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。     

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。     

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。     

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。     

原位X射线荧光测井井液的影响与校正

本文研究原位X射线荧光测井探测中探测装置与井壁间井液厚度变化对测量结果的影响,通过对测量谱线特征参数的获取提出了一种新的井液校正方法.实验结果表明,这是一种对高含量样品有效、快速、实用的校正方法,校正后目标元素特征X射线峰峰面积与实测没有井液干扰时的峰面积的偏差小于5%.     

一种基于实时数字图像处理的同步辐射微探针自动化扫描新方法

在上海光源硬X微聚焦及应用光束线站(BL15U1)上实现了一种基于实时数字图像处理的同步辐射微探针自动化扫描方法。该方法采用高灵敏度、高帧率的数字电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)显微镜实时成像,通过对显微镜系统和X光微米探针系统的坐标转换,使用户在图像空间直接点击到感兴趣的位置后,样品台就自动将该点移入光路。在设定好扫描时间、扫描步长等必要的实验参数后,只需要用鼠标在图像空间圈出需要扫描的区域,系统将自动生成XPS运动控制器的运动配置文件,并驱动电机运动,对该区域进行微束荧光扫描成像。结果表明,该方法不仅可以提高同步辐射机时的使用效率,而且可以满足微区研究人员快捷、方便的自动化操作需求。     

X射线成像椭球聚焦镜的设计与检测

国家同步辐射实验室(NSRL)以Wiggler为入射光源,建设了高空间分辨x射线成像光束线和实验站.根据成像系统对照明光的要求,使用旋转椭球聚焦镜聚焦入射光,结合小孔和中心阻挡器,形成锥形空心光斑照射到样品上.本文对成像系统所需的旋转椭球聚焦镜的长轴和短轴等进行了计算,并对美国Xraida公司制作的旋转椭球聚焦镜进行了检测.实验结果表明旋转椭球聚焦镜满足X射线成像的设计要求,其衍射效率大于85%.     

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。     

微焦点X射线成像系统扫描参数测量及投影图像校正研究

微焦点X射线成像系统由于被重新安装以及初始化,导致系统参数读数与实际值之间存在偏量。给出了测量这些偏量值的基本原理和方法,并通过实验求出偏量值。由于图像增强器与图像获取装置本身固有特点以及非线性获取成像,投影图像存在几何畸变。讨论了图像几何畸变校正的基本原理,并给出具体步骤以及校正后的图像.     

BSRF高灵敏度衍射增强成像系统搭建

作为一种重要的相位衬度成像方法,衍射增强成像(Diffraction Enhanced Imaging,DEI)是利用晶体的角度选择特性探测样品引起的X射线角度变化来获得样品衬度图像。晶体摇摆曲线是衍射增强成像装置的重要特征,理论上晶体的摇摆曲线越窄,则衍射增强成像灵敏度越高,所获得的图像衬度也会越好。在北京同步辐射装置(Beijing Synchrotron Radiation Facility,BSRF)4W1A成像实验站现有Si(111)晶体DEI装置的基础上,通过选用高精度转台并对晶体采取减少加工应力残余和降低安装夹持应力的措施,设计研制了基于Si(400)和Si(333)晶体的高灵敏度DEI实验装置,并利用标准样品和实际生物样品进行了实验验证。系统摇摆曲线测试及成像结果表明,所研制的成像装置可以开展二维和三维成像实验且具有更高的成像灵敏度。     

14 MeV快中子照相用光纤转换屏研究

快中子照相技术因其超强的样品透视能力而成为射线无损检测技术近年来研究的热点,转换屏是中子照相装置的关键部件。光纤转换屏是一种新型的快中子照相转换屏,较大程度兼顾了光纤阵列的高探测效率和荧光屏的高成像质量,具有很好的应用前景。本文以D-T加速器为中子源,用ZnS和环氧树脂以及光纤研制了快中子照相光纤转换屏,耦合科学级CCD数字成像系统,进行了快中子数字照相技术研究,获取了不同光纤排列方式的光纤转换屏积分曝光图像,同时测量了快中子荧光屏和塑料闪烁体等其他快中子照相用转换屏的发光效率,实验结果表明,光纤转换屏的发光效率高于其他类型转换屏的。     

图像处理束流剖面测量系统设计

为实现束流截面数据的自动化获取,本文针对兰州重离子应用装置束流剖面监测系统进行改造。编写了基于Windows平台的视频数据获取与解码程序,设计了基于图像处理的光斑识别流程,并用OpenCV计算机视觉库进行实现,以便程序自动完成束流相关数据的计算。新系统运行稳定可靠,束流光斑识别精确度高,束流截面数据计算准确、快捷,解决了原系统不能实时分析束流光斑的问题,提高了调束效率。     

基于EPICS的硬X微聚焦实验站数据采集系统

上海光源(SSRF)硬X射线微聚焦实验站在EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)软件环境下建立的控制和数据采集系统已成功用于微束X射线荧光分析、微束透射X射线吸收精细结构(XAFS)和微束荧光XAFS等实验.使用和测试结果表明:该系统用户界面简捷、控制及数据采集的功能完整、可靠性高、能极大提高实验效率.     

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。     

小型静态CT用多焦点X射线源电子束偏转系统研究

第5代全静态电子束CT（EBCT）能在被检测物体、射线源和探测器均处于静止状态下完成CT扫描成像。这种EBCT成像方式既可应用于粉体材料、生物活体样品等易形变物体的CT检测,又可应用于物流包裹、在役管线等的快速CT检测。高精度的电子束偏转系统是静态CT成像多焦点射线源的关键技术之一。本文基于麦克斯韦电磁场相互作用理论,探讨了电子束在均匀磁场、小偏转角、近轴区域内的散焦、畸变及灵敏度特性,研究了影响电子束扫描系统焦点位置重复精度的物理参数及电子束在靶平面上的扫描偏转量与偏转线圈电流的线性关系。并设计、加工制作了一种小型高精度多焦点X射线的电子束偏转扫描系统,实验采用直径0.1 mm标准针规电子束扫描DR投影图像序列,验证了电子束偏转系统有良好的偏转线性,偏转量正比于O点的磁场强度,而与电子束的位置等初始条件无关。实验通过电子束偏转系统控制电子束偏转扫描,获得了熔断式保险管（Ø100 μm）的250个 X 射线视角投影,完成了第5代全静态三维CT重建图像。     

X-ray tomography system for industrial applications

X-ray radiography and tomography are two of the most used non-destructive testing techniques both in industrial and cultural heritage fields. However, the inspection of heavy materials or thick objects requires X-ray energies larger than the maximum energy provided by commercial X-ray tubes (600 kV). For this reason, and owing to the long experience of the INFN-Gruppo Collegato di Messina in designing and assembling low energy electron linacs, a 5 MeV electron linac based X-ray tomographic system has been developed at the Dipartimento di Fisica, Università di Messina. The X-ray source, properly designed, provides a 16 cm diameter X-ray spot at the sample position, and a beam opening angle of about 3.6 degree. Optimization of the parameters influencing the e-γ conversion and the X-ray beam characteristics have been studied by means of the MCNP-4C2 (Monte-Carlo-N-Particle, version 4C2) code. The image acquisition system consists of a CCD camera and a scintillator screen. Preliminary radiographies and tomographies showing the high quality performances of the tomographic system have been acquired. Finally, the compactness of the accelerator system is one of the advantages of the discussed tomography device which could be made transportable.     

用于北京同步辐射的X射线衍射仪的研制

本文介绍一个为北京同步光源研制的高精度X射线衍射仪系统,它包括有精度为0.001°的转角仪、高计数率本领探测器、快电子学、计算机自动控制和在线数据获取,并给出了在转靶X光机上的实验结果。     

Beam and image experiment of beam deflection electron gun for distributed X-ray sources

Distributed X-ray sources comprise a single vacuum chamber containing multiple X-ray sources that are triggered and emit X-rays at a specific time and location. This process facilitates an application for innovative system concepts in X-ray and computer tomography. This paper proposes a novel electron beam focusing, shaping,and deflection electron gun for distributed X-ray sources.The electron gun uses a dispenser cathode as an electron emitter, a mesh grid to control emission current, and two electrostatic lenses for beam shaping, focusing, and deflection. Novel focusing and deflecting electrodes were designed to increase the number of focal spots in the distributed source. Two identical half-rectangle opening electrodes are controlled by adjusting the potential of the two electrodes to control the electron beam trajectory, and then, multifocal spots are obtained on the anode target. The electron gun can increase the spatial density of the distributed X-ray sources, thereby improving the image quality. The beam experimental results show that the focal spot sizes of the deflected(deflected amplitude 10.5 mm)and non-deflected electron beams at full width at half maximum are 0.80 mm 90.50 mm and 0.55 mm 90.40 mm, respectively(anode voltage 160 kV; beam current 30 mA). The imaging experimental results demonstrate the excellent spatial resolution and time resolution of an imaging system built with the sources, which has an excellent imaging effect on a field-programmable gate array chip and a rotating metal disk.     

The Singapore high resolution single cell imaging facility

The Centre for Ion Beam Applications, National University of Singapore has recently expanded from three state-of-the-art beam lines to five. Two new beam lines have been constructed: A second generation proton beam writing line, and a high resolution single cell imaging facility. Both systems feature high demagnification lens systems based on compact Oxford Microbeams OM52 lenses, coupled with reduced lens/image distances.The single cell imaging facility is designed around OM52 compact lenses capable of operating in a variety of high demagnification configurations including the spaced Oxford triplet and the double crossover Russian quadruplet. The new facility has design specifications aimed at spatial resolutions below 50 nm, with a variety of techniques including STIM, secondary electron and fluorescence imaging, and an in-built optical and fluorescence microscope for sample imaging, identification and positioning.Preliminary tests using the single space Oxford triplet configuration have indicated a beam spot size of 31 × 39 nm in the horizontal and vertical directions respectively, at beam currents of ∼10,000 protons per second. However, a weakness in the specifications of the electrostatic scanning system has been identified, and a more stable scanning system needs to be implemented before we can fully realize the optimum performance. A single whole fibroblast cell has been scanned using 1.5 MeV protons, and a median fit to the proton transmission energy loss data has shown that proton STIM gives excellent details of the cell structure despite the relatively poor contrast of proton STIM compared with alpha STIM.