同步辐射微束X射线荧光CT的计算机模拟

同步辐射微束X射线荧光CT是一种能无损、高空间分辨和高灵敏地探测样品内部元素含量和分布的新技术,是在建的上海光源(SSRF)硬X射线微聚焦及应用光束线站可开展的实验方法之一.本文简要介绍了同步辐射微束X射线荧光CT的基本原理和实验技术发展,对同步辐射微束X射线荧光CT实验进行了计算机模拟,用滤波反投影算法(FBP)、代数重构算法(ART)和加吸收修正的FBP算法重构了模拟样品的图像.对各种重构方法得到的图像质量进行了分析和比较,讨论了其适用性.     

北京同步辐射1W1B XAFS的实验控制和QXAFS的实现

1W1B的实验控制系统包括准直镜、单色器和聚焦镜的电动控制,光闸和束流位置监测器的控制,前狭缝和出口狭缝的电动控制,以及Labview开发的实验采谱软件等.利用新的实验控制系统可方便地进行光束线上各光学元件的姿态调整、束流监控、设置实验条件和采谱,为用户提供方便的实验环境.在1W1B X射线吸收精细结构谱(XAFS)实验站上除了可实现常规的透射、荧光和电子产额XAFS实验外,还发展了快速XAFS实验方法(QXAFS),可在2 min左右的时间里采集到信噪比较好的XAFS谱;随着采谱效率的进一步提高,可望在一些原位反应和对时间分辨要求较高的实验中得到应用.     

镍基合金受熔融氟化盐腐蚀的同步辐射XRF分析

采用浸入法在750℃熔融氟化盐(LiNaK-F)中进行Inconel 600、Hastelloy X、Hastelloy c-276镍基高温耐蚀合金的腐蚀实验.利用同步辐射微束X射线荧光分析(μ-XRF)及X射线衍射(XRD)对样品进行了分析测试.μ-XRF结果表明,镍基合金在熔融氟化物中的腐蚀主要为合金元素Cr的流失...     

一种微束X射线衍射仪及其应用研究

本文研究了一种微束X射线衍射仪,并对其硬件、软件和性能进行了介绍。该衍射仪采用毛细管X光透镜将X射线束会聚到μm量级,并通过由PLC和步进电机等组成的闭环运动控制系统调节三维样品台来实现对样品微区的物相分析和物相的二维扫描分析。利用自行开发的控制软件实现了微区X射线衍射分析和微区能量色散X射线荧光分析两种模式。为了验证设备的可行性,采用本微束X射线衍射仪以微区X射线衍射的方式扫描了苹果手机主板的焊锡接触点上1.0 mm×0.6 mm的区域,得到了区域内SnO_2(3 1 2)的晶相分布图。此外,利用本微束X射线衍射仪分析了1片清代红绿彩瓷表面的白色瓷釉和彩料中钾长石和钙长石等主要的晶相,这些实验数据可为古代瓷器的烧制工艺提供有益的参考。因此,这种微束X射线衍射仪在材料、文物保护等研究领域具有广泛的应用前景。     

一种微束X射线衍射仪及其应用研究

本文研究了一种微束X射线衍射仪,并对其硬件、软件和性能进行了介绍。该衍射仪采用毛细管X光透镜将X射线束会聚到μm量级,并通过由PLC和步进电机等组成的闭环运动控制系统调节三维样品台来实现对样品微区的物相分析和物相的二维扫描分析。利用自行开发的控制软件实现了微区X射线衍射分析和微区能量色散X射线荧光分析两种模式。为了验证设备的可行性,采用本微束X射线衍射仪以微区X射线衍射的方式扫描了苹果手机主板的焊锡接触点上1.0 mm×0.6 mm的区域,得到了区域内SnO₂(3 1 2)的晶相分布图。此外,利用本微束X射线衍射仪分析了1片清代红绿彩瓷表面的白色瓷釉和彩料中钾长石和钙长石等主要的晶相,这些实验数据可为古代瓷器的烧制工艺提供有益的参考。因此,这种微束X射线衍射仪在材料、文物保护等研究领域具有广泛的应用前景。     

用同步辐射共聚焦X射线方法研究古代彩绘样品的层状结构

同步辐射共聚焦X射线方法是一种元素成分及其化学结构的三维无损分析方法,在地质、考古、环境、生物及材料等领域具有重要的应用。在上海光源的硬X射线微聚焦光束线站(BL15U)建立共聚焦X射线实验方法,并用于故宫彩绘样品的制作工艺及层状结构分析。基于BL15U的K-B聚焦系统,在能散探测器前采用会聚毛细管半透镜实现与K-B聚焦镜焦点的共聚焦状态,深度分辨在8.04 ke V(Cu-Kα)为31.5μm,可以开展共聚焦微束X射线荧光(Micro-X-ray Fluorescence,Micro-XRF)和共聚焦微束X射线吸收精细结构(Micro-X-ray Absorption Fine Structure,Micro-XAFS)实验研究。对故宫斗彩陶瓷和彩绘样品进行了元素及其化学态的深度分布分析,获得了斗彩陶瓷特有的三层釉结构以及彩绘样品内部颜料的化学信息。实验结果表明,该系统具有较高的空间分辨和探测灵敏度,是文物样品三维无损分析的有力工具。     

基于Bluesky的荧光面扫描技术

上海光源硬X射线微聚焦光束线站的控制及数据采集系统均是在EPICS(Experiment Physics and Industrial Control System)环境下开发的,但基于EPICS软件的荧光扫描系统无法满足荧光面扫描实验的一些特定要求,包括扫描数据实时显示、变步长扫描、多个任意位置样品连续扫描等。对此,采用了Bluesky与EPICS软件相结合的方法,基于Python语法结构设计了控制和数据采集系统,集成了运动控制、光强探测和荧光信号采集功能,实现了数据表格的实时显示、荧光图谱的绘制、自适应步长扫描和峰值数据自动计算、多个任意位置样品连续扫描和二维方形螺旋扫描等荧光面扫描相关技术。该系统使用户简单操作即可完成复杂的荧光面扫描,提高了实验灵活性和实验效率。     

核分析相关技术用于上海市大气污染特征研究

本文研究了近年来上海市区和郊区大气气溶胶颗粒物的污染状况,采用的多种核分析方法及相关技术有质子激发X荧光分析(PIXE)、激光粒径谱仪(LPS)、同步辐射X射线吸收精细结构(XAFS)和扩展X射线吸收谱精细结构(EXAFS)分析等先进技术.充分发挥核分析技术高灵敏度、快速无损、多元素微量微区同时分析的优势,从大气颗粒物的形貌特征、粒径分布、质量浓度、元素浓度、化学价态等入手,对上海大气可吸入颗粒物PM23和PM1o展开多方位的综合研究.     

基于固体探测器SDD的XAFS数据获取系统

X射线吸收精细结构谱学(X-ray Absorption Fine Structure,XAFS)的发展,提出了对低浓度(痕量)元素研究的需求,高灵敏度的固体探测器纷纷被应用到XAFS技术中来。硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)是一种高计数率、高能量分辨率、采用半导体制冷的小型荧光探测器,其商业产品渐趋成熟。北京同步辐射装置1W2B实验站装备了这种小型SDD,并开发了相应采谱软件供用户使用。经过对含Cu 100 mg·L~(-1)浓度的CuSO_4溶液的测试,结果证明这套新的采谱系统可以满足1W2B实验站XAFS实验荧光模式的需求。     

北京同步辐射1WIB XAFS的实验控制和QXAFS的实现

1W1B的实验控制系统包括准直镜、单色器和聚焦镜的电动控制，光闸和束流位置监测器的控制，前狭缝和出口狭缝的电动控制，以及Labview开发的实验采谱软件等。利用新的实验控制系统可方便地进行光束线上各光学元件的姿态调整、束流监控、设置实验条件和采谱，为用户提供方便的实验环境。在1wlBx射线吸收精细结构谱(XAFS)实验站上除了可实现常规的透射、荧光和电子产额XAFS实验外，还发展了快速XAFS实验方法(QXAFS)，可在2min左右的时间里采集到信噪比较好的XAFS谱；随着采谱效率的进一步提高，可望在一些原位反应和对时间分辨要求较高的实验中得到应用。     

基于Labview的XAFS光束线实验站数据采集系统

本文介绍应用Labview软件、气体电离室、电流放大器及数据采集卡等仪器设备构成的同步辐射XAFS(X-ray absorption fine structure)光束线站(BL14W1)数据采集系统.该系统利用NI公司开发的新模块DSC module(Datalogging and Supervisory Control Module),实现了在Labview和EPICS(Experimental and Physics Industrial Control System)两个软件系统间数据的快速交换,使光束线控制的标准化和实验站用途的多样化有机结合.用Labview编写了数据采集软件,使该线站成功实现步进(step-by-step)模式和快扫(QXAFS)模式下的XAFS谱的采集.     

基于LabVIEW的高能量分辨谱仪数据采集系统

在上海光源BL14W1线站,成功搭建一套基于Lab VIEW的高能量分辨谱仪运动控制和数据采集系统,该光谱仪系统可以实现高能量分辨荧光探测X射线吸收谱(High Energy Resolution Fluorescence Detected X-ray Absorption Spectroscopy,HERFD-XAS)、X射线发射谱(X-ray Emission Spectroscopy,XES)和共振X射线发射谱(Resonant X-ray Emission Spectroscopy,RXES)等主要实验功能,分辨率达到亚电子伏。硬件系统采用上海光源统一的VME运动控制硬件系统和硅漂移固体探测器;软件系统采用Lab VIEW编写用户操作界面,利用DSC(Data logging and Supervisory Control Module)模块实现与运动控制使用的实验与物理工业控制系统(Experimental and Physics Industrial Control System,EPICS)系统的数据交换。利用基于该运动控制和数据采集系统的光谱仪,开展了Mn化合物和Th O2锕系化合物的实验。结果表明,该系统可以满足高能量分辨率实验的需求。     

基于波带片纳米聚焦装置的快速扫描X射线荧光成像实验系统

在上海光源硬X射线微聚焦光束线站BL15U1,为提高波带片纳米聚焦装置的X射线荧光成像实验效率,设计实现了一种快速扫描荧光成像实验装置。该装置包括运动控制系统、样品荧光探测系统和实验数据同步获取系统。运动控制系统设计了闭环反馈控制、样品台电机运动控制和扫描轨迹,实现了快速扫描过程中样品的准确定位。样品荧光探测系统和实验数据同步获取系统实现了硬件同步触发计数器获取荧光计数,保证了荧光成像的准确性。实验结果表明,运动控制系统三角波形跟踪误差小于20 nm,满足光斑在样品处的重复定位精度小于光斑尺寸1/10的要求。用该系统获取了标准铜网的元素分布图像,图像获取时间是“走停”扫描模式的1/5,验证了实验系统的可行性和高效性。     

XAFS applications in semiconductors

X-ray absorption fine structure （XAFS） has experienced a rapid development in the last three decades and has proven to be a powerful structural characterization technique nowadays. In this review, the XAFS basic principles including the theory, the data analysis, and the experiments have been introduced in detail. To show its strength as a local structure probe, the XAFS applications in semiconductors are summarized comprehensively, that is, thin films, quantum wells and dots, dilute magnetic semiconductors, and so on. In addition, certain new XAFS-related techniques, such as in-situ XAFS, micro-XAFS, and time-resolved XAFS are also shown.     

IK220计数卡在XAFS线站数据采集系统改造中的应用

上海同步辐射光源BL14W1 XAFS线站采用IK220高速计数卡建立了QXAFS快速扫描系统。该系统简化了原有控制系统的结构,能快速直接的读取单色器端的能量值,解决了采集过程中单色器端数据与电离室ADC端数据间的同步获取问题,成功实现了快速XAFS谱采集。改进后的系统最大限度的使用了实验站现有的硬件设备,并可在普通XAFS实验方法和QXAFS实验方法间随意转换。     

Development and Integration of a Data Acquisition System for SST-1 Phase-1 Plasma Diagnostics

Long pulse(of the order of 1000 s or more) SST-1 tokamak experiments demand a data acquisition system that is capable of acquiring data from various diagnostics channels without losing useful data(and hence physics information) while avoiding unnecessary generation of a large volume data.SST-1 Phase-1 tokamak operation has been envisaged with data acquisition of several essential diagnostics channels.These channels demand data acquisition at a sampling rate ranging from 1 kilo samples per second(KSPS) to 1 mega samples per second(MSPS).Considering the technical characteristics and requirements of the diagnostics,a data acquisition system based on PXI and CAMAC has been developed for SST-1 plasma diagnostics.Both these data acquisition systems are scalable.Present data acquisition needs involving slow plasma diagnostics are catered by the PXI based data acquisition system.On the other hand,CAMAC data acquisition hardware meets all requirements of the SST-1 Phase-1 fast plasma diagnostics channels.A graphical user interface for both data acquisition systems(PXI and CAMAC) has been developed using LabVIEW application development software.The collected data on the local hard disk are directly streaming to the central server through a dedicated network for post-shot data analysis.This paper describes the development and integration of the data acquisition system for SST-1 Phase-1 plasma diagnostics.The integrated testing of the developed data acquisition system has been performed using SST-1 central control and diagnostics signal conditioning units.In the absence of plasma shots,the integrated testing of the data acquisition system for the initial diagnostics of SST-1 Phase-1 operation has been performed with simulated physical signals.The primary engineering objective of this integrated testing is to validate the performance of the developed data acquisition system under simulated conditions close to that of actual tokamak operation.The data acquisition is synchronized with a clock and trigger provided by the central timing system.     

Spectrometer of hard X-ray imager payload onboard the ASO-S mission

A spaceborne hard X-ray spectrometer, composed of an array of 99 scintillation detectors and associated readout electronics, has been developed for the hard X-ray imager(HXI). The HXI is one of the three payloads onboard the advanced space-based solar observatory(ASO-S), which is scheduled to be launched in early 2022 as the first Chinese solar satellite. LaBr_3 scintillators and photomultiplier tubes with a super bialkali cathode are used to achieve an energy resolution better than 20% at 30 keV.Further, a new multi-channel charge-sensitive readout application-specific integrated circuit guarantees high-frequency data acquisition with low power consumption. This paper presents a detailed design of the spectrometer for the engineering model of the HXI and discusses its noise and linearity performance.     

中国先进研究堆中子织构谱仪实验软件设计

本工作设计开发了中国先进研究堆（CARR）中子织构谱仪的实验软件。基于中子衍射法测量织构的基本原理及谱仪的运动控制和数据采集系统，提出织构测量所需的功能，详细描述了各功能的流程设计，最终使用Python语言在Linux系统下编写了各功能的程序模块，完成了CARR中子织构谱仪实验软件的开发。