多毛细管平行束及其应用

作为X射线光源增强的平行束方法,多毛细管技术能够有效地提高X射线衍射仪的计数强度,在一定范围内达到与转靶相同的效果。同时平行束所具有的对样品位置的不敏感性,以及在全测角范围内都能获得对称峰型的优点,使多毛细管平行束应用于X射线衍射分析时,可望解决传统方法中的一些困难问题。     

X射线毛细管及其应用

介绍了Ｘ射线毛细管光学元件的原理、特征和类型及其在蛋白质晶体学、微束衍射、微束光谱等方面应用新进展。     

毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术在胶囊类药品分析中的应用

为了对胶囊类药品进行无损分析鉴别,利用两个多毛细管X光透镜搭建了共聚焦微束X射线荧光谱仪,两个处在共聚焦状态的透镜形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号,这有利于分别对胶囊壳和其内部药物进行原位无损元素分析,从而辨别它们的种类。分析了4种胶囊类药品对应的X射线荧光谱特征,从荧光谱图上可以看出不同胶囊类药品有不同的X射线荧光谱,对应不同的元素组成,所以可以利用胶囊内部药物对应的X射线荧光谱鉴别胶囊类药品的种类。实验证明,利用共聚焦微束X射线荧光技术可以在不破坏胶囊壳的情况下对胶囊类样品进行无损原位分析,该技术在胶囊类药品种类和真伪鉴别中具有潜在应用价值。     

一种毛细管聚焦的便携式微束X射线荧光谱仪

基于毛细管X光透镜技术的便携式能量色散X射线荧光分析因其无损分析等优点成为分析文物样品的有利工具。但由于文物样品的表面不平整或弧度以及毛细管X光透镜聚焦X射线的特点，导致在测量过程中样品测量点与毛细管X光透镜出端之间的距离产生变化，引起照射样品的X射线束斑大小发生改变，从而影响测量结果的准确性和元素区域扫描的分辨率。介绍了本实验室自行研发的一种新型便携式微束X射线荧光谱仪，此谱仪主要是由SDD X射线探测器、30 W低功率X射线管、毛细管X光透镜、CCD和一个新型闭环控制系统构成。该闭环控制系统是在激光位移传感器能够精确控制样品测量点到毛细管X光透镜出端距离的基础上，结合LabVIEW语言环境下开发的计算机控制程序以及步进电机、样品台等器件组成。基于此系统，该实验室研发的便携式微束X射线荧光谱仪在测量过程中可以时刻保证照射样品的X射线光斑大小固定不变。同时，该谱仪还可以通过调整样品测量点到透镜出端的距离来选择不同尺寸的X射线照射光斑。为了验证设备的可行性，使用该便携式微束X射线荧光谱仪在激活激光位移传感器和关闭激光位移传感器两种情况下测量了一块表面不平整古陶瓷样品釉彩层中K，Ca，Zn和Fe等元素的含量及分布，并将测量结果进行了对比。结果显示，在激活激光位移传感器的情况下测得的样品微区元素含量与真实值较接近，扫描区域元素分布图的分辨率更好，表明本谱仪基于激光位移传感器开发的自动调整样品测量点到透镜出口端距离的闭环控制系统能有效的减少由于样品表面不平整或弧度带来的测量误差，弥补了现有微束X射线荧光谱仪在此方面的不足。因此，本便携式微束X射线荧光谱仪在无损分析检测文物方面具有潜在的应用前景。     

一种基于毛细管X光透镜的微型锥束CT扫描仪

活体小动物成像系统是疾病研究、新药开发的重要组成部分.其中,X射线微型锥束计算机断层成像(X-ray micro cone-beam computed tomography,Micro-CBCT)能实现数十至数百微米空间分辨率的解剖结构成像研究.Micro-CBCT成像仪的一个关键挑战是其空间和对比度分辨率主要取决于X射线源焦斑大小、探测器分辨率和系统几何结构等因素.为提高Micro-CBCT的空间分辨率、对比度分辨率和成像均一性,本文基于毛细管X光透镜研制了一款能够调控照射X射线束斑孔径的Micro-CBCT扫描仪,用于小动物成像研究.此系统由微焦斑X射线源、非晶硅平板探测器、旋转工作台和控制电脑组成,并采用Feldkamp-Daivs-Kress算法重建投影图像.对该系统的性能进行了测试,结果表明,系统在10%调制传递函数下的空间分辨率为9.1 lp/mm,提高了1.35倍.同时,由于毛细管X光透镜对低能X射线的吸收和散射抑制作用,实现了2倍以上的对比度增强,减轻了多色X射线束硬化效应引起的图像均一性恶化问题.应用该Micro-CBCT系统对麻醉小鼠进行了活体成像,验证了该系统在小...     

微束X射线荧光分析

用能量色散微束X射线荧光分析仪实际测量了微束准直器孔径和X射线强度对微束空间分辨率的影响,在准直器孔径为0.1mm条件下,获得以FWHM定义的空间分辨率最好为0.073mm。通过微束扫描测量出某硫化锰矿微区内的Mn、Fe、Zn、Pb的三维等高线荧光强度分布图和不同小区域内的能谱。     

唐三彩烧制工艺的无损分析研究

唐三彩是我国重要的文化遗产,分析其胎体和釉料的化学成分和物相结构对研究其原料特点和烧制工艺具有重要意义。利用微束X射线荧光谱仪和X射线衍射谱仪无损分析陕西醴泉坊窑、河南黄冶窑和陕西省博物馆烧制的现代仿品等唐三彩样品。研究结果表明,醴泉坊窑唐三彩和黄冶窑唐三彩的原料来源于不同类别的黏土。醴泉坊窑和黄冶窑烧制的唐三彩胎料中主要含有大量α-石英(SiO₂, PDF 46-1045)和少量的方石英(SiO₂, PDF 76-0932)等晶相,但醴泉坊窑和黄冶窑烧制的唐三彩胎料中还分别存在少量α-Fe₂O₃(Fe₂O₃, PDF 16-0653)和微量莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂, PDF 83-1881)等晶相。这表明二者原料来源和烧制工艺的不同导致其烧成胎料中矿物结构的差异。在唐三彩的釉彩中,着色元素Fe, Cu和Co充分熔融在铅熔剂里,且在黄釉和绿釉的交界处Fe与Cu相互交融。釉彩的XRD谱...     

清代红绿彩瓷器无损分析研究

红绿彩瓷器是我国陶瓷史上一种重要的釉上彩瓷器,分析其彩料的化学组成和物相结构对其烧制工艺的研究有很重要的意义.但由于瓷器表面的不平整和彩料分布的不均匀性,导致其不满足传统的1 mm×10 m m线光源的X射线衍射仪对样品的测试要求.而毛细管聚焦的X射线衍射仪采用点光源的方式照射样品,毛细管X光透镜对Cu-Kα 的能量有...     

毛细管准直微束过程模拟与微束品质分析

利用GEANT4程序对复旦大学单粒子微束的毛细管准直过程进行了蒙特卡罗模拟。计算结果表明：当前采用的1 m孔径、1 mm长度的毛细玻璃管准直器能够引出峰值能量2.2 MeV、能量分辨130 keV、束径2.4 m的质子微束,可达到装置对微束能量与束径分辨的设计指标,从理论上明确了毛细管准直微束引出的可行性。针对影响入射目标细胞微束品质的主要因素,分析了微束品质与准直系统和入射束流各状态参数的依赖关系,为毛细管准直微束的引出与优化提供了必要的理论依据。     

毛细管准直微束过程模拟与微束品质分析

利用GEANT4程序对复旦大学单粒子微束的毛细管准直过程进行了蒙特卡罗模拟。计算结果表明:当前采用的1 m孔径、1 mm长度的毛细玻璃管准直器能够引出峰值能量2.2 MeV、能量分辨130 keV、束径2.4 m的质子微束,可达到装置对微束能量与束径分辨的设计指标,从理论上明确了毛细管准直微束引出的可行性。针对影响入射目标细胞微束品质的主要因素,分析了微束品质与准直系统和入射束流各状态参数的依赖关系,为毛细管准直微束的引出与优化提供了必要的理论依据。     

准单色近平行光束的X射线源

针对准单色近平行光束X射线背光成像诊断需求,提出了一种用球面弯晶进行X射线衍射选单从而获取准直光束的新方案.在神光Ⅱ装置上,设计了基于球面弯晶X射线衍射选单准直光束系统,完成了该系统的安装、调试和实验应用,获得了准单色(10~(-3)△λ/λ10~(-2))、小发散角(2 mrad)和大辐照匀斑(直径φ500 m)的X射线光源.同时基于衍射光学和球面镜成像理论,研究了不同布拉格角对球面弯晶X射线衍射光束发散角及其像散差的影响.结果表明,布拉格角会影响球面弯晶X射线衍射光束的发散角.用控制布拉格角范围的方法有望获得发散角优于1 mrad的近平行光束X射线光源.这种准单色、极小发散度和均匀角分布的X射线光源可应用于高分辨X射线成像诊断.     

13.9nm软X射线激光用大面积多层膜分束镜研制

 基于分束镜反射率和透射率的乘积为衡量标准的原则,设计了13.9nm软X射线激光干涉测量所需的多层膜分束镜，用磁控溅射法在有效面积达10mm×10mm，厚100nm的氮化硅窗口上镀制Mo/Si多层膜,实现了分束镜制作。用表面轮廓仪实测分束镜面形精度达到nm量级，同步辐射反射率计测试表明,分束镜的反射率和透射率乘积约4%。     

Parametric X-ray radiation as a beam size monitor

We propose two new approaches, referred to as the local and remote methods, for measuring electron beam sizes using parametric X-ray radiation. Using the local method, we have carried out a proof-of-principle experiment, and good agreement was obtained with the results of a standard method using a fluorescent screen. For the remote method, we have proposed a scheme to measure beam sizes using a Fresnel zone plate as an X-ray lens. These methods may prove useful for measuring the sizes of electron beams with small emittances or short bunch lengths in recent advanced accelerators.     

A quantitative study of diffracted X-ray intensities from type I natural diamond crystals by high resolution X-ray diffractometry and comparison with nearly perfect silicon single crystals

Results of accurate measurements of peak and integrated intensities of , 111 and 333 reflections of natural diamonds of type I and nearly perfect silicon single crystals are reported. Highly monochromated and collimated MoK _{α 1} exploring beam was used. A quadrupole crystal X-ray diffractometer was employed in (+, −, +) and (+, −, +, −) settings. (111) platelets of diamond and silicon crystals with thicknesses of about 1 mm were selected. High resolution diffraction curves, stationary and traverse topographs were recorded. Diffraction curve half widths of diamond and silicon crystals were in the range: 45–200 arc sec and a few arc sec respectively. The experimental values of integrated intensitiesρ for diamond crystals were found to lie between the theoretical values for ideally perfect and ideally imperfect crystals. Experimental values ofρ for silicon were closer to the “perfect crystal” values. This is consistent with the results of diffractometric and topographic evaluation. The peak intensities of all reflections were higher for diamond crystals in comparison to the silicon crystals. The ratioI _C/I _Si lies in the range 1.3 (111 reflection) to 10.5 and (333) reflections. This is anomalous and cannot be accounted for by considering the degree of perfection, structure factor and difference in absorption coefficient.     

New method for measuring beam profiles using a parametric X-ray pinhole camera

We propose a new method for measuring electron beam profiles using parametric X-ray radiation. In this method, a pinhole is placed between the source of parametric X-ray radiation and a two-dimensional X-ray detector, and the beam profile can be reconstructed on the detector, i.e., based on the principle of a pinhole camera. The profiles are in good agreement with the results obtained using a standard method with optical transition radiation. This method may prove useful to measure profiles of electron beams with short bunch lengths in recent advanced linear accelerators.     

Multimode fiber laser beam cleanup based on stochastic parallel gradient descent algorithm

We present experimental research on multimode fiber laser beam cleanup based on a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. The multimode laser is obtained by injecting a 1064 nm central wavelength single mode fiber laser into a multimode fiber and the system is setup by using phase only liquid crystal spatial light modulators (LC-SLM). The quality evaluation function is increased by a factor of 10.5 and 65% of the laser energy is encircled in the central lobe when the system evolves from open-loop into close-loop state. Experimental results indicate the feasibility of the multimode fiber laser beam cleanup by adaptive optics (AO).     

激光等离子体X射线源的应用

激光等离子体作为X射线光源,具有光源体积小、亮度高、脉冲短等优点。因此,激光等离子体X射线光源在时间分辨诊断测量等方面具有重要的应用。文章简单介绍了这种光源在软X射线投影光刻技术、医学成像、晶体研究以及惯性约束核聚变（ICF）研究等方面的应用。这四个方面分别属于信息,生物,材料和能源等四个科学领域。作者的目的在于让这些科研领域及其对应工业界的研究同行了解我们的工作,从而能够实现跨学科、跨领域的合作。     

激光等离子体X射线源的应用

激光等离子体作为X射线光源，具有光源体积小、亮度高、脉冲短等优点。因此，激光等离子体X射线光源在时间分辨诊断测量等方面具有重要的应用。文章简单介绍了这种光源在软X射线投影光刻技术、医学成像、晶体研究以及惯性约束核聚变（ICF）研究等方面的应用。这四个方面分别属于信息，生物，材料和能源等四个科学领域。作者的目的在于让这些科研领域及其对应工业界的研究同行了解我们的工作，从而能够实现跨学科、跨领域的合作。     

13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜研究

 介绍了13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜的设计、制备与性能检测。基于分束镜反射率和透过率乘积最大的评价标准,设计了13.9 nm软X射线激光干涉实验用多层膜分束镜。采用磁控溅射方法在有效面积为10 mm×10 mm、厚度为100 nm的Si3N4基底上镀制了Mo/Si多层膜,制成了多层膜分束镜。利用X射线掠入射衍射的方法测量了Mo/Si多层膜的周期。用扩束He-Ne激光束进行的投影成像方法定性分析了分束镜的面形精度,利用光学轮廓仪完成了分束镜面形精确测量。利用北京同步辐射装置测量了分束镜反射率和透射率,在13.9 nm处,分束镜反射率和透过率乘积达4%。使用多层膜分束镜构建了软X射线马赫贞德干涉仪,并应用于13.9 nm软X射线激光干涉实验中,获得了清晰的含有C8H8等离子体电子密度信息的动态干涉条纹。