[发明专利]X射线探测器和控制X射线探测器的技术

说明书

本发明涉及X射线探测器和控制X射线探测器的技术。提供了一种用在用于测量由待研究样品衍射的X射线束的X射线分析系统中的X射线探测器。X射线探测器包括：至少两个彼此铰接连接的X射线探测器模块；驱动机构，配置成将所述至少两个铰接连接的X射线模块定位在样品周围；控制单元，配置成控制驱动机构以相对于彼此移动所述至少两个探测器模块，使得所述至少两个探测器模块沿着具有取决于探测器和样品之间的选定距离的曲率的预先计算的曲线布置在样品周围。还提供了一种包括上述X射线探测器的X射线分析系统和一种控制X射线探测器的方法。

技术领域

本发明总体上涉及X射线分析领域。更具体地说，本发明涉及用于X射线分析系统中的X射线探测器以及用于测量由待研究的样品衍射的X射线束的相应X射线分析系统。

背景技术

X射线分析技术，如X射线衍射(或简称XRD)已变得非常流行，因为它们采用了样品的非破坏性分析。例如，X射线衍射已成为研究晶体、多晶或粉末样品的结构性质的基本实验技术之一。

X射线衍射的一般原理如下：X射线的单色光束由X射线源产生。产生的X射线束被准直并且被引导到待由相应的X射线光学器件研究的样品上。入射的X射线束被样品衍射，并且衍射光束被相应的探测器探测到。衍射图案可以通过改变入射X射线束的入射角并同时测量不同入射角的衍射光束来获得。入射角的变化可以通过相对于入射X射线束旋转样品或通过与X射线光学器件一起旋转X射线源来获得。由于衍射光束只能在满足布拉格条件的入射角度(即预期样品的晶格发生相干散射的角度)处预期，因此显然探测器的面积必须覆盖一定范围的衍射光束角度并且在X射线探测期间在入射角变化时也很有可能移动。

为了执行上述X射线衍射，可以使用包含以下部件的X射线衍射系统或X射线衍射仪：用于产生单色X射线束的X射线源(例如，Cu Kα光束)；X射线光学器件(例如，Goebel或Montel光学器件)，其与X射线源光学耦接并且被配置成将所产生的X射线束准直并聚焦到待研究的样品上；样品台和测角器，其被配置为相对于入射光束保持、定位和定向样品；以及被配置为探测衍射光束的探测器(例如，摄影板或基于半导体的X射线探测器)。X射线探测器通常在样品周围移动，以捕获并测量宽立体角范围内的衍射光束的强度。

为了缩短测量时间，希望X射线探测器覆盖宽的立体角范围，以便可以在单个图像中捕捉不同角度的衍射光束。为了覆盖大的立体角范围，探测器必须设计为大面积探测器，并且待研究的样品与探测器之间的距离应该很小。然而，尽管目前可以获得不同尺寸的二维面积探测器(基于CCD/CMOS技术或通过使用成像板)，但由这种探测器覆盖的立体角范围仍然受限于可用的CCD/CMOS传感器尺寸并且强烈取决于探测器和样品之间的距离。也就是说，探测器覆盖的立体角范围可以通过将探测器放置在靠近样品的位置来增加。然而，对于某些X射线衍射应用，例如晶体大分子样品的X射线衍射实验，探测器与样品之间的距离不应该太小以便提高紧密间隔衍射光束的分辨率。

为了覆盖大的立体角范围而不必将探测器放置得太靠近样品，已经提出了弯曲的图像板探测器。从US 6,418,190B1已知这种弯曲的图像板探测器，其被设计为覆盖-60°至+144°的2θ测角范围并且由特殊的基于激光的读取器读出。几乎圆柱形设计的成像板围绕待研究的样品。换句话说，样品被布置在圆柱形成像板内，并且样品和成像板表面之间的径向距离是固定的。

由于使用成像板在灵敏度和探测速度方面与现代CCD/CMOS探测器相比仍然存在缺点，已经提出了由多个二维的基于半导体的探测器组成的探测器系统。探测器沿待研究的样品周围的曲线固定地布置。这种探测器系统从EP 1 229 351A1中已知，其中多个平坦的基于半导体的探测器被多边形地布置在测量区域周围。探测器模块固定连接在一起。

本发明的一个目的是提供一种X射线探测器，其以灵活的方式覆盖大的立体角范围并且灵活地可用于不同的X射线分析需求。本发明的另一个目的是提供一种用于控制这种X射线探测器的方法，从而可以通过同时提高测量性能(例如，测量分辨率和/或探测信号的信噪比)来执行更快的X射线衍射测量。