同步辐射软X射线单色仪的进展

介绍了同步辐射单色仪光束线和与之相关的光学技术，阐述了第三代高亮度光源对单色仪光束线提出的新挑战，最后简要介绍了目前国际上主要的同步辐射软Ｘ射线单色仪系统和它们的发展。     

软X射线直线单色仪光场分布实验研究

合肥国家同步辐射光源软X射线直线单色仪配备三种不同参数的波带片和针孔光阑,通过调节波带片和针孔光阑间的距离可输出1.97—5.44nm波段的软X射线.利用高分辨正性光刻胶,记录了CZP₃₂和30μm针孔光阑组合下的准确聚焦和大离焦量时的软X射线衍射图,即直线单色仪输出的光场分布.获得了有关爱里斑及空间相干半径等实验数据,所得结果与理论计算相一致. 关键词：     

X射线胶片的脉冲光源响应标定

用ＬＦ－１１激光装置的１．０６μｍ脉冲激光加热Ｃｕ靶产生的Ｌ－壳层线辐射作脉冲Ｘ射线源，在曝光量为（０．０１～１０）－７Ｊ·ｃｍ－２范围内，标定了ＫＯＤＡＫＡＡ－５，ＫＯＤＡＫＳＷＲ和ＵＦＳＨ－Ｏ软Ｘ射线胶片的响应曲线，并与用连续光源标定的进行了对比．结果表明，这三种ｘ射线胶片，在强脉冲光源曝光条件下，都存在着胶片响应互易律失效问题，过去用连续光源标定的响应曲线，在激光等离子体诊断实验中，已经不能采用．     

用于高速摄影变象管的软X射线光电阴极

光阴极由衬底(包括介质阴极的导电基底)和光电发射膜构成。采用了聚丙烯、Formvar和Paylene三种有机薄膜作阴极衬底。建立了这些薄膜的制备技术。用一台自制的软X射线单色仪在277—7469ev光子能量范围内测量了这些薄膜的透过率。 研究了CsI、CsBr、Au和MgF₂四种光电阴极的光电发射特性和光电发射与阴极厚度的关系,找出了最佳阴极厚度。用软X射线单色仪在277—7469ev光子能量范围内测量了最佳厚度阴极的绝对量子效率,四种阴极最大值分别为4.50、2.90、0.25和0.12。我们还在同一阴极衬底上分区制备了四种阴极,在变象管荧光屏上比较其亮度,结果和测量的一致。 用LAB5型表面分析仪对CsI和Au阴极的光电子初能量分布作了测量,CsI阴极光电子初能量分布半高宽远小于Au。因此CsI是适用于高速摄影变象管比较理想的软X射线光电阴极。     

标定脉冲星导航探测器的荧光X射线光源

为标定X射线脉冲星导航用探测器, 设计了一种荧光X射线源, 该射线源的工作原理是 用X射线管的出射线轰击特定荧光靶材, 从而获得能量一定的荧光X射线, 并以此作为标定探测器的荧光X射线光源. 采用硅漂移半导体探测器在大气环境下测试了按上述原理搭建的荧光X射线光源的能谱分布和光子流量, 从光子流量入手推算了该荧光X射线光源用于真空系统中对探测器进行标定的可行性. 研制出了荧光X射线光源样机, 并在真空系统中对荧光X射线光源样机光子流量做了测试. 在探测距离D_x=300 cm, X射线管管流I_a=200 μA时, 所测得的荧光X射线光源光子流量可达19.57 ph/s@4.51 keV, 25.22 ph/s@5.41 keV, 33.27 ph/s@8.05 keV, 确认了所提方法的可行性, 获得了标定探测器的荧光X射线光源.     

软X射线-真空紫外波段光谱光源研究

介绍长春光学精密机械与物理研究所进行的软X射线-真空紫外波段光谱光源研究工作。研制成功的壁稳氩弧光源光谱辐射稳定性和重复性达±0.3%,可作标准辐射源,用于真空紫外波段仪器光谱强度绝对辐射定标。研制成功的潘宁(Penning)光源、双等离子体光源和空心阴极光源,可以覆盖从十几个nm至几十nm波段范围,光谱辐射稳定性和重复性达±1.0%,提供不同工作气体在该波段的原子和离子线谱,用于光谱仪器的波长定标。所研制的激光等离子体光源,尤其是近期研制成功的无污染微液滴喷射靶激光等离子体光源,可以提供较高亮度的软X射线辐射,13.0 nm处激光-软X射线转换效率达0.75%／2π·sr／2%带宽,适合于光刻和该波段辐射计量研究。     

天文观察用超软X射线探测器的标定

在北京同步辐射装置3W1B光束线上,对天文观测用超软X射线(0.2keV—3.5keV)正比计数管探测器进行了系统地标定.得到了正比计数管的死时间、计数率坪曲线、能量线性、能量分辨、窗材料透过比曲线;借助于已标定过的光电二极管探测器,测量了正比管探测器的能量响应效率,标定不确定度在10%—18%之间.另外,还对正比管系统在卫星上的六道记录和在实验室里的多道记录进行了对比,两种记录方式符合得很好.     

一本有助于推动我国软X射线/极紫外光学发展的专著——《软X射线与极紫外辐射的原理和应用》简介

1999年，阿特伍德（Attwood D T）的专著《软X射线与极紫外辐射的原理和应用》（Soft X-rays and extreme ultraviolet radiation：principle and applications）出版．在出版之前的1998年7月，作者就利用参加国际会议之际请与会的中国的张杰博士将此书介绍给中国读者．经过张杰教授等人挤时间艰苦的翻译，中译本于2003年9月由科学出版界出版发行．这一本很好的科学专著，它的出版有助于推动我国软X射线／极紫外光学的发展．     

激光等离子体光源软X射线反射率计

介绍了所研制的激光等离子体光源软X射线反射率计,该反射率计由激光等离子体光源、掠入射光栅单色仪、样品室、真空系统、样品台、光电探测系统和计算机控制系统组成,工作波段8～30 nm,测量样品的最大尺寸为130 mm×120 mm×120 mm(长×宽×高),可以利用这台反射率计对软X射线波段光栅、滤光片和多层膜反射镜等光学元件进行测量和评估。为检验反射率计的性能指标,利用该反射率计对本室研制的软X射线多层膜反射镜的反射率进行了测量,测量结果与理论计算结果符合较好,反射率测量重复性为±0.6%。     

Czerny-Turner型双光栅单色仪的波长驱动与波长校准研究

单色仪在实际光谱测量前需要进行波长校准。文中分析了波长驱动原理,并推导了Czerny-Turner双光栅单色仪出射波长与步进电机脉冲数的关系式。在此基础上进行了波长校准实验。使用低压汞灯作为校准光源,在紫外波段和可见波段蓝端,扫描多条低压汞灯特征谱线,得到单色仪的指示波长与信号强度的关系数据。计算出单色仪出射这些谱线时使用的波长修正量。最后使用曲线拟合方法得到250 nm～450 nm光谱范围内单色仪出射任意波长时对应修正量的计算式。波长校准保证了单色仪的波长准确性。     

激光等离子体脉冲软X光标定源

利用神光Ⅱ上激光与等离子体相互作用得到的软X光,建立了基于多层镜的四通道软X光单色器系统。研究了光源的性能,测量了光源强度、单色器系统稳定性、相应通道的一致性。研究表明,采用多层镜作为脉冲光源的分光元件,可以得到具有较好单色性的强脉冲软X 光标定源。光源的光子能量为253 eV和820 eV,两能道的光源强度分别为1.8×1019 photon/(s·cm2)和3.2×1019 photon/(s·cm2)。在该标定源上可以实现XRD、平面镜、多层镜、透射光栅和滤片的标定。     

Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准

研究了Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准技术。结合单色仪的结构参数和特点,提出以符合光栅方程的正弦曲线作为仪器出射波长的校准方程,基于最小二乘法原理给出校准方程的拟合残差表达式,由于校准方程的非线性,应用二维Nelder-Mead单纯形法求解拟合残差的待定系数,建立了波长与光栅转角的精确表达式,并通过实验验证了该算法的准确性。结果表明,经过校准的单色仪波长定位精度小于0.1nm,比设计要求提高一个数量级。该方法在Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准过程中,应用简单,容易实现,只需稍加修改步进电机的控制程序,即可完成对仪器出射波长的快速实时校准,实用性强。     

多通道软X射线Dante谱仪标定及实验

介绍了用于阳加速器上Z箍缩内爆实验诊断的Dante谱仪的结构和通道配置,详细讨论了X射线二极管、掠入射平面反射镜和滤片等主要元器件的标定结果,分析了标定结果与理论计算发生偏差的原因,给出了喷气Z箍缩等离子体辐射的测量结果,X光辐射功率30～40 GW,能量约0.8 kJ,并与闪烁体光电管测量结果进行了比较,差异约20%。     

空心阴极等离子体电子枪研究

对空心阴极等离子体电子枪的理论与机理做了较详细的分析，介绍了空心阴极放电特性，论 述了激励电极和调制电极在空心阴极内等离子体形成过程中的作用，分析了等离子体中电子 和离子的运动及主要参数，推导出空心阴极内电场与电流密度的表达式，研究了形成稳定电 子束流的基本条件.利用泊松方程、电流连续性方程和运动方程对其进行了数值模拟计算， 并给出了优化结果. 在此基础上设计出了输出束流脉宽为1μs、幅值达2kA的空心阴极等离 子体电子枪. 关键词： 空心阴极 等离子体 电子枪     

Characteristics of a multi-keV monochromatic point x-ray source based on vacuum diode with laser-produced plasma as cathode

Temporal, spatial and spectral characteristics of a multi-keV monochromatic point x-ray source based on vacuum diode with laser-produced plasma as cathode are presented. Electrons from a laser-produced aluminium plasma were accelerated towards a conical point tip titanium anode to generate K-shell x-ray radiation. Approximately 10₁₀ photons/pulse were generated in x-ray pulses of ∼18 to ∼28 ns duration from a source of ∼300 μm diameter, athυ = 4.51 keV (K _α emission of titanium), with a brightness of ∼10²⁰ photons/cm²/s/sr. This was sufficient to record single-shot x-ray radiographs of physical objects on a DEF-5 x-ray film kept at a distance of up to ∼10 cm.     

对Kodak—SWR底片在软X光波段的绝对标定

运用透射光栅光谱仪，对线聚焦高功率激光辐照到锗靶上产生的软Ｘ光激光进行光谱记录，利用衍射谱的对称性和已经绝对标定过的Ｋｏｄａｋ－１０１底片来完成对Ｋｏｄａｋ－ＳＷＲ底片的绝对标定。     

空心阴极辉光放电包覆铜纳米粉末

简要叙述了自悬浮定向流方法制备铜纳米粉末的原理和包覆层薄膜的生长机理,采用空心阴极辉光放电对铜纳米粉末进行有机包覆,实验中CH4和H2的流量分别为6 ml/min和12 ml/min,工作电压为450 V,衬底与空心阴极的底端距离为2 cm,背景真空和工作气压分别为6 Pa和100 Pa,沉积速率为7.5 nm/min。用透射电镜(TEM)对铜纳米粉末进行了观察和分析,结果表明：铜纳米粉末呈球状,其粒径分布在10～100 nm之间, 平均粒径大小为50 nm;其包覆层的厚度大约为15 nm,而且该厚度可以通过调节空心阴极辉光放电的参数来控制。     

平面镜反射率的标定及修正

研究了用同步辐射源标定软X光掠入射平面镜的反射率。实验采用北京同步辐射装置(BSRF)-3W1B束线及反射率计靶室,在50~1 500 eV能区,做了C,Si,Ni和Au材料平面镜在1°~7°掠射角下的反射率标定曲线。由于3W1B束线的单色器采用变间距光栅作色散元件,光栅分光必然存在高次谐波,高次谐波严重影响光源的单色性,从而给平面镜的反射率标定值带来误差。前置滤片虽然能有效抵制高次谐波,但不能完全消除高次谐波。为此,利用透射光栅对光源做了单色性研究,给出高次谐波在不同能区所占光源强度的比例,从而对平面镜反射率标定值做出修正。     

高功率密度软X射线在X光导管中传输效率测量

为优化软X射线聚束透镜设计参数,使之与等离子体辐射源组合来获得洁净的高功率密度宽能带的软X光束,在西北核技术研究所的强光一号加速器装置上,对高功率密度的软X射线（6×106～1.5×107 W/cm2）在X光导管中的传输特性进行研究。研究结果表明：对于DM308型号玻璃材料拉制成的X光导管,在该功率密度范围内,软X射线在X光导管中的传输没有出现非线性效应,随着入射软X射线功率密度的提高,出射软X射线功率密度基本成线性增大;当入射软X射线的功率密度为1.2×107 W/cm7时,实验中获得X光导管的平均传输效率达到了16.3%。在强光一号加速器装置上,使用由该规格X光导管制作的软X射线聚束透镜与钨丝阵Z-pinch等离子体辐射源组合,获得了功率密度达2.1×109 W/cm2的宽能带的软X光源。