the half-widths of the corresponding BWWs, and we strive to take this opportunity. At the same time, another way to approach this problem is possible — the choice of high-order reflections with lower half-widths [3], but this way is unsuitable for constructing a diagnostic device, since it leads to more than ten-fold loss of intensity in the X-ray optical scheme. Using the proposed solution, in some cases it is even possible to increase the intensity in the reflected beam [Fig. 2 and 3]. Aiming at the maximum aperture of the X-ray optical scheme in cases where it is possible to use it for diagnostic purposes, we propose to use the most intense partial peak of the Pendelezung KDO.

Как упоминалось выше, углы отклонения первоначально псевдоплоского пучка на границах раздела сред в медико-биологических объектах практически всегда гораздо меньше полуширины КДО анализатора, поэтому устройства позиционирования всех монокристаллов, входящие в состав устройства, обладают точностями, не меньшими ширин частичных максимумов КДО. Так в брэгговской плоскости обеспечивается точность позиционирования монокристаллов не хуже 0,2'', а в антибрэгговской - не хуже 0,1''. As mentioned above, the deviation angles of the initially pseudo-flat beam at the media interfaces in biomedical objects are almost always much smaller than the half-width of the BWW analyzer, therefore, the positioning devices of all single crystals included in the device have accuracy not less than the widths of the partial maximums of the BWW. So, in the Bragg plane, the positioning accuracy of single crystals is not worse than 0.2 ``, and in the anti-Bragg plane it is not worse than 0.1 ''.

Итак, за анализатором по Лауэ пучок расщепляется на два: прошедший и дифрагированный. Оба содержат фазовые изображения объекта и оба могут быть зарегистрированы. Обычно сцинтилляционный детектор (счетчик) 8 устанавливается в дифрагированном пучке, а двумерный координатно-чувствительный детектор 7 - в прошедшем пучке, но их можно поменять местами. Изображение можно регистрировать также на пленку или фотопластинку в зависимости от требований к качеству изображения и экспрессности получения снимка. So, behind the Laue analyzer, the beam splits into two: transmitted and diffracted. Both contain phase images of the object and both can be registered. Typically, a scintillation detector (counter) 8 is mounted in a diffracted beam, and a two-dimensional coordinate-sensitive detector 7 is mounted in a transmitted beam, but they can be interchanged. The image can also be recorded on film or photographic plate, depending on the requirements for image quality and expressness of obtaining the image.

На фиг. 11, а) и б) приведены фазовые изображения белой мыши, на которых представлено четкое изображение артериальной системы брюшной полости и частично грудная аорта, бедренные и хвостовая артерии. Эти изображения получены без использования иодосодержащих контрастирующих веществ, которые обычно применяются для исследования сосудов. Эти изображения получены в AgK_α1 излучении в схеме с двумя монохроматорами и анализатором, установленным в положении Лауэ.In FIG. 11a) and b) phase images of a white mouse are shown, which show a clear image of the arterial system of the abdominal cavity and partially the thoracic aorta, the femoral and caudal arteries. These images were obtained without the use of iodine-containing contrast agents, which are usually used to study blood vessels. These images were obtained in AgK _α1 radiation in a circuit with two monochromators and an analyzer installed in the Laue position.

Обычно анализатор приготавливают с симметричными отражающими плоскостями. Хотя возможности работы с асимметричными отражениями в случае Лауэ ограничены, иногда мы использовали небольшие степени асимметрии b = 0,5 - 0,2 для дополнительного сужения КДО. Этим можно достичь дополнительного повышения чувствительности схемы. Typically, the analyzer is prepared with symmetrical reflective planes. Although the possibilities of working with asymmetric reflections in the Laue case are limited, sometimes we used small degrees of asymmetry b = 0.5 - 0.2 to further narrow the BWW. This can achieve an additional increase in the sensitivity of the circuit.

Рассмотрим теперь, как работает устройство с анализатором, установленным в положение Брэгга (фиг. 7). Особенности работы в этой схеме становятся понятны, если обратиться к КДО монокристалла, работающего на отражение (фиг. 6). В этом случае КДО характеризуется участком, где коэффициент отражения изменяется слабо, такой участок называется "столиком Дарвина" и его ширина ω_В обычно принимается равной полуширине всей КДО. При этом мы различаем эти понятия. По обе стороны от столика Дарвина КДО весьма резко уменьшается практически до нуля. Собственно склонами КДО воспользоваться весьма сложно, так как в интересующей нас области длин волн их угловые ширины δθ. не превышают половины угловой секунды, и задача заключается в том, чтобы удержать монокристаллы с точностью, которая должна составлять (1/5 - 1/10) δθ.
Немногочисленные исследователи, работающие в этой технике, пользуются съемкой либо в точном брэгговском положении (в пределах столика Дарвина) [3] , либо на далеких склонах КДО [2]. Однако наши эксперименты показали, что в некоторых случаях, например при исследовании молочной железы, наиболее контрастные и информативные снимки регистрируются при установке анализатора на малоугловом склоне КДО вблизи его максимума. При этом интенсивность в дифракционном пучке возрастает как минимум в два раза по сравнению со схемой анализатора по Лауэ, а диагностическая ценность изображений практически не ухудшается.Let us now consider how the device works with the analyzer installed in the Bragg position (Fig. 7). Features of the work in this scheme become clear if we turn to the BWW of a single crystal that works on reflection (Fig. 6). In this case, the BWW is characterized by a section where the reflection coefficient varies slightly, such a section is called the “Darwin table” and its width ω _{B is} usually taken equal to the half-width of the whole BWW. In doing so, we distinguish between these concepts. On both sides of the Darwin table, the BWW decreases very sharply to almost zero. Actually, it is very difficult to use the slopes of the BWW, since their angular widths δθ are in the wavelength region of interest to us. do not exceed half an arc second, and the task is to hold the single crystals with an accuracy that should be (1/5 - 1/10) δθ.
Few researchers working in this technique use the survey either in the exact Bragg position (within the Darwin table) [3] or on the distant slopes of the BWW [2]. However, our experiments showed that in some cases, for example, when examining the mammary gland, the most contrasting and informative images are recorded when the analyzer is installed on the small-angle slope of the BWW near its maximum. In this case, the intensity in the diffraction beam increases at least twice as compared with the Laue analyzer circuit, and the diagnostic value of the images practically does not deteriorate.

В связи с этим в варианте устройства с анализатором, установленным по Брэггу, критической угловой характеристикой, используемой для выбора остальных параметров рентгенооптической схемы, служит ширина склона КДО анализатора δθ. Если величина оптимального коэффициента асимметрии первого монохроматора выбирается из того же условия, что и в первом варианте устройства, то в условии для определения коэффициента асимметрии k-го монохроматора величина Δθ_i заменяется на величину δθ - угловые интервалы положений анализатора, соответствующие склонам КДО анализатора, при этом место полуширины ω₀ занимает ω_B - ширина столика Дарвина. Требования к качеству обработки и кривизне кристаллов остается таким же, как и в первом устройстве.In this regard, in the embodiment of the device with the Bragg-installed analyzer, the critical angular characteristic used to select the remaining parameters of the X-ray optical scheme is the slope width of the BWC of the analyzer δθ. If the value of the optimal asymmetry coefficient of the first monochromator is selected from the same condition as in the first embodiment of the device, then in the condition for determining the asymmetry coefficient of the k-th monochromator, the quantity Δθ _i is replaced by the value δθ - the angular intervals of the analyzer positions corresponding to the slopes of the analyzer BWW, in this place, the half-width ω ₀ is occupied by ω _B - the width of the Darwin table. The requirements for processing quality and crystal curvature remain the same as in the first device.

Работа второго устройства аналогична работе первого до момента отражения от анализатора, в этом случае регистрируется только дифрагированный пучок, в котором и размещают регистратор 7; прошедший пучок, который можно наблюдать и за достаточно толстым монокристаллом на малоугловом склоне ДКО, служит средством дополнительного контроля за юстировкой кристаллов, если в нем установлен сцинтилляционный детектор 8. The operation of the second device is similar to the operation of the first until reflection from the analyzer, in this case only the diffracted beam is recorded, in which the recorder 7 is placed; the transmitted beam, which can also be observed for a sufficiently thick single crystal on the small-angle slope of the ATP, serves as a means of additional control over the alignment of crystals, if a scintillation detector 8 is installed in it.

Наши эксперименты показали, что в случаях, когда требуется максимальная чувствительность при регистрации фазовых изображений объектов, состоящих из мягких тканей и характеризующихся крайне низкими значениями градиентов плотности на границах внутренних структур, необходимо обеспечить установку анализатора в угловых положениях, отклоненных от точного брэгговского на угол Δθ при условии, что ω_B/2 < |Δθ| < (ω_B/2+δθ). Именно в этих угловых положениях были получены наиболее контрастные и информативные изображения аденокарциномы молочной железы, причем структура изображения была близка к структуре снимка, сделанного с гистологического среза той же опухоли, и позволяла проследить характер новообразования и пути метастазирования.Our experiments showed that in cases when maximum sensitivity is required when recording phase images of objects consisting of soft tissues and characterized by extremely low density gradients at the boundaries of internal structures, it is necessary to install the analyzer in angular positions deviated from the exact Bragg angle Δθ at provided that ω _B / 2 <| Δθ | <(ω _B / 2 + δθ). It was in these angular positions that the most contrasting and informative images of breast adenocarcinoma were obtained, and the image structure was close to the structure of the image taken from a histological section of the same tumor, and allowed us to trace the nature of the neoplasm and the path of metastasis.

Дополнительного повышения чувствительности можно достигнуть, приготовив анализатор с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b > 1. Мы работали с b ≈ 2. Наоборот, выбор анализатора с b < 1 позволяет повысить пространственное разрешение. An additional increase in sensitivity can be achieved by preparing an analyzer with an asymmetry coefficient of the reflecting planes b> 1. We worked with b ≈ 2. On the contrary, choosing an analyzer with b <1 allows increasing the spatial resolution.

В тех случаях, когда коэффициент асимметрии анализатора превышает единицу, сечение отраженного от него пучка сужается по сравнению с сечением упавшего пучка в соответствующее число раз. Для того, чтобы обеспечить лучшее представление изображения объекта, плоскость приемного окна регистратора следует установить под углом, отличным от 90^o, к оси отраженного пучка. При расчете такого угла следует учесть имеющуюся в схеме вертикальную расходимость β: β = H_a/l_a, где H_a - размер анализатора (или пуска) в антибрэгговской плоскости, а l_a - расстояние от анализатора до фокуса рентгеновской трубки.In those cases when the asymmetry coefficient of the analyzer exceeds unity, the cross section of the beam reflected from it narrows in comparison with the cross section of the incident beam by the corresponding number of times. In order to provide a better representation of the image of the object, the plane of the reception window of the recorder should be installed at an angle other than 90 ^o to the axis of the reflected beam. When calculating this angle, one should take into account the vertical divergence β available in the scheme: β = H _a / l _a , where H _a is the size of the analyzer (or start) in the anti-Bragg plane, and l _a is the distance from the analyzer to the focus of the x-ray tube.

Для того, чтобы достигнуть масштаба 1 : 1 в представлении объекта, следует развернуть плоскость приемного окна регистратора на угол _κ к пучку, отраженному от анализатора, причем κ = arcsin{h₂/[b(h₂+ l_a-rtgβ)]}, где l_a-r - расстояние между центрами анализатора и плоскости приемного окна регистратора (фиг. 5).In order to achieve a 1: 1 scale in the representation of the object, it is necessary to expand the plane of the reception window of the recorder at an angle _κ to the beam reflected from the analyzer, and κ = arcsin {h ₂ / [b (h ₂ + l _ar tgβ)]}, where l _ar is the distance between the centers of the analyzer and the plane of the reception window of the recorder (Fig. 5).

Высокая светосила является одним из основных требований к диагностическому устройству. Для устройств, использующих монохроматические и практически нерасходящиеся пучки, по сути дела когерентные пучки, выполнить это условие непросто, так как от источника отбирается малая доля излучения, поэтому любые средства, позволяющие сохранить отобранную энергию, крайне важны. Одна из возможностей максимально использовать энергию рентгеновского пучка - выбор в кристаллах отражающих плоскостей с наибольшими коэффициентами отражения. В кубических кристаллах, таких как кремний или германий, это плоскости с индексами Миллера низших порядков. По существу, предпочтительными являются отражения (111) и (220). В кварце набор таких типов отражающих плоскостей гораздо шире. High aperture is one of the basic requirements for a diagnostic device. For devices using monochromatic and practically non-diverging beams, in fact coherent beams, it is not easy to fulfill this condition, since a small fraction of the radiation is taken from the source, so any means to save the selected energy are extremely important. One of the possibilities to maximize the use of x-ray beam energy is the choice in crystals of reflecting planes with the highest reflection coefficients. In cubic crystals, such as silicon or germanium, these are planes with lower-order Miller indices. Essentially preferred are reflections (111) and (220). In quartz, the set of these types of reflective planes is much wider.

Использование дисперсии рентгенооптических схем может привести к интересным результатам, однако, на сегодняшний день эти попытки следует полностью отнести к работе с источниками синхротронного излучения. Для работы с обычными источниками бездисперсионные схемы пока являются единственно перспективными. Это схемы, в которых, во-первых, используются отражения от одного типа плоскостей, причем, нормали к плоскостям в последовательно расположенных кристаллах должны быть антипараллельны, например 220, -220, 220. The use of dispersion of X-ray optical schemes can lead to interesting results, however, today these attempts should be fully attributed to work with sources of synchrotron radiation. For working with conventional sources, dispersion-free circuits are so far the only ones that are promising. These are schemes in which, firstly, reflections from one type of planes are used, moreover, the normal to the planes in successive crystals should be antiparallel, for example 220, -220, 220.

Рентгеновский спектрометр, входящий в состав предлагаемых устройств, предоставляет средства для установки любого из монохроматоров либо в точном брэгговском положении, либо отклоненным от него. Многовариантность таких установок позволит настроить устройство на преимущественную регистрацию различных градиентов плотности в объекте. Реально этим средством настройки можно воспользоваться только при наличии достаточной мощности источника излучения. The X-ray spectrometer, which is part of the proposed devices, provides means for installing any of the monochromators either in the exact Bragg position or deviated from it. The multivariance of such installations will allow you to configure the device for preferential registration of various density gradients in the object. Actually, this setting tool can only be used if there is sufficient radiation source power.

Устройство снабжено средствами контроля за юстировкой всех кристаллов и последующего контроля за их положением. Эти средства могут быть различными, различными могут быть и способы их работы. Например, на фиг. 5 изображен вариант устройства, в котором за каждым монокристаллом установлен мониторный канал. Часть рентгеновского пучка, отраженного от данного монокристалла, например монохроматора 3, пропускается следующим кристаллом-монохроматором 4, например, из-за того, что размер этого второго монохроматора меньше размера, необходимого для отражения всего падающего на него пучка. В таком случае эта неиспользованная часть пучка попадает в детектор излучения 8'. Сигнал с детектора 8' поступает на устройство 9', где происходит сравнение текущего сигнала с некоторым реперным, и разностный сигнал направляется на устройство позиционирования 10' монокристалла 3. Аналогично работают детекторы 8 и 8'' с устройствами сравнения текущего сигнала с реперным 9 и 9'' и устройствами позиционирования 10 и 10'' соответствующих монокристаллов 4 и 6. The device is equipped with means for monitoring the alignment of all crystals and subsequent monitoring of their position. These tools may be different, their methods of work may also be different. For example, in FIG. 5 shows a variant of the device in which a monitor channel is installed behind each single crystal. Part of the x-ray beam reflected from this single crystal, for example, monochromator 3, is transmitted by the next crystal-monochromator 4, for example, due to the fact that the size of this second monochromator is smaller than the size necessary to reflect the entire incident beam. In this case, this unused part of the beam enters the radiation detector 8 '. The signal from the detector 8 'is supplied to the device 9', where the current signal is compared with a certain reference, and the difference signal is sent to the positioning device 10 'of the single crystal 3. Detectors 8 and 8' 'work similarly with the devices for comparing the current signal with the reference 9 and 9 '' and positioning devices 10 and 10 '' of the corresponding single crystals 4 and 6.

Контроль качества монокристаллов, входящих в блок монохроматоров, а также их первичная юстировка, которая заканчивается выработкой упомянутого реперного сигнала, которая производится с помощью клиновидного монокристалла известного совершенства - клина, который устанавливают в положение Лауэ вместо анализатора в любом из вариантов. Здесь мы пользуемся известным свойством отражения от клиновидного монокристалла - образованием интерференционных полос или полос равной толщины при освещении монокристалла пучком с малой расходимостью. При тех параметрах пучка, который обеспечиваются блоком монохроматоров в обсуждаемом устройстве, распределение интенсивности в полосах равной толщины может быть рассчитано по известным формулам динамической теории дифракции [6], при этом параметры пучка определяются из характеристик блока монохроматоров. Любое искажение формы полос, неравномерное по полю изменение интенсивности при вращении клина вокруг оси (перпендикулярной плоскости отражения) гониометра, на котором он установлен, отсутствие контраста в полосах на каком-либо участке картины дифракции и пр. свидетельствует либо о наличии остаточных напряжений в монокристаллах, либо о неверной их юстировке. Если юстировка монохроматоров не приносит желаемого результата - совпадения распределения интенсивности в полосах равной толщины с разумной точностью, например 10%, монохроматоры заменяют. При этом в случае, если не удается установить, какой из монохроматоров не удовлетворяет требованиям необходимого качества, тестирование следует начинать с первого. Тогда второй монохроматор убирают, клин размещают в пучке, отраженном от первого монохроматора, и проверяют его качество. При необходимости первый монохроматор либо заменяют, либо подвергают его поверхности вторичной обработке. После получения удовлетворительного результата устанавливают второй монохроматор и тестируют его, затем так далее. Quality control of single crystals included in the block of monochromators, as well as their initial adjustment, which ends with the generation of the mentioned reference signal, which is performed using a wedge-shaped single crystal of known perfection - a wedge, which is installed in the Laue position instead of the analyzer in any of the options. Here we use the well-known property of reflection from a wedge-shaped single crystal - the formation of interference bands or bands of equal thickness when a single crystal is illuminated by a beam with low divergence. For those beam parameters provided by the block of monochromators in the device under discussion, the intensity distribution in bands of equal thickness can be calculated using well-known formulas of the dynamic diffraction theory [6], and the beam parameters are determined from the characteristics of the block of monochromators. Any distortion in the shape of the strips, a field variation in intensity during rotation of the wedge around the axis (perpendicular to the reflection plane) of the goniometer on which it is mounted, the absence of contrast in the strips at any part of the diffraction pattern, etc., indicates either the presence of residual stresses in the single crystals, or about their incorrect adjustment. If the adjustment of the monochromators does not bring the desired result - the coincidence of the intensity distribution in the bands of equal thickness with reasonable accuracy, for example 10%, the monochromators are replaced. In this case, if it is not possible to establish which of the monochromators does not meet the requirements of the required quality, testing should start from the first. Then the second monochromator is removed, the wedge is placed in the beam reflected from the first monochromator, and its quality is checked. If necessary, the first monochromator is either replaced or recycled to its surface. After obtaining a satisfactory result, a second monochromator is installed and tested, then so on.

После того, как все монохроматоры протестированы и установлены в заданные угловые положения, снимаются показания детектором 8' и 8'', которые считаются реперными для дальнейшего мониторинга. Клин заменяется анализатором, который устанавливают в соответствии с рентгеновской схемой и юстируют. После юстировки анализатора устанавливают объект и снимают показания детектора 8, которое будет считаться реперным для дальнейшего мониторинга. After all monochromators have been tested and installed in the specified angular positions, the readings are taken by the 8 'and 8' 'detector, which are considered as reference points for further monitoring. The wedge is replaced by an analyzer, which is installed in accordance with the x-ray scheme and adjusted. After adjusting the analyzer, an object is installed and the readings of detector 8 are taken, which will be considered as a reference for further monitoring.

Качество анализатора и правильность его юстировки контролируют, сравнивая экспериментально полученную КДО с расчетной. Когда характеристики экспериментальной и расчетной КДО совпадут с разумной точностью, например 10%, устанавливается объект и фиксируется показание детектора 8, которое в дальнейшем будет считаться реперным (фиг. 5). Это трудоемкий прием, и им имеет смысл пользоваться только в случае, если отсутствует координатно-чувствительный детектор. The quality of the analyzer and the correctness of its adjustment are controlled by comparing the experimentally obtained BWW with the calculated one. When the characteristics of the experimental and calculated BWW coincide with reasonable accuracy, for example, 10%, an object is installed and the reading of detector 8 is recorded, which will be considered as the reference point (Fig. 5). This is a time-consuming technique, and it only makes sense to use it if there is no coordinate-sensitive detector.

Крайне важным является контроль и исключение возможного и нежелательного изгиба анализатора. Изгиб приводит к неоднородному распределению интенсивности отражения и пространственному смещению этого распределения при повороте анализатора, поэтому для оптимального выбора кристалла-анализатора помимо съемки КДО мы успешно использовали координатно-чувствительный детектор, с помощью которого контролировали однородность распределения интенсивности и отсутствие пространственного смещения отраженного пучка. It is extremely important to control and eliminate the possible and undesirable bending of the analyzer. Bending leads to an inhomogeneous distribution of the reflection intensity and a spatial shift of this distribution when the analyzer is rotated, therefore, in addition to the BWW survey, for the optimal choice of the analyzer crystal, we successfully used a coordinate-sensitive detector with which we controlled the uniformity of the intensity distribution and the absence of spatial displacement of the reflected beam.

Для оценки качества рентгеновских элементов предлагается также использовать тест-объект, который устанавливается перед анализатором в той его части, которая либо не будет занята изображением объекта, либо изображение которой можно легко удалить из изображения объекта после его регистрации. Тест-объект может использоваться в обоих вариантах устройства. Он может служить не только для контроля качества анализатора при известном качестве монохроматоров, но и наоборот, для контроля качества монохроматоров, если качество и характеристики анализатора каким-либо образом установлены предварительно. To assess the quality of X-ray elements, it is also proposed to use a test object, which is installed in front of the analyzer in that part, which will either not be occupied by the image of the object, or the image of which can be easily removed from the image of the object after its registration. The test object can be used in both versions of the device. It can serve not only to control the quality of the analyzer with the known quality of monochromators, but also vice versa, to control the quality of monochromators, if the quality and characteristics of the analyzer are pre-installed in any way.

Обязательное условие для тест-объекта - наличие простой формы, например цилиндрической, которая легко описывается аналитически (фиг. 8). Для такого объекта распределение интенсивности за анализатором известно из расчета. Это распределение содержится в системе сравнения интенсивностей 11, с которой связан координатно-чувствительный детектор 7, регистрирующий реальное распределение за анализатором. Если экспериментально определенное распределение не совпадает с расчетным, производят либо дополнительную юстировку кристаллов, используя для этого исполнительные механизмы позиционирования монокристаллов 10 и 10', либо замену одного или нескольких элементов схемы. A prerequisite for the test object is the presence of a simple shape, for example a cylindrical one, which is easily described analytically (Fig. 8). For such an object, the intensity distribution behind the analyzer is known from the calculation. This distribution is contained in the intensity comparison system 11, to which a coordinate-sensitive detector 7 is connected, which registers the actual distribution behind the analyzer. If the experimentally determined distribution does not coincide with the calculated one, either an additional adjustment of the crystals is carried out using actuating mechanisms for positioning single crystals 10 and 10 ', or one or more elements of the circuit are replaced.

Регистрация изображения может производиться одновременно с мониторингом положения анализатора в том случае, если тест-объект расположен в части пучка, не занятом изображением. Image registration can be carried out simultaneously with monitoring the position of the analyzer if the test object is located in the part of the beam not occupied by the image.

Длительная экспериментальная работа, связанная с получением фазовых изображений медико-биологических объектов, показала, что в устройстве для фазовой рентгенографии желательно предусмотреть возможность оперативного контроля за качеством установки всех кристаллов в кристаллодержателе спектрометра, а также качества юстировки, поскольку с течением времени в кристаллах могут появиться деформации в местах крепления. Не всегда удобно для этой цели использовать клин, заменяя им анализатор. Для этого в третьем варианте устройства используется специально приготовленный анализатор с одним или более клиновидными участками на краях (фиг. 9). В этом устройстве рентгеновский пучок малой расходимости, сформированный одним или несколькими монохроматорами, падает на такой анализатор, причем, одновременно на плоскопараллельный и клиновидный участки. Часть пучка, продифрагировавшая на клиновидном участке анализатора, представляет собой набор интерференционных полос, направление которых совпадает с направлением ножа клина. Такие полосы называются полосами равного наклона, они регистрируются двумерным координатно-чувствительным детектором 7 в любом из пучков - прошедшем или дифрагированном. Если все элементы рентгенооптической схемы отъюстированы должным образом, распределение интенсивности поперек полос совпадает с распределением, рассчитанным по известным формулам [6] с учетом известных: параметров схемы, угла клина, расходимости падающего на клин пучка. Качественное сравнение расчетного и экспериментального распределений может производиться оператором, а количественное - в устройстве сравнения. Оператор на ВКУ 12 (фиг. 9) наблюдает картину распределения полос и по характеру искажений картины интерференции определяет предварительно, какое нарушение имеет место в рентгенооптической схеме. При этом оператор, используя ручное управление устройством позиционирования, медленно поворачивает анализатор вокруг оси гониометра, и следит за изменениями картины дифракции. Грубые нарушения выявляются при наблюдении, например деформации одного из кристаллов, проявляются как искривления полос; непараллельность осей вращения кристаллов проявляется как неравномерное погасание полос по длине. Сложнее выявляется неверное угловое положение каждого из кристаллов в пределах КДО - его можно выявить сравнением расчетного и экспериментального распределения интенсивности в полосах. Это сравнение производится автоматически. Для этого данные с координатно-чувствительного детектора 7 поступают на устройство сравнения 11 картины распределения интенсивностей с расчетной. Дифференциальный сигнал с последнего устройства направляется на исполнительные устройства позиционирования анализатора 10 и монохроматоров 10' и 10''. Все описанные действия производятся в отсутствие объекта. Long-term experimental work related to obtaining phase images of biomedical objects showed that it is desirable to provide the possibility of operational monitoring of the installation quality of all crystals in the crystal holder of the spectrometer, as well as the quality of alignment, as deformations may appear in crystals in the device for phase radiography in places of fastening. It is not always convenient to use a wedge for this purpose, replacing it with an analyzer. For this, in the third embodiment of the device, a specially prepared analyzer is used with one or more wedge-shaped sections at the edges (Fig. 9). In this device, a low-divergence x-ray beam formed by one or more monochromators falls on such an analyzer, and, moreover, on plane-parallel and wedge-shaped sections. The part of the beam, diffracted on the wedge-shaped portion of the analyzer, is a set of interference bands, the direction of which coincides with the direction of the wedge knife. Such bands are called bands of equal slope, they are recorded by a two-dimensional coordinate-sensitive detector 7 in any of the beams - transmitted or diffracted. If all the elements of the X-ray optical scheme are properly aligned, the intensity distribution across the bands coincides with the distribution calculated according to well-known formulas [6] taking into account the known parameters of the scheme, wedge angle, divergence of the beam incident on the wedge. Qualitative comparison of the calculated and experimental distributions can be made by the operator, and quantitative - in the comparison device. The operator at VKU 12 (Fig. 9) observes the pattern of the distribution of the bands and determines by the nature of the distortion of the pattern of interference what kind of violation occurs in the X-ray optical scheme. In this case, the operator, using manual control of the positioning device, slowly turns the analyzer around the axis of the goniometer, and monitors changes in the diffraction pattern. Gross violations are detected during observation, for example, deformations of one of the crystals, appear as curvature of the bands; the non-parallel axis of rotation of the crystals is manifested as uneven extinction of the bands along the length. The incorrect angular position of each of the crystals within the BWW is more difficult to detect - it can be detected by comparing the calculated and experimental intensity distribution in the bands. This comparison is done automatically. To do this, data from the coordinate-sensitive detector 7 is fed to a device for comparing 11 patterns of the intensity distribution with the calculated one. The differential signal from the last device is sent to the positioning actuators of the analyzer 10 and monochromators 10 'and 10' '. All described actions are performed in the absence of an object.

Когда после серии юстировочных движений и, если это необходимо, после замены или переустановки непригодных для работы элементов рентгенооптической схемы принимается решение о готовности к съемке, определяются показания сцинтилляционных детекторов (счетчиков) 8'и 8'', которые установлены на каждом из монохроматоров. Эти значения рассматриваются при дальнейшем мониторинге как реперные. Реперное показание сцинтилляционного детектора 8, который установлен в части пучка, прошедшего или отраженного от плоскопараллельного участка анализатора, определяется после установки в пучок объекта исследования. После этого можно производить съемку, осуществляя автоматическое слежение за состоянием схемы уже по сцинтилляционным детекторам. При этом дифференциальные сигналы с устройств сравнения сигналов 9, 9' и 9'' поступают на исполнительные механизмы 10, 10' и 10'' устройств позиционирования монокристаллов образующих рентгенооптическую схему. When, after a series of adjusting movements and, if necessary, after replacing or reinstalling unsuitable elements of the X-ray optical circuit, a decision is made about readiness for shooting, the readings of scintillation detectors (counters) 8'and 8 '' are determined, which are installed on each of the monochromators. During further monitoring, these values are considered as benchmarks. The reference reading of the scintillation detector 8, which is installed in the part of the beam transmitted or reflected from the plane-parallel section of the analyzer, is determined after installation of the object of study into the beam. After that, you can shoot by automatically monitoring the state of the circuit by scintillation detectors. In this case, differential signals from signal comparison devices 9, 9 'and 9' 'are supplied to actuators 10, 10' and 10 '' of single crystal positioning devices forming an x-ray optical circuit.

Регистрация изображения ведется на рентгеновскую пленку или пластинку, которые устанавливаются непосредственно за анализатором. Для регистрации используется также координатно-чувствительный детектор, который в этом случае выводится из первого канала и устанавливается в пучке, прошедшем или отраженном от плоскопараллельного участка анализатора, который не занят вторым мониторным каналом. Image registration is carried out on an x-ray film or plate, which are installed directly behind the analyzer. For registration, a coordinate-sensitive detector is also used, which in this case is output from the first channel and is installed in a beam transmitted or reflected from a plane-parallel section of the analyzer that is not occupied by the second monitor channel.

Наиболее эффективным для предварительной юстировки кристаллов, по-видимому, является анализатор с двумя взаимно перпендикулярными клиновидными участками [фиг. 11, г] . После дифракции на таком кристалле имеется две взаимно перпендикулярные системы интерференционных полос - параллельные и перпендикулярные плоскости дифракции. Юстировка по этим системам позволяет достаточно хорошо установить кристаллы перед съемкой. Apparently, the analyzer with two mutually perpendicular wedge-shaped sections [Fig. 11, g]. After diffraction, such a crystal has two mutually perpendicular systems of interference fringes - parallel and perpendicular diffraction planes. Alignment with these systems allows you to set crystals well enough before shooting.

Особенности схемы формирования пучка блоком монохроматоров таковы, что освещаемая на объекте область имеет форму прямоугольника, вытянутого в антибрэгговском направлении. При этом отношение размера сторон прямоугольника может составлять от 1:5 до 1:10. При этом, очевидно, что для получения кадра изображения производится сканирование объекта - непрерывное или пошаговое - набор стоп-кадров. The features of the beam formation scheme by the block of monochromators are such that the region illuminated at the object has the shape of a rectangle elongated in the anti-Bragg direction. In this case, the aspect ratio of the sides of the rectangle can be from 1: 5 to 1:10. At the same time, it is obvious that to obtain an image frame, an object is scanned — continuous or step-by-step — a set of freeze frames.

Для получения стерео изображений объекта вначале регистрируется его изображение в нескольких проекциях, минимум, в трех. Для этого объект поворачивают вокруг известной оси на заданный угол. Регистрацию проводят электронным координатно-чувствительным детектором 7 (фиг. 9), способным представить изображение как набор данных, соответствующих интенсивности излучения в каждой точке. Сигнал с координатно-чувствительного детектора поступает в буферную память 13. Затем эти данные направляют в компьютер 14 и, пользуясь одной из многочисленных имеющихся программ, строят стерео изображение, которое представляется на дисплее 15. Имея в своем распоряжении такое стерео изображение, несложно получить любой его срез. Эта информация будет намного богаче той, которая регистрируется компьютерным томографом, так как в ней будет отражено не только распределение участков внутренней структуры, имеющих различное ослабление излучения, но и распределение границ, на которых произошло изменение фазы первоначально слабо расходящегося пучка. To obtain stereo images of an object, its image is first recorded in several projections, at least in three. To do this, the object is rotated around a known axis by a predetermined angle. Registration is carried out by an electronic coordinate-sensitive detector 7 (Fig. 9), capable of representing the image as a set of data corresponding to the radiation intensity at each point. The signal from the coordinate-sensitive detector enters the buffer memory 13. Then this data is sent to the computer 14 and, using one of the many available programs, build a stereo image, which is displayed on the display 15. Having such a stereo image, it is easy to get any of it slice. This information will be much richer than that recorded by a computer tomograph, since it will reflect not only the distribution of parts of the internal structure having different attenuation of radiation, but also the distribution of the boundaries at which the phase change of the initially weakly divergent beam occurred.

Приведем один из возможных примеров выполнения устройства. We give one of the possible examples of the device.

Устройство для получения фазовых рентгенограмм содержит источник рентгеновского излучения - рентгеновскую трубку с W анодом, для которого длина волны λ K_α1 линии характеристического излучения равна 0,209

. Для построения рентгенооптической схемы многокристального спектрометра выбираем монокристаллы Si, отражения типа 220 (угол Брэгга θ = 3,03^o) и блок монохроматоров, состоящий из двух монокристаллов. Учитывая, что кристаллический угол ПВО кремния на излучении этой длины волны равен 4,6' (угл. мин), следуя установленному нами правилу, определяем, что величина первого коэффициента асимметрии должна быть больше 0,013. Учитывая доступную точность резки монокристаллического слитка, зададимся величиной b₁ = 0,043, и эта оценка будет реальной. При этом угол скольжения падающего на первый монохроматор пучка равен 0,25^o.A device for obtaining phase radiographs contains an X-ray source - an X-ray tube with a W anode, for which the wavelength λ K _{α1 of} the characteristic radiation line is 0.209

. To build an x-ray optical scheme of a multi-chip spectrometer, we select Si single crystals, 220 type reflections (Bragg angle θ = 3.03 ^° ) and a block of monochromators consisting of two single crystals. Given that the crystalline angle of silicon anti-radiation on radiation of this wavelength is 4.6 '(ang. Min), following the rule established by us, we determine that the value of the first asymmetry coefficient should be greater than 0.013. Given the available accuracy of cutting a single-crystal ingot, we set the value b ₁ = 0.043, and this estimate will be real. In this case, the sliding angle of the beam incident on the first monochromator is 0.25 ^o .

Принимая размер проекции фокусного расстояния рентгеновской трубки в брэгговской плоскости равным 0,5 мм, выбираем ширину обеих щелей коллиматора h₀ и h₁ равной 0,4 мм. Исходя из этого, ширина пучка в брэгговском направлении после отражения от первого монохроматора станет равной h₁(b₁)^-1/2= 9 мм. При этом размер первого монохроматора в плоскости дифракции L_M1 = h₁/tg 0,25^o ≅ 90 мм.Assuming the projection size of the focal length of the x-ray tube in the Bragg plane to be 0.5 mm, we choose the width of both collimator slits h ₀ and h ₁ equal to 0.4 mm. Based on this, the beam width in the Bragg direction after reflection from the first monochromator becomes equal to h ₁ (b ₁ ) ^-1/2 = 9 mm. The size of the first monochromator in the diffraction plane is L _M1 = h ₁ / tg 0.25 ^o ≅ 90 mm.

Обратившись к КДО по Лауэ на фиг. 2 и 3, определим, что расстояние между самыми сильными соседними пиками Пенделлезунга не превышает Δθ_i=0,1''. Принимая во внимание, что полуширина КДО симметричного отражения от анализатора составляет 0,586'', получаем оценку для коэффициента асимметрии второго монохроматора b₂ < 0,1''/(0,586'' • (0,043)^1/2) = 0,82. Если мы выберем b₂ = 0,7, размер второго монохроматора в плоскости дифракции будет равным L_M2 = 206 мм. Сегодня промышленность позволяет выращивать слитки такого размера для нужд полупроводникового производства, поэтому изготовление кристалла этого или близкого размера представляется реальным.Turning to BWW by Laue in FIG. 2 and 3, we determine that the distance between the strongest neighboring Pendelezung peaks does not exceed Δθ _i = 0.1 ''. Taking into account that the half-width of the BWW of the symmetric reflection from the analyzer is 0.586 '', we obtain an estimate for the asymmetry coefficient of the second monochromator b ₂ <0.1 '' / (0.586 '' • (0.043) ^1/2 ) = 0.82. If we choose b ₂ = 0.7, the size of the second monochromator in the diffraction plane will be L _M2 = 206 mm. Today, industry allows us to grow ingots of this size for the needs of semiconductor manufacturing, so the manufacture of a crystal of this or close size seems realistic.

Для того, чтобы осуществить идею образования мониторного канала, установленного за соответствующим кристаллом, следует выбрать, например, L_M2 = 180 мм. Тогда 26 мм пучка не отразится от второго кристалла, этот участок пучка можно использовать для установки в нем детектора 8'.In order to implement the idea of the formation of a monitor channel installed behind the corresponding crystal, one should choose, for example, L _M2 = 180 mm. Then 26 mm of the beam will not be reflected from the second crystal, this section of the beam can be used to install the detector 8 'in it.

Размер освещаемой области на объекте в плоскости дефракции в этом случае будет равным 9 мм /b₂ = 12,8 мм. В антибрэгговской плоскости размер кристалла составляет 150 мм. Этот размер в основном будет определяться возможным достижимым размером кристаллов монохроматоров и анализатора в этом направлении. Толщина монохроматоров должна значительно превышать 6 мм, поэтому монохроматоры приготавливают, например, с толщиной около 6 мм, чтобы исключить значимые отражения от обратной поверхности кристаллов.The size of the illuminated area on the object in the plane of defraction in this case will be equal to 9 mm / b ₂ = 12.8 mm In the anti-Bragg plane, the crystal size is 150 mm. This size will mainly be determined by the possible achievable crystal size of the monochromators and the analyzer in this direction. The thickness of the monochromators should be significantly greater than 6 mm; therefore, monochromators are prepared, for example, with a thickness of about 6 mm in order to exclude significant reflections from the back surface of the crystals.

Учитывая, что Δθ_i = 0,1'' ≡ 0,5•10^-6 рад, определим, что кривизна первого монохроматора должна быть не более 0,5 • 10^-6/(2 • 90 мм) = 0,28 • 10^-8 мм^-1, кривизна второго монохроматора - не более 0,5 • 10^-6/2 • 206 мм = 0,12 • 10^-8 мм^-1, а кривизна анализатора - не более 0,5 • 10^-6/(2 • 12,8 мм) = 1,95 • 10^-8 мм^-1.Given that Δθ _i = 0.1 '' ≡ 0.5 • 10 ^-6 rad, we determine that the curvature of the first monochromator should be no more than 0.5 • 10 ^-6 / (2 • 90 mm) = 0.28 • 10 ^-8 mm ^-1 , the curvature of the second monochromator is not more than 0.5 • 10 ^-6 / 2 • 206 mm = 0.12 • 10 ^-8 mm ^-1 , and the curvature of the analyzer is not more than 0.5 • 10 ^-6 / (2 • 12.8 mm) = 1.95 • 10 ^-8 mm ^-1 .

В устройстве, где толщина анализатора составляет, например, 1340 мкм, есть возможность воспользоваться эффектом "обострения" максимума Пенделлезунга и для съемки выбирать рабочие точки в пределах центрального частичного максимума с полушириной ω.. При этом выполняется и условие μt < 1. В анализаторе, как было указано выше, выбирается симметричное отражение типа 220. In a device where the analyzer thickness is, for example, 1340 μm, it is possible to take advantage of the “sharpening” of the Pendelezung maximum and to select operating points within the central partial maximum with half-width ω .. In this case, the condition μt <1 is also fulfilled. In the analyzer, as indicated above, a symmetric reflection of type 220 is selected.

Для получения качественных фазовых изображений критична обработка поверхностей всех кристаллов. Последовательными травлением, шлифовкой, полировкой и снова травлением, в том числе химико-механическим, достигается полное снятие наклепа, образующего в процессе резки монокристаллического слитка на пластины. Наличие остаточных напряжений выявляется уже при первичной юстировке кристаллов, примеры проявления этого дефекта были описаны выше. Практика показывает, что в некоторых случаях повторные обработки уже готовых поверхностей дают хороший результат. To obtain high-quality phase images, the surface treatment of all crystals is critical. By successive etching, grinding, polishing and again etching, including chemical-mechanical, complete hardening is achieved, which forms a single-crystal ingot into plates during cutting. The presence of residual stresses is detected already during the initial alignment of crystals; examples of the manifestation of this defect have been described above. Practice shows that in some cases, repeated processing of finished surfaces give a good result.

Имея в виду, что ширина поля изображения составляет 12,8 • 150 мм², объект необходимо сканировать для получения полного кадра, например, 150 • 150 мм². Такого кадра достаточно для съемок конечностей, некоторых суставов, участка головы и других органов.Bearing in mind that the image field width is 12.8 • 150 mm ² , the object must be scanned to obtain a full frame, for example, 150 • 150 mm ² . Such a frame is enough for shooting limbs, some joints, a section of the head and other organs.

Вариант устройства, использующего характеристическое излучение K_α1 линии W, пригоден для получения изображения практически любого органа человеческого тела и может рассматриваться как самый перспективный для целей диагностики.A variant of the device using the characteristic radiation K _{α1 of} the W line is suitable for obtaining an image of almost any organ of the human body and can be considered as the most promising for diagnostic purposes.

Для оптимизации работы координатно-чувствительного детектора, например, телевизионного типа, входное окно последнего формируется из набора четырех волоконно-оптических блоков ⌀ 60 мм, масштабирующих изображение до четырех участков ⌀ 15 мм. Каждый из этих участков изображения регистрируется ПЗС-матрицей. To optimize the work of a coordinate-sensitive detector, for example, of a television type, the input window of the latter is formed from a set of four fiber-optic blocks ⌀ 60 mm that scale the image to four sections ⌀ 15 mm. Each of these image sections is recorded by a CCD.

Ниже приведен пример выполнения варианта устройства с анализатором, установленным в положение Брэгга. В отличие от вышеприведенного, рассмотрим вариант устройства для исследования медико-биологических объектов и лабораторных животных, он отличается использованием характеристической K_α1 линии A_g,

. Оптические элементы устройства выполнены из совершенного монокристаллического кремния. Выберем отражающие плоскости типа 220, угол Брэгга θ = 8,40^o, схему 220, -220, 220 и рассчитаем параметры монохроматоров. Основываясь на сформулированных выше условиях и учитывая технологические возможности существующего оборудования, выберем коэффициент асимметрии первого монохроматора равным 0,02. Тогда угол скольжения падающего на первый монохроматор пучка составит 24', а размер освещаемой области на кристалле в брэгговской плоскости L_M1 = 70 мм при размере щелей 0,4 мм.The following is an example embodiment of a device with an analyzer set to Bragg. In contrast to the above, we consider a variant of the device for the study of biomedical objects and laboratory animals, it differs in the use of the characteristic K _α1 line A _g ,

. The optical elements of the device are made of perfect single-crystal silicon. We choose reflecting planes of type 220, the Bragg angle θ = 8.40 ^o , the circuit 220, -220, 220 and calculate the parameters of the monochromators. Based on the conditions formulated above and taking into account the technological capabilities of existing equipment, we choose the asymmetry coefficient of the first monochromator equal to 0.02. Then the sliding angle of the beam incident on the first monochromator will be 24 ', and the size of the illuminated region on the crystal in the Bragg plane is L _M1 = 70 mm with a slit size of 0.4 mm.

Для повышения чувствительности рентгенооптической схемы зададимся коэффициентом асимметрии анализатора b = 1,5. Имея в виду, что в этом случае угловая величина склона КДО анализатора не превышает 0,5'', а ширина столика Дарвина равна 0,31'', определим желаемый коэффициент асимметрии второго монохроматора b₂ < 0,5''/(1,31'' • (0,02)^1/2) = 2,7. Это означает, что второй монохроматор в данном случае не является необходимым для осуществления предлагаемого способа фазовой рентгенографии, - достаточно двухкристальной схемы 220, -220 (фиг. 8).To increase the sensitivity of the X-ray optical scheme, we set the analyzer asymmetry coefficient b = 1.5. Bearing in mind that in this case the angular value of the slope of the analyzer BWW does not exceed 0.5``, and the width of the Darwin table is 0.31 '', we determine the desired asymmetry coefficient of the second monochromator b ₂ <0.5 '' / (1, 31 '' • (0.02) ^1/2 ) = 2.7. This means that the second monochromator in this case is not necessary for the implementation of the proposed method of phase radiography, a dual-crystal circuit 220, -220 is sufficient (Fig. 8).

Ширина пучка после отражения от первого монохроматора в предлагаемым устройстве составит 0,4 мм/0,02 = 20 мм, а размер освещаемой области на анализаторе в плоскости отражения - 110 мм. The beam width after reflection from the first monochromator in the proposed device will be 0.4 mm / 0.02 = 20 mm, and the size of the illuminated area on the analyzer in the reflection plane is 110 mm.

Толщина монохроматора должна намного превышать значение (2,3/0,74)cos(8,40^o - 0,33^o) = 3 мм при μ = 0,74 мм^-1, а толщина анализатора - значения 3,1 мм и 10Λ_hkl = 70 мкм. Таким образом, изготовив все кристаллы толщиной 6 мм, мы выполним все поставленные условия. При этом размеры кристаллов составят: монохроматор - 90 • 50 • 6 мм³, анализатор - 110 • 90 • 6 мм³.The thickness of the monochromator should be much greater than the value (2.3 / 0.74) cos (8.40 ^o - 0.33 ^o ) = 3 mm at μ = 0.74 mm ^-1 , and the thickness of the analyzer should be 3.1 mm and 10Λ _hkl = 70 μm. Thus, having made all the crystals with a thickness of 6 mm, we will fulfill all the conditions set. The size of the crystals will be: monochromator - 90 • 50 • 6 mm ³ , the analyzer - 110 • 90 • 6 mm ³ .

Кривизна кристаллов не должна превышать: для монохроматора - 5,5 • 10^-6/(2 • 70 мм) = 3,9 • 10^-8 мм^-1, для анализатора - 5,5 • 10^-6/(2 • 110 мм) = 2,5 • 10^-8 мм^-1. Поскольку коэффициент асимметрии анализатора превышает единицу, сечение отраженного от него пучка сужается по сравнению с сечением упавшего пучка в соответствующее число раз, в данном случае 1,5. Принимая разумными величину вертикальной расходимости β = 4,5^o и расстояния от центра анализатора, до центра приемной плоскости регистратора (например, рентгеновской пленки или входного окна координатно-чувствительного детектора) l_a-r = 120 мм, получим, что для того, чтобы обеспечить представление изображения объекта в масшатбе 1:1, следует согласно описанной выше процедуре развернуть приемную плоскость регистратора на угол κ = arcsin {20 мм/[1,5(20 мм + 120 мм • tg4,5^o)]} = 26,2^o.The curvature of the crystals should not exceed: for a monochromator - 5.5 • 10 ^-6 / (2 • 70 mm) = 3.9 • 10 ^-8 mm ^-1 , for an analyzer - 5.5 • 10 ^-6 / (2 • 110 mm) = 2.5 • 10 ^-8 mm ^-1 . Since the asymmetry coefficient of the analyzer exceeds unity, the cross section of the beam reflected from it narrows as compared to the cross section of the incident beam by the corresponding number of times, in this case 1.5. Taking reasonable the value of the vertical divergence β = 4.5 ^o and the distance from the center of the analyzer to the center of the receiving plane of the recorder (for example, an x-ray film or the input window of a coordinate-sensitive detector) l _ar = 120 mm, we get that in order to provide an idea images of the object at a scale of 1: 1, according to the procedure described above, expand the reception plane of the recorder at an angle κ = arcsin {20 mm / [1.5 (20 mm + 120 mm • tg4.5 ^o )]} = 26.2 ^o .

Рассмотрим пример выполнения третьего варианта устройства, осуществляющего соответствующий способ фазовой рентгенографии. Ключевым элементом устройства является специально приготовленный анализатор с одним или несколькими клиновидными участками на краях. Обратимся к первому из вариантов выполнения предлагаемых устройств. Для определения угла клина заметим, что размер входного окна двумерного координатно-чувствительного детектора, используемого для регистрации распределения интенсивностей в интерференционных полосах, H = 12,8 мм. Разрешающая способность описанного детектора ξ составит около 0,06 мм, следовательно, величина l_p должна удовлетворять условию: 4,2 мм > l_p >> 0,06. Выберем для определенности l_p = 1 мм. Тогда, учитывая, что экстинкционная длина, соответствующая симметричному отражению от плоскостей типа (220) в монокристалле кремния при освещении его излучением с длиной волны 0,201

, равна 0,1267 мм, определим угол клина равным ψ = 0,1267/1 рад = 6,8^o. Таким образом, приготовлен клиновидный участок шириной не менее 3 мм, чтобы на нем реализовалось не менее трех полос равного наклона. Приготовив анализатор и установив его в спектрометре, рассмотрим, каким образом будет происходить юстировка рентгенооптической схемы.Consider an example of the third embodiment of the device that implements the corresponding method of phase radiography. A key element of the device is a specially prepared analyzer with one or more wedge-shaped sections at the edges. We turn to the first embodiment of the proposed devices. To determine the wedge angle, we note that the size of the input window of the two-dimensional coordinate-sensitive detector used to record the intensity distribution in the interference bands is H = 12.8 mm. The resolution of the described detector ξ will be about 0.06 mm, therefore, the value of l _p must satisfy the condition: 4.2 mm> l _p >> 0.06. For definiteness, we choose l _p = 1 mm. Then, given that the extinction length corresponding to the symmetric reflection from planes of type (220) in a silicon single crystal when it is illuminated by radiation with a wavelength of 0.201

equal to 0.1267 mm, we define the angle of the wedge equal to ψ = 0.1267 / 1 rad = 6.8 ^o . Thus, a wedge-shaped section with a width of at least 3 mm is prepared so that at least three strips of equal slope are realized on it. Having prepared the analyzer and installing it in the spectrometer, we will consider how the adjustment of the X-ray optical scheme will occur.

На фиг. 9 схематично показан пример выполнения устройства с анализатором, имеющим клиновидные участки на краях. Рентгеновский пучок, проходя от источника 1 через коллиматор 2, падает под скользящим углом на первый монохроматор 3, отражаясь от которого, падает на второй монохроматор 4. Блок монохроматоров формирует таким образом слабо расходящийся пучок, величина расходимости которого известна, так как параметры монохроматоров 3 и 4 определены. Поскольку параметры анализаторов также известны, расчетным способом определяется картина распределения интенсивности в полосах равной толщины в пучке, например, отраженным от клиновидного участка анализатора - участок a(R) на фиг. 9. Координатно-чувствительный детектор 7 установлен таким образом, что он одновременно регистрирует и картину распределения полос равной толщины, и изображение объекта после установки последнего в рентгеновский пучок (участок пучка b(R)). Сцинтилляционный же детектор 8 установлен таким образом, что он регистрирует только пучок, прошедший через плоскопараллельный участок анализатора. In FIG. 9 schematically shows an example embodiment of a device with an analyzer having tapered sections at the edges. The x-ray beam passing from the source 1 through the collimator 2 falls at a sliding angle onto the first monochromator 3, reflecting from which it falls onto the second monochromator 4. The block of monochromators thus forms a slightly divergent beam, the divergence of which is known since the parameters of the monochromators 3 and 4 identified. Since the parameters of the analyzers are also known, the pattern of the intensity distribution in bands of equal thickness in the beam, for example, reflected from the wedge-shaped section of the analyzer — section a (R) in FIG. 9. The coordinate-sensitive detector 7 is installed in such a way that it simultaneously records both the pattern of distribution of strips of equal thickness and the image of the object after installing the latter in the x-ray beam (beam section b (R)). The scintillation detector 8 is installed in such a way that it registers only the beam that has passed through the plane-parallel section of the analyzer.

Вначале оператор наблюдает картину полос на видеоконтрольном устройстве 12, оценивает качество оптических элементов схемы и степень их юстировки, наблюдая за картиной распределения интенсивности в интерференционных полосах и за ее изменениями в процессе поворота анализатора вокруг оси, перпендикулярной плоскости дифракции и проходящей через центр кристалла. Основные типы нарушений и их влияние на распределение картины полос описаны выше. Вслед за тем, как оператор принял решение о соответствии наблюдаемой картины основным признаком параллельности и равномерности интенсивности в полосах, а также равномерному погасанию при отклонении анализатора от точного положения Брэгга, для более точной установки кристаллов в заданных углах вводится в действие устройство сравнения текущего распределения интенсивностей в полосах с заранее рассчитанным 11. Последнее связано с исполнительными механизмами поворота всех кристаллов 10, 10' и 10''. Исполнительные механизмы обеспечивают поворот всех кристаллов вокруг двух осей: вокруг брэгговской оси для всех кристаллов, вокруг азимутальной оси для кристаллов, установленных по Лауэ, и вокруг оси наклона для кристаллов, установленных по Брэггу. Мы имеем возможность ограничиться юстировочными поворотами вокруг двух осей, поскольку при изготовлении грани всех кристаллов приготавливаются с точностью не хуже 5'. First, the operator observes the pattern of the bands on the video control device 12, evaluates the quality of the optical elements of the circuit and the degree of their alignment, observing the pattern of the intensity distribution in the interference bands and its changes during the rotation of the analyzer around an axis perpendicular to the diffraction plane and passing through the center of the crystal. The main types of violations and their influence on the distribution of the pattern of bands are described above. After the operator made a decision on the correspondence of the observed pattern with the main sign of parallelism and uniformity of intensity in the bands, as well as uniform extinction when the analyzer deviates from the exact Bragg position, a device for comparing the current intensity distribution in bands with a pre-calculated 11. The latter is associated with actuators for turning all crystals 10, 10 'and 10' '. Actuators provide rotation of all crystals around two axes: around the Bragg axis for all crystals, around the azimuthal axis for Laue crystals, and around the tilt axis for Bragg crystals. We are able to limit ourselves to adjusting rotations around two axes, since in the manufacture of the facets of all crystals are prepared with an accuracy of no worse than 5 '.

После окончания юстировочных операций фиксируются величины сигналов, идущих от детекторов 8, 8' и 8'', которые представляют собой сцинтилляционные счетчики, в пучок вводится объект, и в показания детектора 8 вносится поправка в связи с ослаблением пучка. В дальнейшем контроль за положением кристаллов ведется автоматически с помощью упомянутых детекторов и приводом устройств позиционирования. After the adjustment operations are completed, the values of the signals coming from the detectors 8, 8 'and 8' ', which are scintillation counters, are recorded, an object is introduced into the beam, and correction is made to the readings of detector 8 due to the attenuation of the beam. Subsequently, the position of the crystals is monitored automatically by means of the aforementioned detectors and the drive of positioning devices.

Литература
1. Evance S. Quality of x-ray diagnostic images and metod of there of there improvement. In: The Physics of Medical Imaging. Ed. by Steve Webb. 1988. Adam Hiller, Bristol and Phyladelphia.Literature
1. Evance S. Quality of x-ray diagnostic images and metod of there of there improvement. In: The Physics of Medical Imaging. Ed. by Steve Webb. 1988. Adam Hiller, Bristol and Phyladelphia.

2. Foerster E., Goetz K., Zaumseil P. Double Crystal Diffractometry for the Characterization of Targets for Laser Fusion Experiments. Kristal und Technik, 1980, 15, N 8; p. 937 - 945. 2. Foerster E., Goetz K., Zaumseil P. Double Crystal Diffractometry for the Characterization of Targets for Laser Fusion Experiments. Kristal und Technik, 1980, 15, N 8; p. 937 - 945.

3. Подурец К.М., Соменков В.А., Шильштейн С.Ш. Радиография с рефракционным контрастом. ЖТФ, 1989, т. 59, N 6, с. 115 - 121. 3. Podurets K.M., Somenkov V.A., Shilstein S.Sh. Radiography with refractive contrast. ZhTF, 1989, v. 59, N 6, p. 115 - 121.

4. T. J. Davis, D.Gao, T.E.Gureyev, A.W.Stevenson, S.W.Wilkins. Phase-Contrast Imaging of Weakly absorbing Materials Using Hard X-rays. Letters to Nature. Nature, v. 373, Feb. 1995, p. 595 - 598. 4. T. J. Davis, D. Gao, T. E. Gureyev, A. W. Stevenson, S. W. Wilkins. Phase-Contrast Imaging of Weakly absorbing Materials Using Hard X-rays. Letters to Nature. Nature, v. 373, Feb. 1995, p. 595 - 598.

5. Ingal V.N., Beliaevskaya E.A., Efanov V.P. Method for obraining the image of the internal structure of object. Russian Patent N 2012872. Priority date: 14 of May 1991. USA, Patent N 5319694. 5. Ingal V.N., Beliaevskaya E.A., Efanov V.P. Method for obraining the image of the internal structure of object. Russian Patent N 2012 872. Priority date: 14 of May 1991. USA, Patent N 5319694.

6. Пинскер З.Г. Рентгеновская кристаллооптика. -М.: Наука, 1982. 6. Pinsker Z.G. X-ray crystal optics. -M .: Science, 1982.

7. Бушуев В. А., Ингал В.Н., Белявская Е.А. Динамическая теория формирования изображений некристаллических объектов в методе фазово-контрастной интроскопии. Кристаллография, 1996, N 5, с. 9 - 16. 7. Bushuev V. A., Ingal V.N., Belyavskaya E.A. The dynamic theory of imaging of non-crystalline objects in the method of phase contrast introscopy. Crystallography, 1996, N 5, p. 9 - 16.

8. Ингал В.Н., Беляевская Е.А. ЖТФ, 1993, т. 63, вып. 6, с. 137 - 145. 8. Ingal V.N., Belyaevskaya E.A. ZhTF, 1993, v. 63, no. 6, p. 137-145.

Claims (48)

1. Способ фазовой рентгенографии объектов, заключающийся в том, что в многокристальном рентгеновском спектрометре отражение от монокристалла монохроматора выбирают асимметричным с коэффициентом асимметрии
b₁= sin(θ₁-α₁)/sin(θ₁+α₁) < 1,
где θ₁ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей с индексами Миллера (hkl);
α₁ - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монокристалла,
определяют кривую дифракционного отражения (КДО) монокристалла анализатора, исследуемый объект размещают в рентгеновском пучке перед анализатором и регистрируют изображения объекта, отличающийся тем, что анализатор устанавливают в положение Лауэ, определяют КДО монокристалла анализатора в условиях освещения его нерасходящимся пучком и определяют расстояние Δθ_i между самыми сильными соседними максимумами углового Пенделлезунга, блок монохроматоров формируют из одного или нескольких монокристаллов, коэффициент асимметрии первого монохроматора выбирают из условия
b₁≥ sin2θ_c/sin2(θ₁-θ_c),
где θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора,
при наличии n последовательных монохроматоров задаются величинами b₂,... , b_k-1, b_k+1,..., b_n и рассчитывают коэффициент асимметрии k-го монохроматора по формуле
b_k< Δθ_i/(ω_ob $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ b₂...b_k-1b_k+1...b_n),
где ω_o - полуширина упомянутой КДО монокристалла анализатора,
кривизна поверхности монокристаллов монохроматоров и анализатора не превышает величины Δθ_i/2L, где L - размер освещенной области на поверхности монокристалла в плоскости дифракции, выбирают толщину монокристалла анализатора t так, чтобы она удовлетворяла однвременно условиям
t ≤ 1/μ,
где μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в монокристалле,
t = Λ_hkl(2m+1)/2C,
где Λ_hkl - глубина экстинкции, отвечающая выбранному отражению в анализаторе;
C - фактор поляризации;
m - целое число,
юстируют упомянутые монохроматоры, устанавливая их в угловых положениях в пределах КДО монохроматоров, размещают исследуемый объект на расстоянии от анализатора, для регистрации изображения объекта выбирают угловые положения анализатора в пределах его КДО, регистрацию изображения ведут либо в обоих пучках за анализатором - прошедшем и дифрагированном, либо в одном из них.1. The method of phase radiography of objects, which consists in the fact that in a multichip X-ray spectrometer, reflection from a single crystal of a monochromator is chosen asymmetric with an asymmetry coefficient
b ₁ = sin (θ ₁ -α ₁ ) / sin (θ ₁ + α ₁ ) <1,
where θ ₁ is the Bragg angle of the selected system of reflecting planes with Miller indices (hkl);
α ₁ - the angle between the system of reflective planes and the surface of the single crystal,
determine the diffraction reflection curve (BWW) of the analyzer single crystal, the test object is placed in an X-ray beam in front of the analyzer and image images of the object are recorded, characterized in that the analyzer is set to Laue, the BWW of the analyzer single crystal is determined under conditions of illumination with its non-diverging beam and the distance Δθ _i between the strong neighboring maxima of the angular Pendelezung, a block of monochromators is formed from one or more single crystals, the asymmetry coefficient of the first onohromatora selected from conditions
b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ -θ _c ),
where θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator,
in the presence of n consecutive monochromators are set by the values of b ₂ , ..., b _k-1 , b _{k + 1} , ..., b _n and the asymmetry coefficient of the k-th monochromator is calculated by the formula
b _k <Δθ _i / (ω _o b $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ b ₂ ... b _k-1 b _{k + 1} ... b _n ),
where ω _o is the half-width of the said BWW of the analyzer single crystal,
the surface curvature of the single crystals of the monochromators and the analyzer does not exceed Δθ _i / 2L, where L is the size of the illuminated region on the surface of the single crystal in the diffraction plane, the thickness of the analyzer single crystal t is selected so that it satisfies simultaneously the conditions
t ≤ 1 / μ,
where μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in a single crystal,
t = Λ _hkl (2m + 1) / 2C,
where Λ _hkl is the extinction depth corresponding to the selected reflection in the analyzer;
C is the polarization factor;
m is an integer
adjust the said monochromators, installing them in angular positions within the BWW of the monochromators, place the object under investigation at a distance from the analyzer, select the angular positions of the analyzer within its BWW to register the image of the object, image registration is carried out either in both beams behind the analyzer - transmitted and diffracted, or in one of them. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в монокристалле анализатора выбирают асимметричное отражение с коэффициентом асимметрии b < 1. 2. The method according to claim 1, characterized in that an asymmetric reflection with an asymmetry coefficient b <1 is selected in the analyzer single crystal. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в монокристаллах монохроматоров и аализатора выбирают отражающие плоскости с индексами низких порядков. 3. The method according to claim 1, characterized in that in the single crystals of monochromators and an analyzer, reflective planes with indices of low orders are selected. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в n последовательно установленных монокристаллах многокристально спектрометра используют брэгговские отражения от плоскостей типа hkl, (-h)(-k)(-l),..., (τh)(τk)(τl) где τ = (-1)^j-1, = 1,2,..., (n + 1).4. The method according to p. 1, characterized in that in n series-mounted single crystals of a multichip spectrometer, Bragg reflections from planes of the type hkl, (-h) (- k) (- l), ..., (τh) (τk) are used (τl) where τ = (-1) ^j-1 , = 1,2, ..., (n + 1). 5. Способ по любому из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что угловые положения монохроматоров и анализатора контролируют с помощью мониторных каналов, мониторные каналы образуют из детекторов, установленных за каждым из монокристаллов по ходу пучка, выработанный детекторами сигнал направляют в устройство сравнения текущего сигнала с реперным, дифференциальный сигнал, выработанный упомянутым устройством, направляют на исполнительные механизмы позиционирования монокристаллов, содержащихся в рентгеновском спектрометре. 5. The method according to any one of paragraphs. 1 - 4, characterized in that the angular positions of the monochromators and the analyzer are controlled using the monitor channels, the monitor channels are formed from detectors installed behind each of the single crystals along the beam, the signal generated by the detectors is sent to the device for comparing the current signal with the reference signal, the differential signal generated the said device is sent to the actuating mechanisms for positioning the single crystals contained in the x-ray spectrometer. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в части пучка перед анализатором размещают тестовый объект, имеющий форму, поддающуюся аналитическому описанию, расчетным путем определяют распределение интенсивности в изображении тестового объекта в условиях падения на него пучка с заданной расходимостью, двумерным координатно-чувствительным детектором регистрируют распределение интенсивности в изображении тестового объекта в отсутствии исследуемого объекта, сравнивают расчетное и зарегистрированное распределения интенсивностей, юстировочными движениями устанавливают такое взаимное расположение всех элементов рентгенооптической схемы, при котором картины расчетного и зарегистрированного распределений совпадают, фиксируют в этом положении показания во всех мониторных каналах, которые рассматриваются как реперные, за исключением канала анализатора, устанавливают объект в рентгеновском пучке, вносят корректировку в показания мониторного канала анализатора в связи с ослаблением излучения в объекте и рассматривают эти показания как реперные, ведут регистрацию изображения объекта, во время которой осуществляют мониторинг за положением всех монокристаллов. 6. The method according to claim 5, characterized in that in the part of the beam in front of the analyzer a test object is placed, having a shape that can be analytically described, the intensity distribution in the image of the test object is determined by calculation under conditions of a beam falling on it with a given divergence, two-dimensional coordinate a sensitive detector records the intensity distribution in the image of the test object in the absence of the object being studied, compares the calculated and recorded intensity distributions, adjusting with the help of movements, they establish a mutual arrangement of all elements of the X-ray optical scheme in which the patterns of the calculated and registered distributions coincide, record the readings in this position in all monitor channels, which are considered as reference ones, with the exception of the analyzer channel, install the object in the x-ray beam, and make corrections to the readings monitor channel of the analyzer in connection with the attenuation of radiation in the object and consider these readings as benchmarks, record the image object, during which they monitor the position of all single crystals. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на месте анализатора в положении Лауэ размещают клиновидный монокристалл, за клиновидным монокристаллом в любом из пучков - прошедшем или дифрагированном - располагают двумерный координатно-чувствительный детектор, угол наклона клина ψ выбирают из условия
ψ = Λ_hkl/I_p,
где величина l_p удовлетворяет условию
H/3 > I_p≫ ξ,
где H - размер входного окна двумерного координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции;
ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора,
рассчитывают распределение интенсивностей интерференционных полос за клиновидным монокристаллом в том из пучков, прошедшем или дифрагированном, в котором расположен упомянутый детектор, двумерным координатно-чувствительным детектором регистрируют фактическое распределение интенсивностей интерференционных полос в выбранном пучке и сравнивают его с расчетным, юстировочными движениями монохроматоров добиваются такого их взаимного расположения, при котором зарегистрированное и расчетное распределения совпадают, фиксируют монохроматоры в этих положениях, определяя соответствующие реперные сигналы, клиновидный монокристалл заменяют анализатором согласно выбранной рентгенооптической схеме, юстируют анализатор, используя упомянутый координатно-чувствительный детектор, устанавливают объект и определяют реперный сигнал для мониторного канала анализатора, ведут регистрацию изображения объекта, во время которой осуществляют мониторинг за положением всех монокристаллов.7. The method according to claim 1, characterized in that a wedge-shaped single crystal is placed in place of the analyzer in the Laue position, a wedge-shaped single crystal is placed behind any wedge-shaped single crystal — transmitted or diffracted — a two-dimensional coordinate-sensitive detector, the wedge angle ψ is selected from the condition
ψ = Λ _hkl / I _p ,
where l _p satisfies the condition
H / 3> I _p ≫ ξ,
where H is the size of the input window of a two-dimensional coordinate-sensitive detector in the diffraction plane;
ξ is the spatial resolution of said detector,
calculate the distribution of the intensities of the interference bands behind the wedge-shaped single crystal in that of the beams transmitted or diffracted, in which the said detector is located, with a two-dimensional coordinate-sensitive detector, record the actual distribution of the intensities of the interference bands in the selected beam and compare it with the calculated, alignment movements of the monochromators to achieve their mutual the location at which the recorded and calculated distributions coincide, fix monochromatic the mators in these positions, determining the corresponding reference signals, replace the wedge-shaped single crystal with the analyzer according to the selected X-ray optical scheme, align the analyzer using the coordinate-sensitive detector mentioned above, set up the object and determine the reference signal for the analyzer monitor channel, record the image of the object during which monitoring is carried out behind the position of all single crystals. 8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что объект поворачивают в рентгеновском пучке вокруг одной или нескольких осей. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the object is rotated in an x-ray beam around one or more axes. 9. Способ фазовой рентгенографии объектов, заключающийся в том, что в многокристальном рентгеновском спектрометре отражение от монокристалла монохроматора выбирают асимметричным с коэффициентом асимметрии
b₁= sin(θ₁-α₁)/sin(θ₁+α₁) < 1,
где θ₁ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей с индиксами Миллера (hkl), а
α₁ - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монокристалла,
определяют кривую дифракционного отражения (КДО) монокристалла анализатора, исследуемый объект размещают в рентгеновском пучке перед анализатором и регистрируют изображения объекта, отличающийся тем, что анализатор устанавливают в положение Брэгга, по упомянутой КДО монокристалла анализатора определяют угловые интервалы δθ положений анализатора, соответствующие склонам КДО, и угловую ширину столика Дарвина ω_в, блок монохроматоров формируют из одного или нескольких монокристаллов, коэффициент асимметрии первого монохроматора выбирают из условия
b₁≥ sin2θ_c/sin2(θ₁-θ_c),
где θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора,
при наличии n последовательных монохроматоров задаются величинами b₂,... , b_k-1, b_k+1,..., b_n и рассчитывают коэффициент асимметрии k-го монохроматора по формуле
b_k< δθ_i/(ω_ob $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ b₂...b_k-1b_k+1...b_n),
кривизна поверхости монокристаллов монохроматоров и анализатора не превышает величины δθ/2L, где L - размер освещенной области на поверхности монокристалла в плоскости дифракции, выбирают толщину анализатора t так, чтобы выполнялось условие t > 10Λ_hkl, где Λ_hkl - глубина экстинкции, отвечающая выбранному отражению в анализаторе, юстируют упомянутые монохроматоры, устанавливая их в угловые положения в пределах КДО монохроматоров, размещают исследуемый объект на расстоянии от анализатора, для регистрации изображения объекта анализатора устанавливают в угловые положения в пределах КДО анализатора.9. The method of phase radiography of objects, which consists in the fact that in a multi-chip X-ray spectrometer, reflection from a single crystal of a monochromator is chosen asymmetric with an asymmetry coefficient
b ₁ = sin (θ ₁ -α ₁ ) / sin (θ ₁ + α ₁ ) <1,
where θ ₁ is the Bragg angle of the selected system of reflecting planes with Miller indices (hkl), and
α ₁ - the angle between the system of reflective planes and the surface of the single crystal,
determine the diffraction reflection curve (BWW) of the analyzer single crystal, the test object is placed in an X-ray beam in front of the analyzer and image of the object is recorded, characterized in that the analyzer is set to the Bragg position, the angular intervals δθ of the analyzer positions corresponding to the BWW slopes are determined from the BWW of the analyzer single crystal, and angular width ω Darwin _{in the} table, monochromators block form of one or more single crystals skewness first monochromator sps rayut of conditions
b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ -θ _c ),
where θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator,
in the presence of n consecutive monochromators are set by the values of b ₂ , ..., b _k-1 , b _{k + 1} , ..., b _n and the asymmetry coefficient of the k-th monochromator is calculated by the formula
b _k <δθ _i / (ω _o b $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ b ₂ ... b _k-1 b _{k + 1} ... b _n ),
the surface curvature of the single crystals of the monochromators and the analyzer does not exceed δθ / 2L, where L is the size of the illuminated region on the surface of the single crystal in the diffraction plane, the analyzer thickness t is chosen so that the condition t> 10Λ _{hkl is} satisfied, where Λ _hkl is the extinction depth corresponding to the selected reflection in the analyzer, adjust the aforementioned monochromators, setting them in angular positions within the BWW of the monochromators, place the test object at a distance from the analyzer, to register the image of the analyzer object Pour into angular positions within the BWW of the analyzer. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что для регистрации изображения объекта анализатор устанавливают в угловые положения, отклоненные от точного брэгговского на угол Δθ при условии, что

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что в монокристалле анализаторе выбирают асимметричное отражение с коэффициентом асимметрии b > 1 или b < 1.10. The method according to claim 9, characterized in that for registering the image of the object, the analyzer is installed in angular positions deviated from the exact Bragg angle Δθ, provided that

11. The method according to claim 9, characterized in that an asymmetric reflection with an asymmetry coefficient b> 1 or b <1 is selected in a single crystal analyzer. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что в монокристаллах монохроматоров и анализатора выбирают отражающие плоскости с индиксами низких порядков. 12. The method according to claim 9, characterized in that in the single crystals of the monochromators and the analyzer, reflective planes with indices of low orders are selected. 13. Способ по п.9, отличающийся тем, что в n последовательно установленных монокристаллах многокристального спектрометра используют брэгговские отражения от плоскостей типа hkl, (-h)(-k)(-l),..., (τh)(τk)(τl), где τ = (-1)^j-1, j = 1, 2,..., (n + 1).13. The method according to claim 9, characterized in that in n series-mounted single crystals of a multichip spectrometer, Bragg reflections from planes of the type hkl, (-h) (- k) (- l), ..., (τh) (τk) are used (τl), where τ = (-1) ^j-1 , j = 1, 2, ..., (n + 1). 14. Способ по любому из пп.9 - 13, отличающийся тем, что угловые положения монохроматоров и анализатора контролируют с помощью мониторных каналов, мониторные каналы образуют из детекторов, установленных за каждым из монокристаллов по ходу пучка, выработанный детекторами сигнал направляют в устройство сравнения текущего сигнала с реперным, дифференциальный сигнал, выработанный упомянутым устройством, направляют на исполнительные механизмы позиционирования монокристаллов, содержащихся в рентгеновском спектрометре. 14. The method according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the angular positions of the monochromators and the analyzer are controlled using the monitor channels, the monitor channels are formed from detectors installed behind each of the single crystals along the beam, the signal generated by the detectors is sent to a current comparison device a signal with a reference, the differential signal generated by the aforementioned device is sent to the actuating mechanisms for positioning the single crystals contained in the x-ray spectrometer. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что в части пучка перед анализатором размещают тестовый объект, имеющий форму, поддающуюся аналитическому описанию, расчетным путем определяют распределение интенсивности в изображении тестового объекта в условиях падения на него пучка с заданной расходимостью, двумерным координатно-чувствительным детектором регистрируют распределение интенсивности в изображении тестового объекта в отсутствие исследуемого объекта, сравнивают расчетное и зарегистрированное распределения интенсивностей, юстировочными движениями устанавливают такое взаимное расположение всех элементов рентгенооптической схемы, при котором картины расчетного и зарегистрированного распределений совпадают, фиксируют в этом положении показания во всех мониторных каналах, которые рассматриваются как реперные, за исключением канала анализатора, устанавливают объект в рентгеновском пучке, вносят корректировку в показания мониторного канала анализатора в связи с ослаблением излучения в объекте и рассматривают эти показания как реперные, ведут регистрацию изображения объекта, во время которой осуществляют мониторинг за положением всех монокристаллов. 15. The method according to 14, characterized in that in the part of the beam in front of the analyzer a test object is placed, having a shape that can be analytically described, the intensity distribution in the image of the test object is determined by calculation under conditions of a beam falling on it with a given divergence, two-dimensional coordinate with a sensitive detector, the intensity distribution is recorded in the image of the test object in the absence of the studied object, the calculated and recorded intensity distributions are compared; With these movements, we establish a mutual arrangement of all elements of the X-ray optical scheme in which the patterns of the calculated and recorded distributions coincide, record the readings in this position in all monitor channels, which are considered as reference ones, with the exception of the analyzer channel, install the object in the x-ray beam, and make corrections to the readings monitor channel of the analyzer in connection with the attenuation of radiation in the object and consider these readings as benchmarks, record images object, during which they monitor the position of all single crystals. 16. Способ по п.9, отличающийся тем, что на месте анализатора в положении Лауэ размещают клиновидный монокристалл, за клиновидным монокристаллом в любом из пучков - прошедшем или дифрагированном - располагают двумерный координатно-чувствительный детектор, угол наклона клина ψ выбирают из условия
ψ = Λ_hkl/I_p,
где величина l_p удовлетворяет условию
H/3 > I_p≫ ξ,
где H - размер входного окна двумерного координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции;
ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора,
рассчитывают распределение интенсивностей интерференционных полос за клиновидным монокристаллом в том из пучков, прошедшем или дифрагированном, в котором расположен упомянутый детектор, двумерным координатно-чувствительным детектором регистрируют фактическое распределение интенсивностей интерференционных полос в выбранном пучке и сравнивают его с расчетным, юстировочными движениями монохроматоров добиваются такого их взаимного расположения, при котором зарегистрированное и расчетное распределения совпадают, фиксируют монохроматоры в этих положениях, определяя соответствующие реперные сигналы, клиновидный монокристалл заменяют анализатором согласно выбранной рентгенооптической схеме, юстируют анализатор, используя упомянутый координатно-чувствительный детектор, устанавливают объект и определяют реперный сигнал для мониторного канала анализатора, ведут регистрацию изображения объекта, во время которой осуществляют мониторинг за положением всех монокристаллов.16. The method according to claim 9, characterized in that a wedge-shaped single crystal is placed in place of the analyzer in the Laue position, a two-dimensional coordinate-sensitive detector is placed behind the wedge-shaped single crystal in any of the beams, transmitted or diffracted, the wedge angle ψ is selected from the condition
ψ = Λ _hkl / I _p ,
where l _p satisfies the condition
H / 3> I _p ≫ ξ,
where H is the size of the input window of a two-dimensional coordinate-sensitive detector in the diffraction plane;
ξ is the spatial resolution of said detector,
calculate the distribution of the intensities of the interference bands behind the wedge-shaped single crystal in that of the beams transmitted or diffracted, in which the said detector is located, with a two-dimensional coordinate-sensitive detector, record the actual distribution of the intensities of the interference bands in the selected beam and compare it with the calculated, alignment movements of the monochromators to achieve their mutual the location at which the recorded and calculated distributions coincide, fix monochromatic the mators in these positions, determining the corresponding reference signals, replace the wedge-shaped single crystal with the analyzer according to the selected X-ray optical scheme, align the analyzer using the coordinate-sensitive detector mentioned above, set up the object and determine the reference signal for the analyzer monitor channel, record the image of the object during which monitoring is carried out behind the position of all single crystals. 17. Способ по любому из пп.9 - 16, отличающийся тем, что объект поворачивают в рентгеновском пучке вокруг одной или нескольких осей. 17. The method according to any one of paragraphs.9 to 16, characterized in that the object is rotated in an x-ray beam around one or more axes. 18. Способ фазовой рентгенографии объектов, заключающийся в том, что в многокристальном рентгеновском спектрометре отражение от монокристалла монохроматора выбирают асимметричным с коэффициентом асимметрии
b₁= sin(θ₁-α₁)/sin(θ₁+α₁) < 1,
где θ₁ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей с индексами Миллера (hkl),
α₁ - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монокристалла,
определяют кривую дифракционного отражения (КДО) монокристалла анализатора, исследуемый объект размещают в рентгеновском пучке перед анализатором и регистрируют изображения объекта, сформированные брэгговским отражением от анализатора, отличающийся тем, что блок монохроматоров формируют из одного или нескольких монокристаллов, систему мониторинга выполняют двухканальной, причем в первом канале устанавливают двумерный координатно-чувствительный детектор, анализатор приготавливают в виде плоскопараллельной пластины с одним или двумя клиновидными участками на краях пластины, углы клиньев ψ выбирают из условия ψ = Λ_hkl/I_p,
где Λ_hkl - глубина экстинкции, отвечающая выбранному отражению в анализаторе;
величина l_p удовлетворяет условию
H/3 > I_p≫ ξ,
где H - размер входного окна двумерного координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции;
ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора,
выбирают толщину плоскопараллельной части анализатора t из условия
t ≤ 1/μ,
где μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в монокристалле,
анализатор устанавливают в положение Лауэ, рассчитывают распределения интенсивностей интерференционных полос в пучках, прошедшем и дифрагированном на клиновидных участках анализатора в условиях освещения их рентгеновским пучком с заданной расходимостью, образуют первый мониторный канал, установив двумерный координатно-чувствительный детектор в части пучка, прошедшего или дифрагированного от клиновидного участка анализатора, образуют второй мониторный канал, разместив один из детекторов в части пучка, прошедшего или дифрагированного от плоскопараллельного участка анализатора, а остальные - в пучках, отраженных каждым из монохроматоров, регистрируют распределение интенсивности интерференционных полос в первом мониторном канале в отсутствие объекта, сравнивают расчетное распределение с зарегистрированным, юстировочными движениями устанавливают такое взаимное расположение всех элементов рентгенооптической схемы, при котором картины расчетного и зарегистрированного распределений совпадают, в этом положении элементов рентгенооптической схемы определяют показания детекторов, установленных за монохроматорами, которые в дальнейшем рассматривают как реперные, устанавливают объект в рентгеновском пучке, определяют показания детектора, установленного за анализатором, и рассматривают эти показания как реперные, ведут регистрацию изображения объекта, во время которой по второму мониторному каналу контролируют угловые положения всех монокристаллов, используя реперные показания детекторов.18. The method of phase radiography of objects, which consists in the fact that in a multi-chip X-ray spectrometer, the reflection from the monochromator single crystal is selected asymmetric with an asymmetry coefficient
b ₁ = sin (θ ₁ -α ₁ ) / sin (θ ₁ + α ₁ ) <1,
where θ ₁ is the Bragg angle of the selected system of reflecting planes with Miller indices (hkl),
α ₁ - the angle between the system of reflective planes and the surface of the single crystal,
the diffraction reflection curve (BWO) of the analyzer single crystal is determined, the test object is placed in an X-ray beam in front of the analyzer and the object images formed by the Bragg reflection from the analyzer are recorded, characterized in that the block of monochromators is formed from one or more single crystals, the monitoring system is performed two-channel, and in the first a two-dimensional coordinate-sensitive detector is installed in the channel, the analyzer is prepared in the form of a plane-parallel plate with one or two knowing the wedge-shaped areas at the edges of the plate, the wedge angles ψ are selected from the condition ψ = Λ _hkl / I _p ,
where Λ _hkl is the extinction depth corresponding to the selected reflection in the analyzer;
l _p satisfies the condition
H / 3> I _p ≫ ξ,
where H is the size of the input window of a two-dimensional coordinate-sensitive detector in the diffraction plane;
ξ is the spatial resolution of said detector,
the thickness of the plane-parallel part of the analyzer t is selected from the condition
t ≤ 1 / μ,
where μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in a single crystal,
the analyzer is set to Laue, the intensity distributions of interference fringes in the beams transmitted and diffracted on the wedge-shaped sections of the analyzer are calculated under the conditions of illumination by an X-ray beam with a given divergence, they form the first monitor channel by installing a two-dimensional coordinate-sensitive detector in the part of the beam transmitted or diffracted from the wedge-shaped portion of the analyzer, form a second monitor channel by placing one of the detectors in the part of the beam transmitted or diffracted from the plane-parallel section of the analyzer, and the rest in the beams reflected by each of the monochromators, record the distribution of the intensity of interference fringes in the first monitor channel in the absence of an object, compare the calculated distribution with the recorded, alignment movements establish such a mutual arrangement of all elements of the X-ray optical scheme, in which the picture calculated and recorded distributions coincide, in this position of the elements of the x-ray optical scheme determine The indications of the detectors installed behind the monochromators, which are subsequently considered as reference ones, install the object in the x-ray beam, determine the readings of the detector installed behind the analyzer, and consider these indications as reference ones, record the image of the object during which the angular positions are monitored through the second monitor channel all single crystals using the reference readings of the detectors. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что анализатор приготавливают с одним клиновидным участком так, чтобы основание клина было перпендикулярным или параллельным плоскости дифракции. 19. The method according to p. 18, characterized in that the analyzer is prepared with one wedge-shaped section so that the base of the wedge is perpendicular or parallel to the diffraction plane. 20. Способ по п.18, отличающийся тем, что анализатор приготавливают с двумя взаимно перпендикулярными клиновидными участками. 20. The method according to p. 18, characterized in that the analyzer is prepared with two mutually perpendicular wedge-shaped sections. 21. Способ по п. 18, отличающийся тем, что после юстировки размещают двумерный координатно-чувствительный детектор в пучке, прошедшем или отраженном от плоскопараллельного участка анализатора, не занятом вторым мониторным каналом, и ведут регистрацию изображения объекта. 21. The method according to p. 18, characterized in that after the adjustment, a two-dimensional coordinate-sensitive detector is placed in a beam transmitted or reflected from a plane-parallel section of the analyzer not occupied by the second monitor channel, and the image of the object is recorded. 22. Способ по любому из пп.18 - 21, отличающийся тем, что объект поворачивают в рентгеновском пучке вокруг одной или нескольких осей. 22. The method according to any one of claims 18 to 21, characterized in that the object is rotated in an X-ray beam around one or more axes. 23. Устройство для фазовой рентгенографии объектов, включающее многокристальный рентгеновский спектрометр, в котором монохроматор выполнен в виде монокристалла с коэффициентом асимметрии
b₁= sin(θ₁-α₁)/sin(θ₁+α₁) < 1,
где θ₁ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей с индексами Миллера (hkl);
α₁ - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монокристалла, установленного в положение брэгговской дифракции по отношению к упомянутым плоскостям (hkl),
монокристалл анализатора, характеризующийся кривой дифракционного отражения (КДО) с известной полушириной ω_o, установлен в положение брэгговской дифракции по отношению к падающему на него пучку, средства для размещения объекта установлены перед анализатором, система регистрации изображения объекта установлена после анализатора, отличающееся тем, что блок монохроматоров выполнен из одного или нескольких монокристаллов, последовательно отражающих падающий на них рентгеновский пучок, анализатор установлен в положение Лауэ, первый монохроматор выполнен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b₁≥ sin2θ_c/sin2(θ₁-θ_c), где θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора, при наличии n последовательных монохроматоров с коэффициентами асимметрии отражающих плоскостей b₂, ..., b_k-1, b_k+1,..., b_n k-й монохроматор с коэффициентом асимметрии
b_k< Δθ_i/(ω_ob $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ b₂...b_k-1b_k+1...b_n),
где Δθ_o - угловое расстояние между самыми сильными соседними максимумами углового Пенделлезунга на упомянутой КДО анализатора при условии освещения его нерасходящимся пучком,
кривизна поверхности монокристаллов монохроматоров и анализатора не превышает величины Δθ_i/2L, где L - размер освещенной области на поверхности каждого из монокристаллов в плоскости дифракции, анализатор выполнен с толщиной t, одновременно удовлетворяющей двум условиям
t ≤ 1/μ,
где μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в монокристалле,
t = Λ_hkl(2m+1)/2C,
где Λ_hkl - глубина экстинкции, отвечающая выбранному отражению в анализаторе;
C - поляризационный множитель,
m - целое число,
средства для размещения исследуемого объекта установлены на расстоянии от анализатора, все монокристаллы снабжены средствами для их юстировки в пределах углов их КДО, система регистрации изображения снабжена средствами для ее установки за анализатором либо в обоих пучках, прошедшем и дифрагированном, либо в одном из пучков.23. Device for phase radiography of objects, including a multi-chip X-ray spectrometer, in which the monochromator is made in the form of a single crystal with an asymmetry coefficient
b ₁ = sin (θ ₁ -α ₁ ) / sin (θ ₁ + α ₁ ) <1,
where θ ₁ is the Bragg angle of the selected system of reflecting planes with Miller indices (hkl);
α ₁ is the angle between the system of reflecting planes and the surface of the single crystal set to the position of the Bragg diffraction relative to the mentioned planes (hkl),
a single crystal of the analyzer, characterized by a diffraction reflection curve (KDO) with a known half-width ω _o , is set to the position of the Bragg diffraction relative to the incident beam, means for placing the object are installed in front of the analyzer, the image registration system of the object is installed after the analyzer, characterized in that the block monochromators is made of one or more single crystals, successively reflecting the incident x-ray beam, the analyzer is set to Laue, the first mo ohromator configured asymmetry coefficient reflecting planes b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ -θ _c), where θ _c - critical angle of total external reflection of X-ray monochromator from the surface, the presence of n consecutive monochromators with coefficients asymmetry reflecting planes b _2, ..., b _k-1 , b _{k + 1} , ..., b _{n the} k-th monochromator with an asymmetry coefficient
b _k <Δθ _i / (ω _o b $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ b ₂ ... b _k-1 b _{k + 1} ... b _n ),
where Δθ _o is the angular distance between the strongest neighboring maxima of the angular Pendelezung at the mentioned BWW of the analyzer, provided it is illuminated with a non-diverging beam,
the surface curvature of the single crystals of the monochromators and the analyzer does not exceed Δθ _i / 2L, where L is the size of the illuminated region on the surface of each of the single crystals in the diffraction plane, the analyzer is made with a thickness t simultaneously satisfying two conditions
t ≤ 1 / μ,
where μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in a single crystal,
t = Λ _hkl (2m + 1) / 2C,
where Λ _hkl is the extinction depth corresponding to the selected reflection in the analyzer;
C is the polarization factor,
m is an integer
Means for placing the object under study are installed at a distance from the analyzer, all single crystals are equipped with means for aligning them within the angles of their BWW, the image registration system is equipped with means for installing it behind the analyzer, either in both beams, transmitted and diffracted, or in one of the beams. 24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что монокристалл анализатор приготовлен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b > 1. 24. The device according to item 23, wherein the single crystal analyzer is prepared with an asymmetry coefficient of the reflecting planes b> 1. 25. Устройство по п.23, отличающееся тем, что монокристаллы монохроматоров и анализатора приготовлены с отражающими плоскостями, имеющими индексы низких порядков. 25. The device according to item 23, wherein the single crystals of the monochromators and the analyzer are prepared with reflective planes having indices of low orders. 26. Устройство по п.23, отличающийся тем, что n последовательно установленных монокристаллов многокристального спектрометра приготовлены с отражающими плоскостями типа hkl, (-h)(-k)(-l),...,(τh)(τk)(τl), где τ = (-1)^j-1, j = 1,2,..., n + 1.26. The device according to item 23, wherein the n series of single crystals of a multi-chip spectrometer are prepared with reflective planes such as hkl, (-h) (- k) (- l), ..., (τh) (τk) (τl ), where τ = (-1) ^j-1 , j = 1,2, ..., n + 1. 27. Устройство по любому из пп.23 - 26, отличающееся тем, что оно снабжено мониторными каналами для контроля угловых положений монохроматоров и анализатора, включающими детекторы излучения, устройства сравнения текущего сигнала с реперным, связанные с исполнительными устройствами позиционирования каждого монокристалла. 27. The device according to any one of paragraphs.23 to 26, characterized in that it is equipped with monitor channels for monitoring the angular positions of the monochromators and the analyzer, including radiation detectors, devices for comparing the current signal with the reference signal associated with positioning actuators for each single crystal. 28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что детекторы излучения, входящие в мониторные каналы, выполнены в виде сцинтилляционных счетчиков и установлены за соответствующими монокристаллами в части пучка, не использующейся для формирования изображения объекта. 28. The device according to item 27, wherein the radiation detectors included in the monitor channels are made in the form of scintillation counters and are installed behind the corresponding single crystals in the part of the beam that is not used to image the object. 29. Устройство по п.27, отличающееся тем, что детекторы, входящие в мониторные каналы, выполнены в виде ионизационных камер, имеющих рентгенопрозрачные и бесструктурные входное и выходное окна, и установлены за соответствующими монокристаллами в части пучка, использующейся для формирования изображения объекта. 29. The device according to item 27, wherein the detectors included in the monitor channels are made in the form of ionization chambers having x-ray transparent and structureless input and output windows, and are installed behind the corresponding single crystals in the part of the beam used to form the image of the object. 30. Устройство по п.27, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью размещения перед анализатором тестового объекта, имеющего форму, поддающуюся аналитическому описанию, в части пучка, содержащей изображение тестового объекта, установлен двумерный координатно-чувствительный детектор, все элементы рентгенооптической схемы снабжены юстировочными средствами, а также средствами фиксации этих элементов, упомянутый двумерный координатно-чувствительный детектор соединен с устройством сравнения расчетного и зарегистрированного распределений интенсивности, которое соединено с исполнительными устройствами позиционирования каждого монокристалла. 30. The device according to p. 27, characterized in that it is arranged to place in front of the analyzer a test object having a shape that can be analytically described in the part of the beam containing the image of the test object, a two-dimensional coordinate-sensitive detector is installed, all elements of the x-ray optical circuit are equipped adjustment means, as well as means of fixing these elements, the aforementioned two-dimensional coordinate-sensitive detector is connected to a device for comparing the calculated and registered distribution intensity unit, which is connected to the positioning actuators of each single crystal. 31. Устройство по п.27, отличающееся тем, что введено средство для замены анализатора клиновидным монокристаллом, установленным в положении Лауэ и выполненным с углом клина ψ, определяемым из условия
ψ = Λ_hkl/I_p,
где величина l_p удовлетворяет условию
H/3 > I_p≫ ξ,
где H - размер входного окна двумерного координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции;
ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора,
за клиновидным монокристаллом в выбранном пучке - прошедшем или дифрагированном - расположен упомянутый двумерный координатно-чувствительный детектор, соединенный с устройством сравнения фактического распределения интенсивностей с расчетным, которое соединено с исполнительными устройствами позиционирования каждого из монохроматоров, устройства позиционирования монохроматоров снабжены средствами их фиксации в угловых положениях, при которых расчетное и фактическое распределения интенсивностей совпадают.31. The device according to p. 27, characterized in that the means for replacing the analyzer with a wedge-shaped single crystal installed in the Laue position and made with a wedge angle ψ, determined from the condition
ψ = Λ _hkl / I _p ,
where l _p satisfies the condition
H / 3> I _p ≫ ξ,
where H is the size of the input window of a two-dimensional coordinate-sensitive detector in the diffraction plane;
ξ is the spatial resolution of said detector,
behind the wedge-shaped single crystal in the selected beam - transmitted or diffracted - is located the aforementioned two-dimensional coordinate-sensitive detector connected to a device for comparing the actual intensity distribution with the calculated one, which is connected to actuating devices for positioning each of the monochromators, the positioning devices of the monochromators are equipped with means for fixing them in angular positions, at which the calculated and actual intensity distributions coincide. 32. Устройство по любому из пп.23 - 31, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средства сканирования объекта в пучке, сформированном блоком монохроматоров. 32. The device according to any one of paragraphs.23 to 31, characterized in that the device further comprises means for scanning an object in a beam formed by a block of monochromators. 33. Устройство по любому из пп.23 - 32, отличающееся тем, что устройство содержит средства для поворотов объекта в пучке вокруг одной или нескольких осей. 33. The device according to any one of paragraphs.23 to 32, characterized in that the device contains means for turning the object in a beam around one or more axes. 34. Устройство для фазовой рентгенографии объектов, включающее многокристальный рентгеновский спектрометр, в котором монохроматор выполнен в виде монокристалла с коэффициентом асимметрии
b₁= sin(θ₁-α₁)/sin(θ₁+α₁) < 1,
где θ₁ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей с индексами Миллера (hkl),
α₁ - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монокристалла, установленного в положение брэгговской дифракции по отношению к упомянутым плоскостям (hkl),
монокристалл анализатора, характеризующийся кривой дифракционного отражения (КДО) с известной полушириной ω_o, установлен в положение брэгговской дифракции по отношению к падающему на него пучку, средства для размещения объекта установлены перед анализатором, система регистрации изображения объекта установлена после анализатора по ходу дифрагированного рентгеновского пучка, отличающееся тем, что блок монохроматоров выполнен из одного или нескольких монокристаллов, последовательно отражающих падающий на них рентгеновский пучок, анализатор установлен в положение Брэгга, первый монохроматор выполнен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей
b₁≥ sin2θ_c/sin2(θ₁-θ_c),
где θ_c - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от поверхности монохроматора,
при наличии n последовательных монохроматоров с коэффициентами асимметрии b₂, . . ., b_k-1, b_k+1,..., b_n k-й монохроматор выполнен с коэффициентом асимметрии
b_k< δθ_i/(ω_ob $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ b₂...b_k-1b_k+1...b_n),
где δθ - угловые интервалы положений анализатора, соответствующие склонам КДО анализатора;
ω_в - ширина столика Дарвина упомянутой КДО,
кривизна поверхности монокристаллов монохроматоров и анализатора не превышает величины δθ/2L где L - размер освещенной области на поверхности каждого из монокристаллов в плоскости дифракции, анализатор выполнен с толщиной t, удовлетворяющей требованию
t > 10Λ_hkl,
где Λ_hkl - глубина экстинкции, отвечающая выбранному отражению в анализаторе,
средства для размещения исследуемого объекта установлены на расстоянии от анализатора, все монокристаллы установлены с возможностью их юстировки в пределах углов их КДО.34. A device for phase radiography of objects, including a multi-chip X-ray spectrometer, in which the monochromator is made in the form of a single crystal with an asymmetry coefficient
b ₁ = sin (θ ₁ -α ₁ ) / sin (θ ₁ + α ₁ ) <1,
where θ ₁ is the Bragg angle of the selected system of reflecting planes with Miller indices (hkl),
α ₁ is the angle between the system of reflecting planes and the surface of the single crystal set to the position of the Bragg diffraction relative to the mentioned planes (hkl),
a single crystal of the analyzer, characterized by a diffraction reflection curve (KDO) with a known half width ω _o , is set to the position of the Bragg diffraction relative to the incident beam, means for placing the object are installed in front of the analyzer, the image registration system of the object is installed after the analyzer along the diffracted x-ray beam, characterized in that the block of monochromators is made of one or more single crystals, sequentially reflecting an x-ray beam incident on them, recuperators set to Bragg first monochromator adapted to the asymmetry coefficient reflecting planes
b ₁ ≥ sin2θ _c / sin2 (θ ₁ -θ _c ),
where θ _c is the critical angle of the total external reflection of x-ray radiation from the surface of the monochromator,
in the presence of n consecutive monochromators with asymmetry coefficients b ₂ ,. . ., b _k-1 , b _{k + 1} , ..., b _{n the} k-th monochromator is made with an asymmetry coefficient
b _k <δθ _i / (ω _o b $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1/2}}{\text{1}}$ b ₂ ... b _k-1 b _{k + 1} ... b _n ),
where δθ are the angular intervals of the positions of the analyzer corresponding to the slopes of the BWW of the analyzer;
ω _in - the width of the table Darwin mentioned BWW,
the surface curvature of the single crystals of the monochromators and the analyzer does not exceed δθ / 2L where L is the size of the illuminated region on the surface of each of the single crystals in the diffraction plane, the analyzer is made with a thickness t satisfying the requirement
t> 10Λ _hkl ,
where Λ _hkl is the extinction depth corresponding to the selected reflection in the analyzer,
means for placing the object under study are installed at a distance from the analyzer, all single crystals are installed with the possibility of alignment within the angles of their BWW. 35. Устройство по п.34, отличающееся тем, что анализатор установлен с возможностью фиксации в угловых положениях, отклоненных от точного брэгговского на угол Δθ при условии, что

36. Устройство по п.34, отличающееся тем, что монокристалл анализатора приготовлен с коэффициентом асимметрии отражающих плоскостей b > 1 или b < 1.35. The device according to clause 34, wherein the analyzer is installed with the possibility of fixing in angular positions deviated from the exact Bragg angle Δθ, provided that

36. The device according to clause 34, wherein the analyzer single crystal is prepared with an asymmetry coefficient of the reflecting planes b> 1 or b <1. 37. Устройство по п.34, отличающееся тем, что монокристаллы монохроматоров и анализатора приготовлены с отражающими плоскостями, имеющими индексы низких порядков. 37. The device according to clause 34, wherein the single crystals of the monochromators and the analyzer are prepared with reflective planes having indices of low orders. 38. Устройство по п.34, отличающееся тем, что n последовательно установленных монокристаллов многокристального спектрометра приготовлены с отражающими плоскостями типа hkl, (-h)(-k)(-l),..., (τh)(τk)(τl), где τ = (-1)^j-1, j = 1, 2,..., (n + 1).38. The device according to clause 34, wherein n sequentially mounted single crystals of a multi-chip spectrometer are prepared with reflective planes of the type hkl, (-h) (- k) (- l), ..., (τh) (τk) (τl ), where τ = (-1) ^j-1 , j = 1, 2, ..., (n + 1). 39. Устройство по любому из пп.34 - 38, отличающееся тем, что оно снабжено мониторными каналами для контроля угловых положений монохроматоров и анализатора, включающими детекторы излучения, устройства сравнения текущего сигнала с реперным, связанные с исполнительными устройствами позиционирования каждого монокристалла. 39. The device according to any one of paragraphs 34 to 38, characterized in that it is equipped with monitor channels for monitoring the angular positions of the monochromators and the analyzer, including radiation detectors, devices for comparing the current signal with the reference signal associated with positioning actuators for each single crystal. 40. Устройство по п.39, отличающееся тем, что детекторы излучения, входящие в мониторные каналы, выполнены в виде сцинтилляционных счетчиков и установлены за соответствующими монокристаллами в части пучка, не использующейся для формирования изображения объекта. 40. The device according to § 39, wherein the radiation detectors included in the monitor channels are made in the form of scintillation counters and are installed behind the corresponding single crystals in the part of the beam that is not used to form an image of the object. 41. Устройство по п.39, отличающееся тем, что детекторы, входящие в мониторные каналы, выполнены в виде ионизационных камер, имеющих рентгенопрозрачные и бесструктурные входное и выходное окна, и установлены за соответствующими монокристаллами в части пучка, использующейся для формирования изображения объекта. 41. The device according to § 39, characterized in that the detectors included in the monitor channels are made in the form of ionization chambers having x-ray transparent and structureless input and output windows, and are installed behind the corresponding single crystals in the part of the beam used to form the image of the object. 42. Устройство по п.39, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью размещения перед анализатором тестового объекта, имеющего форму, поддающуюся аналитическому описанию, в части пучка, содержащей изображение тестового объекта, установлен двумерный координатно-чувствительный детектор, все элементы рентгенооптической схемы снабжены юстировочными средствами, а также средствами фиксации этих элементов, упомянутый двумерный координатно-чувствительный детектор соединен с устройством сравнения расчетного и зарегистрированного распределений интенсивности, которое соединено с исполнительными устройствами позиционирования каждого монокристалла. 42. The device according to claim 39, characterized in that it is arranged to place a test object having an analytically shaped form in front of the analyzer in the part of the beam containing the image of the test object, a two-dimensional coordinate-sensitive detector is installed, all elements of the x-ray optical circuit are equipped adjustment means, as well as means of fixing these elements, the aforementioned two-dimensional coordinate-sensitive detector is connected to a device for comparing the calculated and registered distribution intensity unit, which is connected to the positioning actuators of each single crystal. 43. Устройство по п.39, отличающееся тем, что введено средство для замены анализатора клиновидным монокристаллом, установленным в положение Лауэ и выполненным с углом клина ψ определяемым из условия
ψ = Λ_hkl/I_p,
где величина l_p удовлетворяет условию
H/3 > I_p≫ ξ,
где H - размер входного окна двумерного координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции;
ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора.43. The device according to § 39, characterized in that the means for replacing the analyzer with a wedge-shaped single crystal installed in the Laue position and made with a wedge angle ψ determined from the condition
ψ = Λ _hkl / I _p ,
where l _p satisfies the condition
H / 3> I _p ≫ ξ,
where H is the size of the input window of a two-dimensional coordinate-sensitive detector in the diffraction plane;
ξ is the spatial resolution of said detector. за клиновидным монокристаллом в выбранном пучке - прошедшем или дифрагированном - расположен упомянутый двумерный координатно-чувствительный детектор, соединенный с устройством сравнения фактического распределения интенсивностей с расчетным, которое соединено с исполнительными устройствами позиционирования каждого из монохроматоров, устройства позиционирования монохроматоров снабжены средствами их фиксации в угловых положениях, при которых расчетное и фактическое распределение интенсивностей совпадают. behind the wedge-shaped single crystal in the selected beam - transmitted or diffracted - is located the aforementioned two-dimensional coordinate-sensitive detector connected to a device for comparing the actual intensity distribution with the calculated one, which is connected to actuating devices for positioning each of the monochromators, the positioning devices of the monochromators are equipped with means for fixing them in angular positions, at which the calculated and actual distribution of intensities coincide. 44. Устройство по любому из пп.34 - 43, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит срдства сканирования объекта в пучке, сформированном блоком монохроматоров. 44. The device according to any one of paragraphs 34 to 43, characterized in that the device further comprises an object to scan an object in a beam formed by a block of monochromators. 45. Устройство по любому из пп.34 - 44, отличающееся тем, что устройство содержит средства для поворота объекта в пучке вокруг одной или нескольких осей. 45. The device according to any one of paragraphs 34 to 44, characterized in that the device comprises means for rotating an object in a beam around one or more axes. 46. Устройство для фазовой рентгенографии объектов, включающее многокристальный рентгеновский спектрометр, в котором монохроматор выполнен в виде монокристалла с коэффициентом асимметрии
b₁= sin(θ₁-α₁)/sin(θ₁+α₁) < 1,
где θ₁ - угол Брэгга выбранной системы отражающих плоскостей с индексами Миллера (hkl),
α₁ - угол между системой отражающих плоскостей и поверхностью монокристалла, установленного в положение брэгговской дифракции по отношению к упомянутым плоскостям (hkl),
монокристалл анализатора, характеризующийся кривой дифракционного отражения (КДО) с известной полушириной ω_o, установлен в положение брэгговской дифракции по отношению к падающему на него пучку, средства для размещения объекта установлены перед анализатором, система регистрации изображения объекта установлена после анализатора, отличающееся тем, что блок монохроматоров выполнен из одного или нескольких монокристаллов, последовательно отражающих падающий на них рентгеновский пучок, устройство содержит двухканальную систему мониторинга, анализатор выполнен в виде плоскопараллельной пластины с одним или двумя клиновидными участками на краях пластины и установлен в положение Лауэ, клиновидные участки анализатора выполнены с углами клиньев ψ, выбираемыми из условия
ψ = Λ_hkl/I_p,
где Λ_hkl - глубина экстинкции, отвечающая выбранному отражению в анализаторе,
величина l_p удовлетворяет условию
H/3 > I_p≫ ξ,
где H - размер входного окна двумерного координатно-чувствительного детектора в плоскости дифракции;
ξ - пространственное разрешение упомянутого детектора;
плоскопараллельный участок анализатора выполнен с толщиной t ≤ 1/μ, где μ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в монокристалле, первый мониторный канал установлен в пучке, прошедшем или отраженном от клиновидного участка анализатора, и снабжен упомянутым двумерным координатно-чувствительным детектором, который через устройство сравнения текущего распределения сигнала в картине полос интерференции с расчетным распределением связан с исполнительными устройствами позиционирования всех монокристаллов в пределах соответствующих КДО, второй мониторный канал выполнен в виде детекторов излучения, установленных в пучках, отраженных от монохроматоров, и в пучке, прошедшем или отраженном от плоскопараллельного участка анализатора, каждый детектор излучения связан с соответствующими устройствами сравнения текущего сигнала с реперным и исполнительными устройствами позиционирования монокристаллов, средства для размещения исследуемого объекта установлены на расстоянии от анализатора, система регистрации изображения снабжена средствами для ее установки за анализатором либо в обоих пучках, прошедшем и дифрагированом, либо в одном из пучков.46. Device for phase radiography of objects, including a multichip X-ray spectrometer, in which the monochromator is made in the form of a single crystal with an asymmetry coefficient
b ₁ = sin (θ ₁ -α ₁ ) / sin (θ ₁ + α ₁ ) <1,
where θ ₁ is the Bragg angle of the selected system of reflecting planes with Miller indices (hkl),
α ₁ is the angle between the system of reflecting planes and the surface of the single crystal set to the position of the Bragg diffraction relative to the mentioned planes (hkl),
a single crystal of the analyzer, characterized by a diffraction reflection curve (BWO) with a known half-width ω _o , is set to the position of the Bragg diffraction relative to the incident beam, means for placing the object are installed in front of the analyzer, the image registration system of the object is installed after the analyzer, characterized in that the unit monochromators made of one or more single crystals, sequentially reflecting an x-ray beam incident on them, the device contains a two-channel monitor system of the ring, the analyzer is made in the form of a plane-parallel plate with one or two wedge-shaped sections at the edges of the plate and is set to the Laue position, the wedge-shaped sections of the analyzer are made with wedge angles ψ selected from the condition
ψ = Λ _hkl / I _p ,
where Λ _hkl is the extinction depth corresponding to the selected reflection in the analyzer,
l _p satisfies the condition
H / 3> I _p ≫ ξ,
where H is the size of the input window of a two-dimensional coordinate-sensitive detector in the diffraction plane;
ξ is the spatial resolution of said detector;
the plane-parallel section of the analyzer is made with a thickness t ≤ 1 / μ, where μ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation in the single crystal, the first monitor channel is installed in the beam transmitted or reflected from the wedge-shaped section of the analyzer, and is equipped with the above-mentioned two-dimensional coordinate-sensitive detector, which through the device comparing the current signal distribution in the pattern of interference bands with the calculated distribution is associated with actuating devices for positioning all single crystals within corresponding to BWW, the second monitor channel is made in the form of radiation detectors installed in beams reflected from monochromators, and in a beam transmitted or reflected from a plane-parallel section of the analyzer, each radiation detector is connected to corresponding devices for comparing the current signal with reference and actuating devices for positioning single crystals, means for placing the object under study are installed at a distance from the analyzer, the image registration system is equipped with means for its installation the analyzer is new either in both beams, transmitted and diffracted, or in one of the beams. 47. Устройство по п.46, отличающееся тем, что анализатор содержит один клиновидный участок с основанием, перпендикулярным или параллельным плоскости дифракции. 47. The device according to item 46, wherein the analyzer contains one wedge-shaped portion with a base perpendicular or parallel to the diffraction plane. 48. Устройство по п.46, отличающееся тем, что анализатор содержит два взаимно перпендикулярных клиновидных участка. 48. The device according to item 46, wherein the analyzer contains two mutually perpendicular wedge-shaped sections. 49. Устройство по любому из пп.46 - 48, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средства сканирования объекта в пучке, сформированном блоком монохроматоров. 49. The device according to any one of claims 46 to 48, characterized in that the device further comprises means for scanning an object in a beam formed by a block of monochromators. 50. Устройство по любому из пп.46 - 49, отличающееся тем, что устройство содержит средства для поворота объекта в пучке вокруг одной или нескольких осей. 50. The device according to any one of paragraphs.46 to 49, characterized in that the device comprises means for rotating an object in a beam around one or more axes.

Images