北京同步辐射3B3中能束线X射线探测系统性能研究

北京同步辐射装置(BSRF)的3B3中能束线的应用，在国内首次提供了一台能区在2—6keV范围、性能优良的单色X射线光源. 对光源的性能进行了研究，并完成了X射线探测器(XRD)灵敏度、滤片厚度、多种晶体衍射效率以及成像板能量响应等指标的标定.XRD标定的相对不确定度好于7%，滤片厚度的不确定度小于3.6%. 关键词： 中能X射线 同步辐射 标定     

北京同步辐射装置4B7B软X射线标定束线的性能研究及应用

描述了在北京同步辐射装置(BSRF)4B7B软X射线上,通过多种方法进行高次谐波抑制,采用复合滤片消除高能区低能X射线等性能改进方法使光源的高次谐波含量小于1%、能量分辨优于3000,无杂散光。在4B7B光束线上开展了X射线探测器(XRD)灵敏度、平面镜反射率和滤片透射率的标定方法研究,XRD灵敏度标定不确定度优于3%,平面镜反射率标定不确定度小于3.5%,滤片透射率标定不确定度优于1%。     

铟活化诊断氘氘中子产额不确定度分析

介绍了铟活化诊断氘氘中子产额的测量原理,分析了中子产额测量不确定度的来源及评定方法。中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度、活化射线净计数不确定度、立体角测量不确定度及测量系统的随机误差等构成。评估了灵敏度标定过程中加速器中子与聚变中子能量差异、大厅散射中子本底等因素对灵敏度标定的影响,并评估了宇宙射线本底对活化射线净计数测量的影响。分析了中子产额处于不同量级时起主要作用的不确定度分量,提出了减小灵敏度标定不确定度的方法。以实验数据为基础,对具体的实验数据进行了分析计算。结果表明:利用伴随粒子法在加速器中子源上标定出铟活化测量系统灵敏度的相对标准不确定度为4.3%。中子产额低于1010时,产额测量不确定度大于7%,活化射线净计数误差是产额测量误差的主要来源;产额大于1010时,测量不确定度好于7%,中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度引起。     

q软X光多层镜反射率在同步辐射源上的标定

软X光多层镜反射率标定实验在北京同步辐射装置上进行,利用BSRF-3W1B 束线及其反射率计靶室(主靶室)标定不同材料的多层镜样品的反射率.多层镜的标定采用波长扫描法,以得到样品反射率随波长变化的曲线.给出了21°-B4C/Si,21°-B4C/Mo,10°-Cr/Ti,15°- B4C/W,10°- B4C/W以及6.86°-B4C/W等6块多层镜在50～1 500 eV能段上的反射率标定曲线,并将其与理论计算结果进行比较.结果表明标定曲线与理论曲线很好地符合.影响标定结果的总不确定度的主要因素是光子能量不确定度,其次是角度不确定度,测量不确定度的影响很小.     

用于“聚龙一号”上软X光通量探测的平响应X光二极管

介绍了聚龙一号上使用的一种由金阴极X光二极管（XRD）和具有特殊构型的复合金滤片构成的平响应XRD探测器, 测量软X光通量的标定和实验情况。该探测器的灵敏度在北京同步辐射的4B7B束线站和4B7A束线站标定。标定的灵敏度显示, 该探测器对0.1~4 keV之间的X光具有近似平坦的响应曲线。根据标定情况和探测器的谱响应特性, 给出了目前该探测器在用于Z箍缩产生的软X光通量诊断中的测量不确定度为12%。在单层钨丝阵Z箍缩实验中, 平响应XRD探测器测得Z箍缩产生的X光功率峰值达到52 TW, 能量达540 kJ。在动态黑腔实验中, 布置在径向和轴向的两套平响应XRD探测器被用于建立径向辐射功率波形和轴向辐射功率波形之间的时间关联。在典型的动态黑腔实验中, 测得轴向辐射功率峰值出现在径向辐射功率前约1.2 ns。     

单光子计数闪烁探测器灵敏度标定方法

根据NaI(Tl)闪烁探测器可用于单光子计数的特性,探索了一种测量放射源入射下闪烁探测器脉冲电荷谱来实现其绝对灵敏度标定的方法。实验对标定系统的电荷数字转换记录器进行了绝对标定,得到了用于ICF实验中重要诊断设备滤波-荧光谱仪的NaI(Tl)闪烁探测器的绝对灵敏度。灵敏度标定数据不确定度小于10%,较传统的放射源标定方法(15%)显著提高,同时标定能量范围扩大到100keV以上。最后,实验结果与Geant4模拟程序计算的结果进行了比对,符合得较好。     

软X射线条纹相机透射式Au与CsI阴极谱响应灵敏度标定

本文利用北京同步辐射光源(BSRF), 提出了对条纹相机Au和CsI透射阴极谱响应灵敏度进行绝对标定的方案, 给出了在60—5500 eV能区的绝对谱响应灵敏度, 标定不确定度好于10%. 同时, 基于Henke等人的计算模型, 给出了透射阴极的相对谱响应灵敏度, 并且进行了CH支撑衬底X射线透过率的修正. 结果表明标定值与理论值符合较好.     

软X光多层镜反射率的标定与修正

在北京同步辐射装置上,利用3W1B 束线得到了21° B4C/Si,21° B4C /Mo,10° Cr/Ti,15° B4C/W,10° B4C/W以及6.86° B4C/W等多层镜在50～1500 eV能段上的反射率标定曲线.分析了标定结果的不确定度,计算得到多层镜的积分衍射效率,并修正了标定结果.     

固定角度平面镜标定方法与不确定度分析

在北京同步辐射装置新建4B7B束线没有安装反射率计,且用户空间有限的情况下,利用X光基准点还原的方法建立了一种Dante谱仪固定角度平面镜反射率标定方法。利用三光束瞄准方法完成了束线软X光基准重建,通过准直方法实现了平面镜与X光之间的高定角精度,并采取了相应的角度姿态监测,最终在实验中得到的平面镜标定角不确定度为1.0 mrad。基于固定角度平面镜多次安装和朝各个方向转动后的标定结果,获得了高精度的反射率曲线。     

对钙钛矿CsPbX_3的X光波段外光电效应的研究

钙钛矿材料CsPbX_3作为新兴半导体材料,具有X光吸收系数高、制备工艺简单等优点,是一种优秀的X光光电探测材料.为了探索CsPbX_3在X光真空光电器件领域的应用前景,对其在X光波段的外光电效应进行了研究.制备了厚度为230 nm的CsPbI_2Br薄膜样品,并标定了其在2000—5500 eV的响应灵敏度和量子效率,响应灵敏度达到5.1 × 10~(-5) A/W以上,量子效率达到23%以上.采用Monte-Carlo方法对CsPbI_2Br的外光电效应灵敏度和量子效率进行了计算,计算数据与标定数据的一致性较好,表明Monte-Carlo方法适用于CsPbX_3在X光波段外光电效应的模拟.在此基础上计算了不同CsPbX_3钙钛矿材料在X光波段的响应灵敏度和量子效率,其计算值均接近于传统X光光电材料CsI,表明CsPbX_3是很有潜力的X光真空光电发射材料.进一步对CsPbX_3材料厚度与灵敏度的关系进行了研究,其结果显示为获得最佳灵敏度,CsPbX_3的厚度应不低于150 nm.     

银吸收边附近X射线衰减系数测量

在北京同步辐射装置的4B7A中能X光束线上,光源能区为2.1~6.0keV,能量分辨大于5000,高次谐波小于0.1%,光源强度大于109光子/s。通过全能区多能点的透过率精确测量Ag样品质量厚度,然后采用Ag薄膜对单能X光子的透过率进行测量,给出了Ag薄膜在吸收边(3.4~3.9keV)的衰减系数。建立了Ag样品吸收边附近衰减系数同步辐射测量方法。通过不确定度分析给出衰减系数测量不确定度小于1%,填补了在该区间衰减系数的空白。     

Thickness difference: a new filtering tool for quantitative electron diffraction

A new way of filtering electron diffraction patterns has been discovered. Patterns from slightly different specimen thicknesses beyond the mean free path for inelastic scattering are subtracted. Only thickness sensitive information (dominantly elastic) remains. Thermal diffuse scattering and Borrmann effects are removed in addition to the inelastic signal eliminated by conventional energy filtering. One application is quantitative convergent beam electron diffraction without an energy filter. Structure factors for alpha - Al(2)O(3) have been measured with an average uncertainty of 0.25%.     

K荧光辐射场MC模拟与能谱测量分析

K荧光辐射装置可填补国内超大型测量面积核辐射探测器计量检定需求,该装置具通量高、能量点多、单色性好、有成本低、即开即用等优势。其原理是X射线光机发射出的X射线轰击辐射体材料产生多种特征X射线即荧光射线,在荧光射线出射路径上加入次级过滤器吸收掉多余的射线以提高荧光纯度,辐射体以及次级过滤器的材料厚度值与荧光产额、纯度直接相关。通过MC（Monte Carlo）程序计算荧光装置各项指标参数结果,指导后期试验装置的建立和研究,MCNP5（Monte Carlo N Particle Transport Code）软件模拟Cs₂SO₄辐射体数据表明：荧光装置具有良好的屏蔽和准直的效果,荧光以辐射体中心垂直面呈对称逐渐减小分布;荧光产额随着辐射体厚度的增加逐渐增大,但存在相对饱和厚度值,即辐射体达到一定厚度值以后,荧光产额不再随辐射体厚度的增加而增大,而是趋于饱和状态;为获取单一能量荧光辐射场,在荧光出射束方向增加次级过滤器TeO₂材料,其吸收L,K_β射线会远远大于K_α射线,以达到消除L,K_β射线保留K_α射线目的,形成单能的参考辐射场;在距离辐射体中心30 cm处,通过多组数据表明,次级过滤厚度为0.035 cm时,荧光纯度94.521%为最大且荧光产额最高;荧光纯度随着次级过滤器材料的厚度增加呈现先增加后逐渐减小的趋势;使用LEHGe探测器实际测量获取K荧光辐射装置能谱数据,通过ROOT程序对测量能谱数据处理和分析,拟合出K_α1和K_α2能量点的峰位道址误差小于0.005%,测量分析出其能量值与理论值偏差分别为0.19%,0.23%,测量结果与实际理论能量值相符。测量结果可验证MCNP5程序计算出的次级过滤器材料具有良好吸收效果且实现了单能荧光参考辐射场。     

复合样品厚度参数同步辐射测量方法

 薄膜样品在实验研究领域要求样品的厚度测量精度非常高,但由于样品质量小,采用称重的方法,测量精度较差。在北京同步辐射装置的中能（4B7A）和低能（4B7B）束线上（光源能区为0.1～6.0 keV,能量分辨大于1 000）,采用材料对单能光子的透过率来确定样品的质量厚度,通过不同能点的测量值进行不确定度分析,提高测量精度,降低不确定度。利用该方法开展了复合样品厚度的测量方法研究,给出了有CH衬底的薄膜样品的厚度,通过不确定度分析得出,薄膜样品厚度的测量不确定度小于1％。     

电子束放射照相的特性与参数优化

短脉冲强激光产生的电子束具有源尺寸小、脉宽窄、准单能谱等特点, 在放射照相诊断中具有独特作用. 本文通过分析电子在材料中散射并采用蒙特卡罗方法数值模拟, 研究了100 keV到几百MeV能量电子束对有厚度起伏或存在界面的靶的透视, 并与质子、X射线束透视结果比较, 给出了电子束放射照相的特性与参数优化: 基于电子在材料中非弹性散射或能量损失, 选用能量使其射程与靶厚度接近的电子束来诊断靶厚度不均匀性; 基于电子在材料中的弹性散射, 选用射程超过靶厚度的电子束来诊断靶界面.     

北京同步辐射软X光反射率计装置及其物理工作

介绍了安装在北京同步辐射装置上专门用于软X光多层膜研究的反射率计系统,给出了在该装置上测量得到的Al滤光片的软X光透射谱和Nb/Si多层膜的高角反射谱,用磁控溅射方法自制的Nb/Si多层膜样品在17.59um附近得到的反射率为32%.     

X射线TICT在复合材料工件检测中的射束硬化拟合校正研究

X射线TICT中,X射线透射物质时,发生了能谱硬化现象。使图像重建时出现伪影。因此必须进行修正。文中对X射线硬化现象进行了分析,探讨了X射线TICT在检测复合材料工件中, X射线射束和与透射厚度的关系, 并根据Beer定律和X射线与物质作用的特点, 通过获取X射线射束和数据,首先拟合出射束和与透射厚度的关系式, 然后推导出X射线射束和校正为单色射线射束和的等效厚度与透射厚度的关系及其等效方法, 最终得出X射线TICT在检测复合材料工件中X射线等效单色射线的衰减系数的射束硬化拟合值, 再对此衰减系数拟合值进行卷积反投影重构, 即可有效消除X射线TICT在检测复合材料工件中射束硬化造成的影响。     

Activation measurement of the 3He(alpha,gamma)7Be cross section at low energy

The nuclear physics input from the 3He(alpha,gamma)7Be cross section is a major uncertainty in the fluxes of 7Be and 8B neutrinos from the Sun predicted by solar models and in the 7Li abundance obtained in big-bang nucleosynthesis calculations. The present work reports on a new precision experiment using the activation technique at energies directly relevant to big-bang nucleosynthesis. Previously such low energies had been reached experimentally only by the prompt-gamma technique and with inferior precision. Using a windowless gas target, high beam intensity, and low background gamma-counting facilities, the 3He(alpha,gamma)7Be cross section has been determined at 127, 148, and 169 keV center-of-mass energy with a total uncertainty of 4%. The sources of systematic uncertainty are discussed in detail. The present data can be used in big-bang nucleosynthesis calculations and to constrain the extrapolation of the 3He(alpha,gamma)7Be astrophysical S factor to solar energies.