微束斑X射线源聚焦系统的数值研究

本文研究了由两个磁透镜组成的电子束打靶微束斑X射线源的聚焦系统.首先利用有限元法计算了磁透镜的磁感应强度的轴上分布,在此基础上用三次样条函数插值计算了磁场的空间分布,最后用四阶Runge-Kutta法追踪了电子的运动轨迹,并给出了入射电子束经过聚焦系统后的缩小倍率.     

微束斑X射线源及X射线光学元件

高质量的X射线源,尤其高亮度的微纳束斑X射线源是现代X射线光学高清晰成像最为关键的部件之一,在工业无损探伤、生命科学、材料科学等科学研究和实际应用中具有重要的意义。简单介绍了微束斑X射线源的产生方法及发展历史,并对微束X射线光学涉及到的聚焦X射线光学元件（如X射线掠入射反射镜、布拉格法反射镜、多层膜反射镜、多层膜光栅、X射线波带片、毛细管聚焦透镜和复合折射透镜等）的主要特点作了简要的系统介绍。最后展望了微细束X射线在微纳检测与分析等方面的应用前景。     

电子束在微束斑X射线源中运动轨迹的计算

轰击金属靶面的高能电子束束斑大小,是决定微束斑X射线源最终X射线束斑尺寸的关键因素之一.当LaB₆晶体阴极发射电流为60μA时,采用5点不等距有限差分法(FDM)计算了整个仪器内旋转对称电子光学系统电场的分布,并利用Runge Kutta法从LaB₆阴极发射端面开始追踪了电子束在整个系统内部的运动,经计算,聚焦在靶面上的电子束斑直径约为600~1000nm.     

微束斑X射线源LaB_6阴极电子枪的设计

LaB6阴极电子枪是微束斑X射线源的关键组成部件之一。详细的讨论了电子枪的各组成电极 ,即LaB6阴极、Wehnelt栅极和阳极的设计。采用边界元法 (BEM )对电子枪内部电场电位和场强分布进行了有效的数值计算 ,并从阴极开始起利用四阶Runge Kutta法追踪电子的运动轨迹。给出了当阳极端口处电子束半径为设计值时各电极电压、电极结构等工作参量 ,利用该LaB6阴极电子枪可以满足微束斑X射线源需要高亮度、微细电子束发射的要求。     

聚焦慢速高荷态重离子束微束斑X射线源

利用电子束离子源(EBIS)或者电子束离子陷阱(EBIT)产生的慢速高电荷态重离子束轰击金属靶面,离子束与靶面作用并复合辐射特征X射线;并将高荷态离子束采用离子光学系统会聚为微细束后再与靶面作用,能够辐射出微米甚至亚微米级、纳米级的微束斑X射线.本文介绍这一新型微束斑X射线源的结构、机理及其特性等.     

微束斑X射线源发射系统的数值计算

本文采用边界元法(BEM)对高亮度微束斑X射线源的LaB₆阴极、Wehnet栅极和阳极等发射系统的电位和场强分布进行了数值计算,首先计算了系统对称轴上的电位,再利用三次样条插值法和谢赫尔公式等计算了系统在考虑三次相差情况下的傍轴电场强度分布.     

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。     

基于空间应用的透射式微型微束调制X射线源

针对空间应用对X射线源的需求, 提出了一种透射式微型微束调制X射线源的设计方案, 建立了调制X射线源的理论模型. 相较传统的X射线源, 增加了栅极电压控制和多个聚焦极微束聚焦功能, 通过改变栅极电压实现X射线的幅度调制和脉冲调制. 利用带电粒子光学仿真软件SIMION, 模拟计算了不同管电压下透射式阳极靶的最佳靶厚, 仿真分析了不同栅极电压对电子束运动轨迹的影响, 最终得到了150 μm的微束焦斑直径. 完成了原理样机的加工镀膜和真空密封, 搭建了调制X射线源的测试装置, 实验报道了阳极钨靶的谱线特性, 分析了栅极电压影响出射X射线强度的原因, 讨论了栅极幅度调制的可能性, 完成了调制X射线源栅极脉冲调制的验证.     

一种点光源的自适应束斑X射线衍射仪的研制

为同时实现微米量级待测区域和毫米量级待测区域的物相分析,以及对表面不平整样品准确的物相分析,本实验室结合X射线衍射技术、CCD相机成像技术和毛细管微会聚X光调控技术,研制了一款能根据待测区域大小自适应调节照射X射线束斑直径的点光源X射线衍射仪Hawk-Ⅱ,其主要组成包括X射线源系统、六维联动运动系统、CCD相机、X射线探测系统和基于LabVIEW的软件控制系统.为验证设备的可行性,对表面不平整的人民币五角硬币进行分析,发现Hawk-Ⅱ测得的衍射图与标准PDF卡基本一致,而帕纳科X-Pert Pro MPD测得的衍射图最大偏移角度高达0.52°.对清代红绿彩瓷白釉和表面镀Cu,Fe的纳米材料采用不同直径的X射线束进行分析,发现白釉的晶体分布较为均匀,而纳米材料的表面镀膜不均匀.应用Hawk-Ⅱ分析一片西汉青铜,根据其锈蚀点的大小自适应调节照射X射线束斑直径,从而实现了物相的精确分析.由分析结果可知,Hawk-Ⅱ不仅拥有准确分析不规则样品的能力,而且拥有从微米级到毫米级待测区域的物相分析能力,并兼具能量色散X射线荧光分析功能,在诸多领域具有广泛的应用前景.     

DPF-300脉冲X射线源同步触发系统研制

 DPF-300脉冲X射线源的同步触发系统采用三级触发：第一级由初级脉冲产生器触发氢闸流管;第二级由氢闸流管输出脉冲触发多路触发开关;第三级由多路触发开关和触发箱组成,触发主放电场畸变开关。该触发系统中多路触发开关产生负极性脉冲信号,通过耦合电容,到达开关的触发脉冲上升沿,约为40 ns,脉冲半高宽约60 ns,上升陡度大于0.67 kV/ns。能够同时触发40个同轴型场畸变开关,电压工作范围20～40 kV,不同发次触发箱输出的触发脉冲信号时间分散性小于4 ns,同一发次不同开关的放电时间分散性小于20 ns。在工作电压20 kV,主放电开关充0.115 MPa氮气时,整机负载电流达到约1 MA。     

Phase Imaging with a Phase-Shifting X-ray Shearing Interferometer Using an X-ray Line Source

An X-ray shearing interferometer with a line source is presented. The line source broadens X-ray beams and enables us to obtain a phase image with an X-ray image sensor without mechanical scanning. It can reduce the measuring time compared with image acquisition by mechanical scanning. Small phase difference is measured with the phase shift method using acrylic wedges. Although the output beam is overlapped with the non-interfering beams, we can obtain interference fringes with reasonable contrast. With this system we can obtain a projected phase image of an acrylic plate with cellophane tape.     

同步辐射掠出射X射线荧光分析薄膜膜厚

掠射X射线荧光分析为薄层和多层膜特性分析提供了潜在的可能. 尤其是可以探测膜层厚度、界面形貌和组成. 以北京同步辐射光源作激发光源, 采用掠出射方法测试了Si基片上不同厚度的单层Cr膜样品, 测试结果与理论计算基本符合. 同时观察到一定厚度的薄膜样品产生的掠出射X射线荧光的干涉现象.     

精确测定X光透镜发散度的实验方法

为了建立精确测定X光透镜发散度的实验方法,提出了有效X光源的概念,得到X光束发散度的准确值.推导出了X光束发散度的理论计算公式.零点扫描实验方法证明了理论公式的正确性.晶体转动实验方法测量了X光束的发散度,与理论值符合得很好,晶体转动实验方法应用到对X光透镜发散度的测定可以消除分析晶体不完整性的影响.     

基于X射线的空间语音通信系统

提出了栅控X射线源作为发射器和基于微通道板的X射线单光子探测器作为接收器的X射线通信方案. 搭建了基于X射线的空间语音通信系统, 详细介绍了信号调制发射器、基于微通道板的X射线单光子探测器及信号接收解调器的设计及工作原理. 报道了基于X射线的空间语音通信系统的初步实验结果, 实现了优于20 kbit/s的基于语音信号调制的X射线通信. 实验分析了在不同X射线强度、信号整形时间和阈值设置下通信性能影响, 得出了X射线发射功率限制X射线通信速率的结论, 提出了下一步提高X射线通信性能的改进方案. 关键词： X射线通信 X射线源 探测器     

激光等离子体软X射线光源光谱强度测量方法

提出了一种新的探测和测量激光等离子体软X射线源光谱强度的方法。该方法使用通道电子倍增器和定标过的硅光电二极管为探测器 ,前者是非标准探测器 ,后者为标准探测器。应用电荷灵敏前置放大器测量探测器产生的电量 ,并以高分辨率的光谱仪为分光元件 ,在已知光栅效率、通道电子倍增器增益、硅光电二极管能量响应的条件下 ,给出了计算激光等离子体软X射线源在某一波长光谱强度的公式     

一种变曲率面晶体X射线检测技术

在惯性约束聚变光谱诊断物理实验研究中,晶体衍射后X射线光谱信号较弱,需要高收光效率及宽频谱范围的光谱诊断仪器.在传统锥面弯曲晶体基础上提出变曲率弯晶多能点成像技术,该技术具有宽频谱范围、强聚焦能力、高光谱分辨的特点.在晶体衍射成像结构设计中,由于能够确保成像光线的旋转对称性,因此在原理上可消除传统弯晶X射线衍射成像像差.利用研制的变曲率面石英晶体对钛靶X射线源进行X射线聚焦检测,并与同种材料的平面晶体进行收光效率对比,实验结果表明该变曲率面石英晶体的收光效率可以达到平面石英晶体的100倍,检测X射线能量范围为4.51~5.14keV.该晶体谱仪结合X射线条纹相机能够检测宽频谱范围的微弱X射线信号,条纹相机探测面可与晶体检测光路方向垂直布局.