基于整体毛细管会聚透镜在氦气环境下的X射线荧光技术

当X射线荧光(XRF)技术被用于分析空气环境中样品的元素组成时,由于空气对低原子序数(Z)元素(如Cl、K、Ca等)中能量较低的特征X射线吸收较大,从而影响探测效果,因此为了避免空气对低Z元素特征X射线的吸收,经常采用真空条件下XRF技术,但它需要复杂昂贵的真空系统。另外,一般实验室光源功率较低,所以入射光强度较弱,从而也影响探测效果。为解决上述这些问题,设计了基于整体毛细管X射线透镜(PCXRL)和转靶光源并在氦气环境下的密闭XRF简易分析系统。利用透镜聚焦获得的高功率密度增益X射线照射样品,获得较强的XRF信号,并使激发通道和探测通道处于稳定的氦气环境,以降低空气对低Z元素特征X射线的吸收。通过实验对整个XRF分析系统进行了表征,然后测定了互花米草、盐地碱蓬样品。研究表明,在氦气环境中,利用旋转钼靶光源并使工作电压和电流分别为29 kV和20 mA的条件下,所探测到的Cl、K、Ca、Fe等元素特征峰强度高于空气环境下的强度,针对植物中X射线特征峰能量低于8 keV的元素而言,在氦气环境中探测到的特征峰强度为空气中的1.1~5.5倍。这有利于高效无损分析样品中的低原子序数元素成分。

一种用于软X射线激光去相干的单玻璃管光学透镜设计

激光具有亮度高、单色性好、高相干性及方向性好的优势,然而在激光成像、激光加工等场景只想利用其高亮度或高单色性,高相干性导致的干涉效应会影响和限制其应用效果.通过模拟计算的方法,设计了一种针对软X射线激光去相干的新型单玻璃管光学透镜.模拟结果显示,针对波长为10 nm、束腰半径为1.25 mm的软X射线激光光束,透镜入口端内直径5 mm、出口端内直径0.6 mm、长度15 cm的单玻璃管光学透镜在有效降低软X射线激光光束相干度的同时,在出口处获得了发散度为30—50 mrad的出射光束,相应的传输效率为78%,光强增益为52.74.针对波长不低于1 nm的激光光束,该型号的单玻璃管光学透镜能够将光束的传输效率保持在30%以上.本文还探讨了入射光能量和透镜长度对器件传输结果的影响.结果表明,根据全反射原理设计的单玻璃管光学透镜能够满足极紫外到X射线波长范围内激光去相干的应用需求,在X射线激光成像、激光加工等方面具有广泛的应用前景.

大口径椭球型单管X射线聚焦镜设计与仿真

针对同步辐射光源点到样品距离长的特点,设计了镀膜与非镀膜这2种大口径椭球型单管X射线聚焦镜,并利用带有面型误差模型的仿真程序模拟了这2种大口径椭球型单管X射线聚焦镜的聚焦性能.结果表明:镀Ir膜的大口径椭球型单管X射线聚焦镜的入口直径、焦斑尺寸、焦深分别为19.0 mm、7.1μm和0.2 mm,接收立体角约为未镀膜聚焦镜的3倍;未镀膜聚焦镜的入口直径和焦斑尺寸分别为15.0 mm和6.4μm,焦深为镀Ir膜聚焦镜的4倍.分析了大口径椭球型单管X射线聚焦镜的面型误差对其焦斑尺寸的影响,讨论了大口径椭球型单管X射线聚焦镜的应用前景.

椭球单毛细管高能X射线微焦斑透镜模拟表征

为了使单毛细管透镜在X射线微区分析中获得高能X射线微焦斑,设计并模拟了基于椭球单毛细管的高能X射线微焦斑透镜,并模拟透镜内表面镀金属氧化膜,氧化膜主要成分为HfO_(2).结果表明:镀膜透镜和普通玻璃透镜都可以将能量为100 keV的X射线会聚成<10.0μm的焦斑;与普通玻璃透镜相比,透镜镀膜后X射线聚焦能量上限提高了约2倍.为增加镀膜透镜光通量,重新设计了镀膜透镜,该新透镜相比于最初设计的普通玻璃透镜,在相同的实验室光源条件下聚焦能量为100 keV的X射线,在焦斑处光通量提高了3.8倍,功率密度增益提高了1个数量级,这表明透镜镀膜对聚焦高能X射线有一定的应用价值.模拟结果对椭球单毛细管高能X射线透镜的研制和应用具有指导意义.

Glancing incidence x-ray fluorescence spectrometry based on a single-bounce parabolic capillary

Glancing incidence x-ray fluorescence spectrometry using a single-bounce parabolic capillary is proposed for the analysis of layered samples.The divergence of the x-ray beam was 0.33 mrad.In this paper,we used this instrumental setup to analyze a Si single crystal and a 50 nm HfO_(2) single-layer film deposited on a Si substrate.

Detailed characterization of polycapillary focusing x-ray lenses by a charge-coupled device detector and a pinhole

A method to measure the detailed performance of polycapillary x-ray optics by a pinhole and charge coupled device(CCD)detector was proposed in this study.The pinhole was located between the x-ray source and the polycapillary x-ray optics to determine the illuminating region of the incident x-ray beam on the input side of the optics.The CCD detector placed downstream of the polycapillary x-ray optics ensured that the incident x-ray beam controlled by the pinhole irradiated a specific region of the input surface of the optics.The intensity of the output beam of the polycapillary x-ray optics was obtained from the far-field image of the output beam of the optics captured by CCD detector.As an application example,the focal spot size,gain in power density,transmission efficiency,and beam divergence of different parts of a polycapillary focusing x-ray lenses(PFXRL)were measured by a pinhole and CCD detector.Three pinholes with diameters of 500,1000,and 2000μm were used to adjust the diameter of the incident x-ray beam illuminating the PFXRL from 500μm to the entire surface of the input side of the PFXRL.The focal spot size of the PFXRL,gain in power density,transmission efficiency,and beam divergence ranged from 27.1μm to 34.6μm,400 to 3460,26.70%to 5.38%,and 16.8 mrad to 84.86 mrad,respectively.

锥形单毛细管高能X射线微焦斑透镜模拟表征

高能X射线微焦斑在高能微束X射线分析技术中具有重要应用。为了获得高能X射线微焦斑透镜,理论设计了基于锥形单毛细管的高能X射线微焦斑透镜,该类锥形毛细管透镜可以把能量为100 keV的X射线会聚成微焦斑,焦斑直径和功率密度增益分别在微米和几十量级,对应的焦距为5毫米左右;并且理论模拟了该类锥形毛细管透镜采用玻璃反射面和金属(纯金)反射面后的特性,在透镜焦斑处,采用纯金金属反射面的锥形毛细管透镜的光通量为采用普通硅酸盐玻璃反射面的锥形毛细管透镜的14.8倍。模拟结果对锥形单毛细管X射线透镜的研制和应用具有指导意义。