一维时空分辨诊断技术在Z-pinch实验中的应用

在Angara-5-1装置上进行的丝阵Z-pinch实验中,红光塑料闪烁体薄膜将X光转换为可见光,通过光纤阵列、光纤传像束传输至可见光条纹像机(OSC),紧贴于像机屏幕的光纤锥将信号耦合至CCD进行记录,提供丝阵一维条纹像,观察丝阵负载Pinch区X射线辐射空间分布信息随时间的演化过程.实验中系统时间分辨4.3ns,空间分辨0.3mm.负载采用单层丝阵与双层丝阵.研究结果表明,X光辐射波形前沿上升时间越快,功率峰值越高;双层丝阵构形改善了内爆同步性;等离子体的内爆动能与电流成正比,电流愈大,等离子体的动能也愈大,X光辐射能量与电流成正比.     

面形误差对自由电子激光聚焦光斑影响的研究

正在建设中的上海软X射线自由电子激光(Self-amplified Spontaneous Emission,SASE)光束线—活细胞成像光束线,能量范围100～1 000 eV,束线主要设备包括前端区、插入件、偏转平面镜PM1、诊断光栅PM2、单色器、压弯镜、KB镜(Kirkpatrick-Baez)和椭球镜等。分为两条支线,其中北支线的KB镜组由一个平面镜和两个椭圆柱面镜构成,主要应用于生物细胞成像实验站。实际光学元件在加工过程中会存在一定的面形误差,面形误差是衡量光学元件表面质量的重要指标。自由电子激光光束线系统中,要求镜子表面具有高精度和高可靠度,镜子的面形和高度误差相关联,会影响光束的相干性和波前,进而影响最终的光斑。为了准确研究面形误差对X光经过光束线传播后相干性和波前变化的影响,使用软件SHADOW和SRW对北支线X光的传播进行模拟。模拟结果表明:平面镜面形误差控制在0.1～0.2μrad,同时椭圆柱面镜控制在0.4μrad以内,聚焦光斑尺寸在4μm以内,可满足生物成像实验站成像需求。该结果为软X射线自由电子激光的优化设计提供了参考和依据。     

太阳X射线成像望远镜低噪声信号采集系统

太阳X射线成像望远镜是我国正在研制的第一台观测太阳10nm以下X射线活动的空间仪器,采用背照射式全耗尽型短波敏感CCD作为成像传感器,利用低噪声信号采集系统采集X射线CCD中的电荷信号,生成图像数据.文章在详细介绍X射线CCD输出结构的基础上,分析了CCD输出信号产生的过程,复位噪声产生原因和CCD输出信号的特点,引出了对信号采集系统性能指标和电路结构的要求.继而介绍了信号采集系统的各组成部分,包括前置放大电路,相关双采样电路,主放大器和AD转换电路,重点分析了相关双采样电路的原理,文中给出了各部分的设计参考和测试结果,最后总结了空间相机低噪声信号采集系统的设计原则.测试结果表明该系统成功抑制了噪声,满足太阳X射线观测的要求.     

医用X射线立位摄影自动跟踪防护装置设计

为对医用X射线立位摄影的患者和受检者进行必要的器官屏蔽防护,设计了医用X射线立位摄影自动跟踪防护装置。该装置通过光电传感器接收到的X射线摄影机光野指示灯区域大小,自动调节屏蔽板对患者和受检者进行必要的屏蔽防护。测试结果表明:该装置满足X射线立位摄影自动跟踪防护的工作要求。     

增强光中子成像空间分辨率的方法研究

X射线和中子联合成像能够极大的提升针对不同种类违禁材料的鉴别能力。光中子源具有中子产额高,系统稳定性好,既是X射线源又是中子源的优点,其不足之处在于中子探测会受到X射线脉冲的干扰,而为了避免这种干扰采用慢化中子延时错开X射线脉冲的解决办法又将带来新的问题,即中子探测空间分辨率的恶化。本文提出了一种新颖的探测慢化后光中子的方法,能够极大地提升光中子探测的空间分辨率,并设计了一套光中子成像原型系统,通过模拟手段评估了系统的各项参数性能,获得了理想的模拟成像结果,验证了方法的可行性。     

小型化软X光能谱仪研制

为研制小型化软X光能谱仪,首先研制了一批小型化软X光探测元器件,包括中子辐照的砷化镓探测器、质子辐照的砷化镓探测器、多层膜反射镜、平面镜和小型化X射线二极管(XRD)等等。配置了多层镜光电导软X光能谱仪、平面镜小XRD软X光能谱仪和平面镜光电导软X光能谱仪等。这些谱仪都在“神光”Ⅱ上做了考核实验,并对这些谱仪作出了客观的评价。     

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。     

汤姆逊X射线源激光系统的定时与同步诊断

清华汤姆逊X射线源中,束流动力学性能和对撞时间要求光阴极微波电子枪的触发激光脉冲与加速相位精确同步.本文分别介绍了超快紫外激光系统设计与实现、光阴极微波电子枪定时系统设计,以及同步系统的亚皮秒抖动测量.用高次谐波相位检波器法测量相位噪声功率谱密度可以获得精确的激光-射频相对均方根时间抖动,实验测定为小于200fs[1Hz,100kHz].     

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。     

X射线成像光斑检测装置研制

设计了一种低成本,快速响应的X射线光斑检测装置,可用于解决系统结构偏差所引起的透视探测器接收位置处的光斑偏离。该装置通过检测关键点处的X光斑强度及分布情况以判断实际X光斑位置与理论设计的偏差,以此为依据进行多次调整可使系统光斑调节到一合理位置。     

紫外-真空紫外光谱辐射计量线站

近年来，随着空间科学、天体物理学、受控核聚变、等离子体物理和紫外激光研究的发展，迫切地需要把光谱辐射标准由红外—可见一近紫外延伸至真空紫外乃至软X射线波段。同步辐射不仅可作为紫外、可见、红外波段光谱辐射光源，同时还可作为真空紫外和软X射线波段的标准光源，为各种辐射光源和探测器进行光谱辐射标定。在我国的国家同步辐射实验室二期工程中正在建设的光谱辐射标准及计量测试线站，它包括两条光束线和三个实验站，本文重点描述在110—400nm的紫外和真空紫外光谱范围建设的光源辐射标准及传递标准专用线站。     

Shielding calculation for the thickness of the SR facility safety shutter

The safety shutter of the SR （synchrotron radiation） facility located at the front end of the facility is an indispensable component for radiation protection. Its thickness is decided by the gas bremsstrahlung produced in the SR facility storage ring by the interaction of electrons with the residual gas molecules in the vacuum chamber of the storage ring. In the calculation, the 3.5GeV, 300mA electron beam and a 15 m long insertion-device straight section （0.133 μPa） were taken into account, and the safety shutter was assumed to be located 12 m away from the end of the straight section. The EGSnrc code based on the Monte-Carlo method and empirical formulas were used, respectively, to calculate the thickness to satisfy the shielding requirement of the safety shutter at the front end of the SR facility, and the results were compared and the availability of EGSrlrc was proved.     

同步辐射串行晶体学静电纺丝上样实验技术

串行晶体学作为一种解析蛋白质晶体结构的新方法,因其拥有室温采集、辐射损伤低、时间分辨等优势而得到迅速发展。早期发展于自由电子激光的串行飞秒晶体学已成功实现了蛋白质微小晶体结构的解析。为了引入串行晶体学的技术优势,充分发挥第三代同步辐射的丰富资源和特点,基于上海光源BL17U1生物大分子线站,我们对串行晶体学上样方法进行了理论和实验研究,解决了静电纺丝上样方式在同步辐射上应用的难题,用溶菌酶微小晶体论证了其可行性;同时探讨了基于同步辐射的串行晶体学在毫秒时间尺度上的发展潜力,为光束线技术升级提供参考。     

变宽度压弯椭圆柱面聚焦镜的光学参数可调性

由变宽度压弯椭圆柱面微聚焦镜理论,推导了聚焦镜光学参数(源距、像距和掠入射角)偏离设计值时所需的压弯力矩和镜面剩余斜率误差的计算公式.对上海光源硬X射线微聚焦光束线微聚焦镜进行了计算,结果表明,改变压弯力矩,微聚焦镜的源距和掠入射角可以在较大范围内调节,而较小范围的像距调节会产生较大的剩余斜率误差.     

同步辐射成像应用于大鼠脊髓微循环研究的方法学初探

探讨了同步辐射显微断层成像技术(SRμCT)在大鼠脊髓微血管网络研究中的应用前景.正常SD大鼠3只,利用血管造影剂硅酮橡胶经升主动脉行血管造影术,次日取出下胸段脊髓,梯度酒精脱水后,冬绿油保存.标本先利用动物X射线机拍摄普通X片,然后在上海光源X射线成像与生物医学应用光束线站进行扫描和成像,并与原位厚组织切片的光镜摄片...     

硬X射线亚微米聚焦高稳定柔性铰链压弯机构的模拟分析

空间分辨率和聚焦效率是X射线微纳探针最关键的技术指标。压弯非球面镜具备聚焦效率高、空间分辨好、加工难度低、色散消除等优点。基于上海光源硬X射线微聚焦及应用线站的现有条件,在精确压弯理论的基础上设计了高精度柔性铰链压弯机构并进行了有限元分析,并且进一步对压弯镜体宽度进行了优化。通过长程面形仪(Long Trace Profiler,LTP)对压弯机构的测试,得到压弯非球面镜的斜率误差为430 nrad,理论上可实现230 nm的硬X射线聚焦光斑。     

同步辐射光源的发展和现状

综述了同步辐射的特点，同步辐射光源的发展历史和现状。介绍了下一代新光源的设计概念。     

A synchrotron radiation microprobe for X-ray fluorescence and microtomography at ELETTRA

A synchrotron radiation microscope based on X-ray fluorescence and computed microtomography for advanced applications in biomedicine, environmental sciences, geology and materials science is described. This microscope will utilize the radiation produced by a bending magnet of ELETTRA, the third-generation, high-brilliance synchrotron radiation facility being built in Trieste. Various wide-band-pass mirror systems operating in an energy range between 7 and 17 keV have been designed. For example, multilayer-coated mirrors in the Kirkpatrick-Baez configuration can produce a spatial resolution of 1 μm² for a flux in excess of 10⁸ photons per second on the sample (E = 12 keV, E/ΔE = 10). This X-ray microprobe will allow micrometric mapping of trace and minor elements and computed tomographic imaging with high resolution, opening a new realm of experiments in different fields of science, such as in vivo elemental scanning and microtomography of cultured cells, analysis of single atmospheric particulates, analysis of cosmic debris collected from the stratosphere and antarctic ice, etc. The preliminary design of the beam line and the performance of the microprobe are discussed.     

双丝型同步辐射光束位置监测器的参数设计

双丝型同步辐射光束位置监测器(PBPM)基于光电子发射原理,通过光敏丝探测同步辐射的强度.在扫描模式下可以方便地获得光束的强度分布情况,在静止状态时则可以通过两根丝上光电流大小的相对变化对同步辐射光束的位置进行实时监测.本文介绍了这种双丝型PBPM的原理、设计、参数优化及误差分析,及其在北京同步辐射装置上的应用情况.     

基于法线追迹原理的新型高精度面形检测系统

高精度面形检测系统是同步辐射光源、大型天文望远镜等领域X射线反射镜面的重要检测仪器。为了满足第三代光源及自由电子激光对X射线反射镜面的检测需求,由光学元件加工缺陷引入的系统误差必须得到减小或消除。基于法线追迹原理设计了新型的角度检测系统,在该系统中,小孔及光源组成光束选择装置用于自动选择一束沿待测镜面测量点处法线方向传播的光束。通过测量该光束角度的变化完成对待测镜面面形的检测。将系统中光学元件紧贴小孔放置,减小或消除由相应光学元件加工缺陷引入的角度测量误差。采用法线追迹原理在大角度范围内实现高精度角度检测。