用于大尺寸样品的同步辐射硬X射线衍射增强成像方法研究

作为 X 射线相衬成像的方法之一,衍射增强成像方法由于能获得较高的信噪比及分辨率而引起了人们的研究兴趣。北京同步辐射装置(BSRF)形貌学实验站也开展了该方法的探索研究。此前的衍射增强成像方法中,当白光 X 射线光束横截面尺寸为 20 mm×10 mm 时,经过双晶单色器后最大只能获得横截面尺寸为20 mm×4 mm 的均匀单色 X 射线,从而造成成像区域减小。在对通常衍射增强成像光路排列分析的基础上,提出了一种新的光学排列几何并进行了衍射增强实验。应用新光学排列几何首次获得了与入射白光 X 射线尺寸相当的、大的成像光斑均匀区域,因而新光学排列几何更适合于大尺寸样品的研究工作。同时,该光学排列几何成像分辨率可以达到微米量级并且更方便于实验操作。

β′-钼酸钆晶体的生长与畴结构观察

用提拉法生长了质量较好的铁电 -铁弹 β′ Gd2 (MoO4 ) 3 晶体。研究了晶体中包裹物的形成原因及晶体转速、提拉速度、温度梯度等对包裹物的影响 ,分析了晶体开裂的类型及克服的方法。指出了用提拉法生长高质量 β′ Gd2 (MoO4 ) 3 晶体的合适工艺参数。用偏光显微镜对晶体中的畴结构进行了观察 ,发现样品中存在宽畴和细畴两种类型 ,结合同一样品减薄实验确定了晶体中的宽畴为铁电畴 ,细畴为铁弹畴。

BSRF-4W1A形貌成像光束线改造

从光束线和实验站目前研究工作的需要出发,对BSRF-4W1A光束线进行了改造。改造中,重新确定了光束线的引出参数,设计研制了便于单色光和白光模式转换的固定出口双晶单色器,在理论热分析计算的基础上提出了单色器第一晶体采用顶部冷却的模式。改造后,4W1A光束线的通量在常用的8keV处提高约3.6倍,在同样的通量下能量由现在的8keV可延伸至19.6keV。

BSRF-4W1A纳米成像光束线调试

为了给新建的30nm空间分辨成像系统提供稳定的5–12keV照明X射线,BSRF新建造了一条纳米成像光束线。该项目从2007年开始,目前已经完成光束线调试并投入使用。光束线各参数测试的结果表明,光束线主要性能达到了设计指标,可以满足后续纳米成像系统的要求。本文对该光束线的具体调试过程进行了总结,可为今后类似工作提供参考。

β′-Gd_2(MoO_4)_3晶体生长中的过冷现象研究

对电阻加热引上法和感应加热引上法生长 β′ Gd2 (MoO4 ) 3 晶体的实验结果进行了比较 ,分析了两种方法生长晶体过程中熔体过冷和组分过冷的情况。研究认为组分过冷主要与生长过程中MoO3 的挥发、Gd2 (MoO4 ) 3 熔体的粘度及固液界面的温度梯度有关 。

同步辐射X射线位相衬度成像—X射线位相衬度照相术

X射线位相衬度成像是进行生物、医学和材料科学研究的一种新的重要手段。在中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置4W1A光束线和形貌站;;用三种单色光学模式和位相的二阶导数衬度成像机理;;对一系列样品进行了研究。已观察到较大面积样品内边界增强的位相衬度图像;;如小鱼、SD大鼠的肺组织;;空间分辨率在几μm量级。

应用SXR-CT技术研究闭孔泡沫铝微结构演化及变形分析

借助同步辐射硬X射线高强度、高能量、高准直、宽频谱以及可选能量等特点,对材料试件进行投影成像,并应用滤波反投影重建算法实现三维图像重建(Synchrotron X-Ray Computed Tomography)。研究了闭孔泡沫铝在压缩过程中内部微结构的演化,得到了不同压缩状态下内部微结构图像,分析了闭孔泡沫铝在压缩过程中的变形及孔隙率变化。这些研究结果为泡沫铝制备工艺的改进和材料与结构的优化设计提供了有益的参考,并为泡沫铝压缩破坏机理的构建提供科学依据。

同步辐射衍射增强成像的肝纤维化成像研究

本文根据硬X射线衍射增强成像(Diffraction enhanced imaging,DEI)原理,对由人血白蛋白诱导的大鼠肝纤维化模型进行了成像研究。实验在北京同步辐射装置(Beijing Synchrotron Radiation Facility,BSRF)4W1A光束线形貌站完成。结果表明:正常及不同程度肝纤维化模型在DEI图像上差异显著,图像感兴趣区的光强分布及纹理测度也显示出这种差异。DEI成像为肝纤维化的诊断提供了一种潜在的影像学途径。

碳化硼固相烧结微观结构演化的同步辐射CT观测

利用同步辐射CT(SR-CT)技术,在碳化硼陶瓷样品烧结过程中对其进行实时投影成像,并应用滤波反投影算法和数字图像处理技术,得到了样品在整个烧结过程中内部微结构演化的二维和三维重建图像,实现了对陶瓷固相烧结过程实时、无损的观测.通过重建图像清晰观测到了陶瓷样品在烧结三个阶段中颗粒接触、烧结颈形成、晶粒和气孔长大、气孔球化并收缩等烧结现象;统计了样品在不同烧结时刻的孔隙率,得到了孔隙率随烧结时间和烧结时间对数的变化曲线,并根据曲线分析了样品在不同烧结时刻致密化速率的变化,得到了烧结中期孔隙率和时间对数的线性关系.实验结果和现有烧结理论相吻合,并为进一步完善烧结理论以及建立扩散和本构模型提供了有效的实验数据.

纳米CT成像表征锦纶6中TiO2颗粒分布状况

无机纳米材料与高分子基质共混构成有机-无机复合材料,对其电学、光学和机械性能产生显著影响,因而受到广泛关注.为使其性能得到切实改善,需要使无机纳米材料在高分子基质中均匀分散.对其分散状态的检测传统方法是对材料进行超薄、连续切片后,

Tm:YAP晶体生长及光谱特性研究

采用提拉法生长了掺杂浓度分别为4、8与10at％的Tm:YAP晶体．测定了Tm3+在YAP基质中的分凝系数为0．88．采用同步辐射的方法研究了Tm:YAP晶体的生长条纹和结构应力缺陷．晶体的吸收峰位于694和795nm;荧光谱峰值在2．0μm附近,因此Tm:YAP晶体有望成为一种新型的适合LD泵浦的中红外激光材料．

第四代高能同步辐射光源HEPS及高压相关线站建设

作为国家重大科技基础设施“十三五”规划重点建设的项目之一,目前,高能同步辐射光源已经在北京怀柔科学城开始建设,项目目标是建设具有极低发射度、重点覆盖高能区(约300 keV)的第四代同步辐射光源。新的高能光源将为科学研究提供光斑更小、亮度更高、相干性更好的X射线探针。同步辐射光源已经帮助科研人员在高压科学研究的诸多领域取得了丰硕的成果。反过来,应高压研究更高的需求,也在促进同步辐射实验技术的不断发展与进步。本文旨在对高能同步辐射光源首批线站中能够开展高压研究的高压光束线站、吸收谱学线站、高分辨谱学线站和显微成像线站的建设方案进行介绍,一方面有助于用户更好地了解相关设施,另一方面也希望结合用户需求完善后续线站的建设工作,共同推进高压学科在同步辐射领域的发展。

同步辐射光源四维原位成像助力材料微结构损伤高分辨表征

具备高时空分辨率的同步辐射光源是标志着现代基础科学核心创新能力的一种大科学装置。介绍了基于高能X射线三维成像的原位加载装置的国内外研究进展,简要论述了作者团队自2011年以来基于上海同步辐射光源和北京同步辐射装置自主研制的系列原位加载装置,包括原位拉伸、压缩、低周疲劳、高周疲劳、超高周疲劳试验机及其样品环境,以及针对轻质高强材料(激光焊接铝合金和激光增材制造铝、钛合金等)缺陷安全性评定开展的研究工作。结果表明,原位加载装置是表征先进材料微结构损伤演化的核心,也是关系国家竞争力的大科学装置的重要支撑。

衍射增强成像的若干基础问题研究 Ⅰ衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系

为了探讨X射线衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系,利用北京同步辐射光源4W1A光束线引出的硬X射线对大块正常和癌变的乳腺组织进行成像研究。在摇摆曲线顶部位置获得的图像(峰位图像)和表观吸收图像的衬度随X射线能量的变化关系是相似的,说明峰位图像和表观吸收图像包含的主要衬度相似,即吸收衬度,而折射图像的衬度随X射线能量的增大总体上呈现下降趋势。综合来看,对于乳腺类的软组织来说,DEI成像在低能量端有很好的衬度,反映了衍射增强成像更适合于主要由轻元素组成的物体的成像。

同步辐射X射线衍射增强CT方法研究

本文将同步辐射硬X射线衍射增强成像方法应用于材料无损检测CT方法中(简称衍射增强CT法),并对自制样品进行投影成像重建,获得了非常清晰的样品内部结构图像,并与样品的单晶吸收成像CT重建结果进行对比.结果表明,对于吸收系数相近的结构材料,衍射增强CT法可得到更好的物质内部边界.

Ba_(2-x)Sr_xTiSi_2O_8微晶玻璃的光及SAW性能

以 Ba2 - x Srx Ti Si2 O8为主晶相 ,制备透明微晶玻璃 ,测试了材料的二阶非线性光学性能 ;以晶粒定向微晶玻璃为基片制作了声表面波 (SAW)滤波器 ,测试了器件的性能参数 。

同步辐射白光形貌术定量计算晶体的残余应力

提出了一种利用同步辐射白光形貌术定量计算晶体残余应力的方法。晶体的残余应力与晶格畸变之间存在定量关系,衍射斑点的畸变程度可以反映晶格的畸变量,据此可以计算晶体中的残余应力。文中以碳化硅单晶样品残余应力的定量计算作为实例,展示了实验方法和计算过程。结果表明该样品的残余应力以正应力为主。

同步辐射类同轴技术应用于肾脏成像的实验研究

目的应用同步辐射光源的相干性,进行肾脏组织的类同轴成像研究,旨在评价相位衬度成像技术在软组织成像方面的意义。方法在北京同步辐射装置形貌站4W1A束线上,取经过4%甲醛溶液固定后的人体肾脏组织样品,置于类同轴光路的样品架上进行成像,以空间分辨率和组织衬度作为评价标准。结果在样品与成像板距离Z为150mm时获得的肾脏成像,具有较高的组织衬度,包括肾小囊在内的结构均能较好显示,通过显微放大法获得的空间分辨率达到30μm。结论类同轴技术能较好显示肾脏的微细解剖结构,对于以轻元素为主的脏器成像有较好的应用价值。

陶瓷粉末烧结演化的同步辐射CT观测

利用SR—CT技术观测了Al2O3（MgO）粉末的整个烧结过程，温度范围～1550℃，重建得到了粉体在不同温度下的微观形貌图像，计算得到了对应温度下的孔隙率，结合烧结理论对Al2O3（MgO）粉末烧结进行了分析。实验结果表明：1300℃时颗粒间开始形成烧结颈，1400℃至1500℃的过程中，气孔重新分布形成连续网络且发生球化，烧结颈长大，为烧结致密化最显著阶段，1500℃至1550℃为烧结后期，变化趋缓。

金刚石的同步辐射X射线单色光形貌研究

采用激光装置调节晶体取向的新方法,首次在我国成功获得金刚石的同步辐射X射线单色光形貌图,对天然褐色,白色,淡黄色金刚石,黄绿色高温高压处理金刚石与金黄色辐照处理金刚石进行了研究。实验收集三个主要晶面方向(111),(400)与(220),以及衍射摇摆曲线不同位置的单色光形貌图。单色光形貌提高了实验的分辨率,反映了金刚石中位错,滑移系,孪晶等缺陷的空间取向与特征的明确信息。实验中发现衍射摇摆曲线能够反映金刚石的塑性变形程度。