一种软X射线荧光吸收谱探测器

以微通道板为光电转换元件,以光子计数法为读出方式设计制作了一种实用的荧光强度探测器,结合北京同步辐射装置4B9B光电子能谱实验站特点,在样品架加载正偏压的方法减少杂散电子对荧光探测信号的影响,有效提高了荧光探测器的信噪比.搭建的软X射线全荧光产额吸收谱探测器有独立的真空系统,可方便与实验站分析腔体对接,也可将探测器安装于其他束线,具备良好的移植性和便捷性.利用该探测设备成功获取了表面覆盖ZnS薄膜材料的SrTiO3晶体Ti L边特征吸收谱,与全电子产额模式模式吸收谱相比显示出探测设备对绝缘样品和深层次体相探测的优势.该探测器已在北京同步辐射4B9B光电子能谱实验站使用,拓展了实验站软X射线吸收谱的功能,在表面催化,电极材料,薄膜衬底的研究中,为实验用户增加了一个新的表征手段.     

X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用进展

环境样品中元素的浓度、空间分布和赋存形态等是认识元素的生物功能和环境行为的关键。本文对近年来X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用研究进展进行了评述,发现X射线荧光光谱技术可以提供活体植物中元素迁移与分布的定量数据,且微区X射线荧光光谱和X射线吸收谱技术的联用可深入认识生物与元素的相互作用,尤其是生物对元素的吸收、转运、贮存和细胞解毒机制,同时也能够揭示典型环境样品中元素的来源、演化和归趋等环境行为。然而,由于生物和环境样品基质的复杂性和多样性,仍存在一些技术难点与挑战,如X射线荧光自吸收效应的克服、低丰度（5%~10%）的元素形态的准确鉴定,以及对活体细胞中短暂的元素氧化还原反应的捕捉等。     

原位能量色散X射线荧光分析中岩样基体效应及其修正研究

原位能量色散X射线荧光现场分析岩样矿物成分时,岩样基体效应会对测量结果产生影响。本文以Cu元素作为待测元素,研究了17种不同岩样基体对原位能量色散X射线荧光分析Cu元素特征X射线强度的影响及其修正方法。采用蒙特卡罗方法模拟获得了Cu元素含量相同的17种不同岩样测量谱线,综合各类岩石元素构成的相似性,并依据模拟谱线Cu元素Kα射线强度与谱线参数之间的相关性,反映了原位能量色散X射线荧光分析岩样Cu元素的基体效应并不完全受岩体元素构成或岩石分类的控制,需要依据岩石样分析谱线参数的相关性进行归类讨论。针对基体影响Cu元素特征射线强度相似的15种岩样进一步研究,并对Cu元素特征X射线与谱线主要参数的主成分进行分析,发现散射本底、X光管靶材料特征X射线及其非相干散射峰强度能够很好的描述Cu元素特征X射线强度受岩样基体影响的变化,据此可以对基体效应影响相似的岩体进行Cu元素测量结果修正。采用本文方法同样也能为不同岩性岩体其他待测元素基体效应的修正提供参考。     

X射线吸收谱研究碳与硅的纳米线/管

由于X射线吸收谱中的总电子产额(TEY)和荧光产额(FLY)具有不同的取样探测深度,分别对样品的表面和体内敏感,因而两者的综合应用为纳米材料的整体分析提供了有力的依据,是透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等传统方法分析纳米材料时的补充。同时,通过对TEY和FLY记录的X射线吸收谱的评述,作者认为X射线吸收谱可以准确、可靠地用来进行纳米线和纳米管的生长及其机理、取向、化学键合、缺陷与螺旋性等方面的研究。因此X射线吸收谱具有传统方法无法比拟的优势,是纳米材料研究领域强有力的表征工具。     

Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜的结构及其磁性研究

利用X射线吸收精细结构、X射线衍射和磁性测量等技术研究脉冲激光气相沉积法制备的Zn1-zCoxO(x=0.01,0.02)稀磁半导体薄膜的结构和磁性.磁性测量结果表明Zn1-xCoxO样品都具有室温铁磁性.X射线衍射结果显示其薄膜样品具有结晶良好的纤锌矿结构.荧光X射线吸收精细结构测试结果表明,脉冲激光气相沉积法制备的样品中的Co离子全部进入ZnO晶格中替代了部分Zn的格点位置,生成单一相的Zn1-xCoxO稀磁半导体.通过对X射线吸收近边结构谱的分析,确定Zn1-xCoxO薄膜中存在O空位,表明Co离子与O空位的相互作用是诱导Zn1-xCoxO产生室温铁磁性的主要原因.     

Lucy-Richardson迭代解谱在X射线荧光分析的应用

硬X射线调制望远镜是我国第一颗X射线天文卫星,其载荷低能X射线望远镜采用了SCD型探测器CCD236,主要对能量在0.7～13.0 keV的软X射线光子进行观测。卫星发射前,需要对探测器进行详细的性能标定,其中包括能量响应矩阵的标定。能量响应矩阵是能谱分析的关键。CCD236探测器输出能谱并不是观测光源的真实发射谱,而是发射谱与探测器能量响应矩阵的卷积结果。一般可以通过直接反卷积的方法还原光源的真实能谱。解谱过程可以看作是一维成像问题,利用能量响应矩阵与输出能谱进行反卷积解谱。常用的反卷积算法为Lucy-Richardson迭代算法,其利用条件几率的贝氏定理反复进行运算,进而对输出能谱进行反解,得到观测光源的真实发射能谱。通过能量响应矩阵对CCD236探测器的55Fe测量能谱进行解谱。经过解谱,能谱的能量分辨从144.3 eV提升到了65.6 eV@5.9 keV,连续谱成分被明显地抑制,提高了能谱的峰背比。反解能谱由两个半峰全宽很小的（<70.0 eV）高斯峰组成,两成分的强度比为8.4,能够很好地表征真实发射谱的结构。利用这种方法可对材料X射线荧光谱进行解谱,还原材料的荧光谱,提高能谱的能量分辨。反解结果中主要元素各类荧光线通过解谱彼此独立,能谱峰背比很高,可以很好地用于X射线荧光分析中,提高荧光谱的质量。     

5—25keV刻度用X射线发生器

利用轫致辐射激发原子产生X射线荧光,经吸收边过滤,研制成单色低中能X射线发生器。实验给出5—25keV能区的4个单能点的强度、纯度以及相应的剂量率,可供刻度使用。     

硫化锰电子结构的软X射线共振非弹性散射研究

利用软X射线共振非弹性散射谱(resonant inelastic soft X-ray scattering, RIXS)对3d过渡金属硫化物中的硫化锰(MnS)电子结构进行了研究.通过分析Mn²⁺的2p⁶3d⁵→2p⁵3d⁶→2p⁶3d⁵二次光子过程，得到了共振非弹性散射谱中的两类非弹性峰，d-d电子跃迁和电荷转移(charge-transfer)跃迁.这两部分跃迁分别共振增强于L边附近及伴随峰附近.基于Hartree-Fock方法的多重态计算分别模拟了原子近似下和立方体O_h对称群下共振非弹性散射谱及吸收谱.计算得MnS实际晶体场10Dq值介于0.80eV—0.85eV之间.对MnS和MnO CT跃迁差异的讨论表明MnS较强的CT跃迁来源于其较窄的能隙宽度. 关键词： 软X射线共振非弹性散射 软X射线吸收谱 d-d跃迁 电荷转移     

过渡金属二硼化物的金属K边XAS研究

结合X射线衍射实验(XRD)和金属K边的X射线吸收谱(XAS)研究了过渡金属二硼化物(TiB₂,VB₂和CrB₂).在近边吸收区,除了主吸收峰之外,还观察到了3个弱的边前峰,它们是由于金属吸收原子的3d轨道在D6h配位场下分裂,分裂后的3个d轨道与高层金属原子4p轨道发生杂化而引起的.此外,还根据XRD实验得到的晶格参数初步拟合了金属K边EXAFS谱,得到了一些有意义的结果.     

汽车尾气颗粒物的STXM和NEXAFS研究

为了研究汽车尾气颗粒物的结构和氮的种态,使用扫描透射X射线显微成像(STXM)技术研究了桑塔纳3000和高尔汽车尾气颗粒物.STXM表明单颗粒物的粒径为500nm,颗粒物质量分布不均匀,有中间空洞.比较汽车尾气颗粒物和(NH4)2SO4和NaNO3中N的1sX射线近边吸收精细结构谱(NEXAFS),铵盐在406eV有显著的σ*吸收峰,有肩部结构;汽车尾气颗粒物和NaNO3中N的近边吸收谱在412eV和418.5eV有明显的σ吸收峰;(NH4)2SO4中N的近边吸收谱在413.5eV和421.8eV更宽的σ吸收峰.硝酸盐是汽车尾气颗粒物中的N化学种态的主要存在形式.在395—418eV能量范围内对桑塔纳3000汽车尾气颗粒物进行堆栈扫描,经过主成分分析和聚类分析,发现其表层主要为硝酸盐,内部有少量铵盐.     

SiC表面C 1s谱最优拟合参数的研究

提出了一种新的,用未限定拟合峰位置、半高宽和峰面积的X射线光电子谱拟合方法,研究了拟合峰的数目、函数类型及背景对SiC表面C 1s谱拟合结果的影响,并与样品表面宽扫描X射线光电子谱和红外掠反射吸收谱相对照,确定了SiC表面C 1s谱的最优拟合参数,获得了与文献中数值相同的 C 1s束缚能. 为SiC及其他材料表面元素窄扫描X射线光电子谱的拟合和化学态结构的鉴定奠定了基础. 关键词： SiC X射线光电子谱 C 1s谱     

FeS2多晶薄膜电子结构的实验研究

用磁控溅射方法制各纯Fe薄膜，并硫化合成FeS₂. 采用同步辐射X射线近边吸收谱与X射线光电子能谱研究了薄膜的电子结构. 结果表明，合成的FeS₂薄膜，在费米能级附近，有较强的Fe 3d态密度存在，同时，在价带谱中2—10eV处有强度较大的S 3p态密度存在；Fe的3d轨道在八面体配位场作用下分别为t_2g和e_g轨道，实验中由Fe的吸收谱计算得到两分裂能级之差为2.1eV;实验测得FeS₂价带结构中导带宽度约为2.4eV，导带上方仍存在第二能隙，其宽度约为2.8eV. 关键词： 磁控溅射 二硫化铁 X射线吸收近边结构 电子结构     

同步辐射X射线荧光光谱国内外研究进展

同步辐射光源是带电粒子在加速器储存环中以接近光速的速度运动时,沿轨道切线方向发射出的辐射,同步辐射X射线荧光分析（SR-XRF）是以同步辐射X射线作为激发光源的X荧光光谱分析技术。同步辐射X射线荧光分析包括了用于微区及微量元素分析的同步辐射XRF、用于表面及薄膜分析的同步辐射全反射X射线荧光（SR-TXRF）以及用于三维无损分析的同步辐射X射线荧光扫描和成像方法（如X射线荧光CT、X射线荧光全场成像、共聚焦X射线荧光和掠出射X射线荧光等）。X射线荧光光谱法通过测量元素的特征X射线发射波长或能量,识别元素,该方法首先通过测量发射的特征线强度,然后将该强度与元素浓度联系起来,对给定元素进行量化分析。X射线荧光光谱技术可以进行多元素同时分析,同步辐射X射线荧光谱亮度高,可调谐,相干性、准直性及偏振性好,可以用于分析样品元素的含量和空间分布。近些年来随着新光源技术的使用、分析软件的更新换代和定量分析方法的发展,对同步X射线荧光光谱分析产生了极大促进,采用新型X射线光学元件和探测器,能极大提升分辨率和探测效率,促进相关学科应用的发展。介绍了近几年来国内外同步辐射X射线荧光光谱分析技术及其应用发展状况,给出了国内外比较典型的同步辐射X射线荧光光谱分析光束线站最新技术方面的发展概况,并列举了一些典型应用成果,例如在生物医学、环境科学、地质考古、材料科学和物理及化学等领域的应用。对于本领域及相关领域的专家学者了解国内外同步辐射技术发展现状、应用研究成果具有一定的参考意义。     

现代实验室型X射线荧光元素分布成像和形态分析技术的研究进展

近年来,随着X射线光源、单色、聚焦及探测系统的发展,在实验室可借助低功率X射线光源开展X射线荧光(XRF)和X射线吸收谱(XAS)分析。液体金属射流源等新型X射线光源系统、闭合反馈系统、电荷耦合元件和方孔微通道板等技术和计算方法的进步促进了聚焦扫描型、全场型和XRF计算机断层扫描等实验室型XRF元素空间成像技术的发展。超环面、球面和柱状弯晶等单色聚焦系统的发展推动了实验室型XAS技术的发展。探索新型的实验室X射线光源系统,开发更高效的单色聚焦系统,推动X射线动态电影拍摄技术等将是未来研究的重要发展方向。     

航空胶片的X射线标定

利用光谱扩展的荧光型软X射线单色光源产生的多条谱线,通过时间递增和光强递增的方法首次标定了国产高速航空胶片在软X射线和超软X射线波段的响应特性,给出了这种胶片的响应特性曲线即光学密度与曝光量的关系和相对光谱灵敏度曲线.     

Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜的结构及其磁性研究

利用X射线吸收精细结构、X射线衍射和磁性测量等技术研究脉冲激光气相沉积法制备的Zn_1-xCo_xO (x＝0.01,0.02)稀磁半导体薄膜的结构和磁性.磁性测量结果表明Zn₁-xCo_xO样品都具有室温铁磁性.X射线衍射结果显示其薄膜样品具有结晶良好的纤锌矿结构.荧光X射线吸收精细结构测试结果表明,脉冲激光气相沉积法制备的样品中的Co离子全部进入ZnO晶格中替代了部分Zn的格点位置,生成单一相的Zn_1-xCo_xO 稀磁半导体.通过对X射线吸收近边结构谱的分析,确定Zn_1-xCo_xO薄膜中存在O空位,表明Co离子与O空位的相互作用是诱导Zn_1-xCo_xO产生室温铁磁性的主要原因. 关键词： 1-xCo_xO稀磁半导体')" href="#">Zn_1-xCo_xO稀磁半导体 X射线吸收精细结构谱 脉冲激光气相沉积法     

小型掠入射式近边X射线吸收谱仪的设计

近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)谱包含了吸收原子的局域结构信息,由于其适用范围广,灵敏度高,已经成为研究物质结构的重要手段之一。为了研究有机物的碳1s NEXAFS谱,本文基于气体激光等离子体X射线光源,采用具有平场特性的凹面变线距光栅作为分光元件,面阵CCD作为光谱探测器,设计了一台小型掠入射式近边X射线吸收谱仪。通过优化光栅和CCD的装配方案,得到了入射角88.6°的装配参数。利用光线追迹法分析了谱仪的分辨率,该谱仪工作波段2~5 nm,在4.4 nm处分辨率可达666。通过分析各结构参量误差对谱线半高宽的影响发现,半高宽对入射角的误差最为敏感,优化的装配方案可以实现入射角的高精度调节。利用氮气等离子体光谱测试了光谱仪的性能,结果显示分辨率达到设计指标。     

(Fe1-xNix)2P电子结构与磁学特性的X射线近边吸收谱研究

利用X射线近边吸收谱对Fe₂P,Ni₂P及其掺杂物(Fe_1-xNi_x)₂P(x=01,025,05)中Fe,Ni,P的K边进行了研究.结合多重散射理论近边计算,讨论了金属原子不同位置格点3f,3g对近边谱特征的贡献,得出当Ni原子取代Fe原子时将优先占据Fe(3f)格点位置;根据第一性原理对能态的计算发现,不考虑磁性时不同格点P的pDOS未占据态电子结构与P-K近边吸收谱实验相符合;与考虑铁磁性Fe₂P 的DOS相比较后结果显示Fe₂P的磁性主要来源于Fe(3g)格点,铁磁性Ni₂P计算的Ni不同格点原子磁矩均接近于0,与它一般显顺磁性结论相一致. 关键词： X射线近边吸收谱 电子结构 多重散射理论 态密度     

激光核聚变中的一种X光解谱方法

本文在SAND迭代法的基础上,采取带有周期性光滑化的限幅迭代方法,求解激光核聚变中的X光能谱取得了较好的结果。这个方法适用于根据亚千X射线谱仪、多道k边滤波谱仪和多道滤波-荧光谱仪的测量结果回推靶等离子体的X射线能谱。计算结果表明,该方法完全抑制了数值不稳定性,消除了非物理的“负能谱”现象和解谱结果中的数值结构。特别是该方法对初始试探谱有很强的适应性,解谱计算结果与初始试探谱无关。     

一种铝靶软X射线源的研究

研制了一种铝靶软X射线源,这种X射线源对轻介质、薄样品的成像更清晰、分辨能力更强。利用多层滤片和生物样品对铝靶软X射线源进行了性能检测,实验显示铝靶软X射线源对轻介质和生物成像具有较高的吸收衬度,成像效果优于其他靶材X射线源,并通过改变工作电压可以显著调节谱线中软X射线的比例。这种铝靶X射线源适合作为实验室便携式软X射线光源。