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.

一种新型微束斑X射线源的研究

采用高效长寿命的LaB6 单晶阴极电子枪作为电子束发射系统、轻便的等径双圆筒静电系统作为聚焦系统等技术研究了一种新型台式微束斑X射线源 通过在综合测试仪上的初步实验研究 ,表明该微束斑X射线源不仅可以连续辐射 ,而且可以脉冲辐射X射线 ,输出X射线束斑小、亮度高 此外 ,该台式X射线源具有体积小、重量轻 ,使用寿命长、造价低 。

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。

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－

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。

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射线源电子光学系统设计与数值模拟

首先给出了采用场致发射阴极的微束斑X射线源电子光学系统结构,然后利用数值模拟的方法对该系统进行了计算与分析,最终获得了一发射电流约为80μA,束斑半径约为3.2μm的微束斑X射线源电子光学系统优化结构。该结构制作简单、体积小,可供制作微束斑X射线源时选用。

微束斑X射线源的边界元法分析

本文详细的讨论了边界元法在处理微束斑 X射线源的电子束发射系统时 ,L a B6 阴极电子枪内部结构的剖分、计算公式的推导 ;为提高精度 ,并讨论了在求解间接边界元方程时 ,采用二次等参元插值方法等。在此基础上 ,通过 Gauss消元法和三次样条插值法等解得了系统对称轴上电位分布以及内部场强分布 ,并利用四阶 Runge- Kutta法追踪了电子从阴极开始到阳极入口处的运动轨迹且得到了合适的束斑大小。

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。