球面弯曲晶体在X射线背光成像的应用

基于X射线布喇格衍射理论,研制了球面弯曲晶体分析器,用于研究和诊断惯性约束聚变的聚爆靶等离子体的形状、分布及稳定性.分析器的核心器件是石英球面弯晶,弯曲晶体半径为143.3 mm.首次利用石英球面弯曲晶体进行了单色X射线背光成像实验.采用接收面积为40 mm×30 mm的磷屏成像板作为接收装置,得到了清晰的铬靶单色X射...     

大高宽比、高线密度X射线透射光栅的制作

利用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为1 mm × 1 mm,周期为300 nm,金吸收体厚度为1 μm的用于X射线显微成像技术的透射光栅。首先利用电子束光刻和微电镀技术在Si3N4薄膜上制作周期为300 nm,厚度为250 nm的高线密度光栅掩模。然后利用X射线光刻和微电镀技术复制厚度为1 μm,占空比接近1：1,高宽比为7的X射线透射光栅。整个工艺流程充分利用了电子束光刻技术制作高分辨率图形和X射线光刻技术制作大高宽比结构的优点     

软X射线椭圆晶体谱仪的研制

为了测量激光等离子体软X射线的空间和时间分辨光谱,研制了一种新型的双通道椭圆晶体谱仪,椭圆的离心率和焦距分别为0.9586和1350mm。将两个完全相同的椭圆晶体分析器进行上下对称布置,在上通道用软X射线CCD相机测量空间分辨光谱,在下通道用软X射线条纹相机测量时间分辨光谱。利用KAP椭圆晶体作色散元件,测量的波长范围是1.33~2.46nm。首次在“星光Ⅱ”激光装置上进行了打靶实验,利用该谱仪配软X射线CCD相机获取了钛激光等离子体X射线的光谱,实验结果表明该谱仪的最高光谱分辨率可以达到1173。     

同步辐射X射线双晶单色器联动机构

提出了一种实现固定空间输出位置同步辐射双晶单色器的方法及联动机构。分析了基于Bragg衍射原理的此类X射线双晶单色器发展状况,尤其是在能量扫描过程中,通过运动补偿实现出射光束方向与位置固定的方法,总结了各种机械联动机构。在综合凸轮耦合运动机构及直角联动机构运动特点基础上,详细描述了国家同步辐射实验室成功研制的X射线双晶单色器L型联动机构特征,其融合了二者的优点,简化了结构与运动,重点分析了其结构原理与运动关系,以及机构运动的实现与第二晶体自身微调,并对其性能做了进一步的讨论。测试结果表明,L型联动机构完全适用于实现3.1~12.4 keV整个能量范围的全谱扫描实验研究。     

等离子体诊断用成像型软X射线三色谱仪设计

围绕激光惯性约束聚变研究中内爆靶丸的辐射流诊断需求,设计了一种兼顾空间成像功能的三色软X射线谱仪。该谱仪的设计中心能点为210eV、680eV和800eV,能谱分辨率E/ΔE为5~10。采用X射线掠入射光学结构,实现了三个能点的一维聚焦成像,在1mm视场内空间分辨率优于10μm。采用X射线周期多层膜,获得了三个能区的能谱响应,多层膜测试结果满足设计要求。以光学设计和多层膜为基础,建立了系统的光线追迹模型,分析了可控的空间位置误差和瞄准误差对系统光谱分辨和空间分辨的影响,为装调方案及瞄准方法设计提供了精度依据。该谱仪与条纹相机结合,可用于我国强激光装置上的等离子体诊断实验。     

微型X射线数字成像系统研究

X射线数字成像检测与诊断技术是X射线检测的发展趋势,微型X射线数字成像系统采用X射线敏感CCD面阵探测器作为射线探测元件,具有体积小、分辨率高、实时性好的特点。本文研制了基于X射线敏感CCD的微型X射线数字成像系统,介绍了整个系统的组成,阐述了X射线敏感CCD的工作原理,选定了系统采用的X射线敏感CCD,设计了CCD探测器的驱动电路、模数转化电路、数据采集与通讯电路、图像获取及处理软件等。该系统采用USB2.0接口与计算机进行通讯,直接采用USB接口电源供电,无需外部电源,结构简单。分辨率测试表明,该系统的分辨率>10lp/mm。     

双能X射线透射系统的噪声分析与滤波方法研究

针对原始双能X射线透射信号包含的噪声复杂且滤波困难的问题,根据双能X射线透射分选技术的工作原理,建立了双能X射线透射信号采集与分析系统,对双能X射线透射信号中所包含的背景噪声、孤立噪声、电路互连串扰噪声和探测随机噪声的来源及其特性进行了研究;对探测随机噪声的高斯分布特性、孤立噪声的无规律性和探测板之间的串扰噪声的固定性进行了归纳,提出了一种改进的邻域相关自适应中值滤波法,进行了6009铝合金块的双能X射线透射分析实验,对比分析了中值滤波法和所提出算法的滤波效果。研究结果表明,所提出的改进的邻域相关自适应中值滤波法能有效地滤除双能X射线透射信号中的噪声。     

用X射线晶片分析器同时测定硅片上薄膜的厚度及组成

晶片专用X射线荧光分析装置在半导体工业中被用于多种工程的评价。在半导体分析中XRF法的显著特征是能分析各种薄膜(氧化膜、硅化物膜、金属膜等);能同时分析晶片上同一部位的膜厚及组成;XRF法是非破坏分析,因受化学键的影响不大,同一个试样可以反复使用。 厚度在400nm以上的掺硼磷硅玻璃(BPSG)膜的分析结果已做报道。近年,随着对半导体器件的高度集成化、高性能化(64 Mbit以上)要求的提高,希望能更准确地分析。作为有代表性的氧化膜——BPSG膜,为改善其在工程中的热处理特性,B_2O_3、P_2O_5的浓度控制是不可缺少的。为了满足这些要求,必须分析更薄的薄膜(300nm以下),在薄膜分析中的关键问题是B Kα背底的变动。 B分析的新光学系统改善了声噪比(S/N),使250nm以上的BPSG膜的分析成为可能。为了提高晶片分析器的性能,在装置上做了一些改良:真空度的稳定化;减轻污染的特制真空泵;分光室部分的恒温化。新的晶体分析器无论在短期或长期的测定,对10％B_2O_3的测定能做到1％的相对精度。 对在硅晶片上的钨硅化物的分析,不能使用W Lα及Si Kα两种谱线,而应使用W的两种谱线(浓度分析用W-N线,膜厚分析对用W-Lα线)。 膜厚测定的相对精度在0.2％以下,对于Si/W=2.5,摩尔比精度约0.015％(相对精度约为0.56％)。     

K-shell emission x-ray imaging of Z-pinch plasmas with a pinhole and a logarithmic spiral crystal

An in-chamber, mini x-ray imaging instrument employs a pinhole and a logarithmic spiral crystal has been developed for obtaining K-shell line images of the imploding aluminum wire array on the "Yang" accelerator. The logarithmic spiral crystal acts as a monochromator and a non-dispersive mirror that reflects the pinhole image to a x-ray film detector with a very narrow photon energy bandwidth (<1 eV, mainly determined by the width of rocking curve of the crystal). Two imaging configurations with the use of Quartz (10 ?10) crystal and Mica (002) crystal are designed, respectively, to image the Al Ly(α2) line (1727.7 eV) emission and Al He(α) intercombination line (1588.3 eV) emission. The primary experimental data corresponding to these two configurations are presented and discussed.     

行星滚轮摩擦传动自适应加载机构研究

设计了一种行星圆柱滚轮摩擦(牵引)传动装置.它由太阳轮、行星轮、中心轮、行星轮保持架和输入轴组成.太阳轮做成中空并与输入轴通过3段对数螺线型面连接.这样,当输入轴输入运动和转矩时,由于3段弧形楔的楔入作用,使得太阳轮产生弹性变形,从而在太阳轮与行星轮之间及行星轮与中心轮之间自动产生摩擦传动所需的正压力.输入转矩越大,楔入作用越强,产生的正压力越大,反之亦然.故此装置具有自作用、自适应特征.由于此行星滚轮摩擦传动装置采用了圆柱滚子,从而避免了因采用圆锥滚子而可能产生的滚子自转现象的出现.也由于采用对数螺线的型面连接,使得被连接型面之间的接触应力呈均匀分布状态,减小了应力集中的现象,提高了连接表面的接触疲劳寿命.该研究拓展了行星滚轮摩擦传动自适应加载的方法.     

一种新型曲面晶体成像系统的研制

为了对诊断目标进行瞬态辐射成像,提出了研制X射线聚焦成像系统,主要器件为一各向同性的X射线点光源及超环面弯曲晶体成像器.X射线照射至被成像物体后再投射到超环面晶体,经该凹面晶体聚焦后在X射线探测器表面成像.讨论了超环面晶体在布拉格几何结构中的聚焦成像特性,提出利用X射线源进行二维优化成像的适用条件.利用模拟软件对网格物体进行仿真成像,研究像距及光源尺寸对成像空间分辨力的影响,并据此确定了实验参量.设计的超环面弯晶采用云母材料,子午面曲率半径为290 mm,弧矢面曲率半径为190 mm.利用该系统进行了X射线背光成像实验,实验结果表明:系统的成像空间分辨力最高可达到34μm,能够满足聚爆辐射成像的要求;在光源尺寸较大时像距变化对成像效果有明显影响.     

One-shot spectrometer for several elements using an integrated conical crystal analyzer

Time-resolved x-ray spectrometry using an ultrastrong x-ray source such as an x-ray free electron laser is one of the new trends in the field of x-ray physics. To achieve such time-resolved measurement, the development of an one-shot spectrometer with a wide wavelength range, high efficiency, and good energy resolution is an essential prerequisite. Here we developed an integrated conical Ge crystal analyzer consisting of several conical rings, which were connected using spline surfaces to form a single body using our previously developed hot deformation technique, which can form a Si or Ge wafer into an arbitrary and accurate shape. We simultaneously focused several characteristic lines from an alloy sample onto different positions on a small x-ray charge-coupled device with very high image brightness (gain relative to planar analyzer: 100) and a good spatial resolution of 9-13 eV. The small radius of curvature of the crystal (28-50 mm) enabled us to realize a very short sample-detector distance of 214.4 mm. The present result shows the possibility of realizing a new focusing x-ray crystal spectrograph that can control the focal position as desired.     

对数螺旋锥齿轮啮合模型的建立及有限元分析的基本思想

对于一种新型锥齿轮—对数螺旋锥齿轮,研究其啮合模型在Pro/E中的建立方法。由于其齿向线是圆锥对数螺旋线,提出了一种新的建模方法,包括三个创新点:利用夹角为的两条圆锥对数螺旋线来确定齿廓曲线的空间位置,使渐开线得以精确定位;将盘绕在节锥曲面上的圆锥对数螺旋线作为扫引轨迹线,保证齿形的准确性;扫描混合截面建立在扫引线的法面内,使轮齿各点法面内的齿形均是标准齿形。在此基础上应用有限元理论的基本思想对啮合模型作了一些运算研究,进一步分析对数螺旋锥齿轮啮合传动过程中的相关特性,进而为该种新型锥齿轮的设计和应用提供理论依据。     

用于测量激光等离子体X射线的椭圆弯晶谱仪

研制了一种椭圆弯晶谱仪用于测量0.44～0.81 nm激光等离子体X射线光谱.该谱仪采用X射线CCD作探测器,用PET(2d＝0.874 nm)晶体作色散和聚焦元件,将晶体弯曲并粘贴在离心率和焦距分别为0.9586和1350 mm的椭圆形不锈钢基底上.对该谱仪在"星光Ⅱ"激光装置上进行了打靶实验,实验结果表明其光谱分辨率接近1000.     

High-resolution water window X-ray imaging of in vivo cells and their products using LiF crystal detectors

High contrast imaging of in vivo Chlorella sorokiniana cells with submicron spatial resolution was obtained with a contact water window X-ray microscopy technique using a point-like, laser-plasma produced, water-window X-ray radiation source, and LiF crystals as detectors. This novel type of X-ray imaging detectors is based on photoluminescence of stable electronic point defects, characterized by high intrinsic resolution. The fluorescence images obtained on LiF crystals exposed in single-shot experiments demonstrate the high sensitivity and dynamic range of this new detector. The powerful performances of LiF crystals allowed us to detect the exudates of Chlorella cells in their living medium and their spatial distribution in situ, without any special sample preparation.     

无损检测中X射线实时成像系统的研究

X射线胶片照相法以其直观、可靠、灵敏度和分辨力高等优点在现代工业产品检测中占有重要的位置。但是这种方法存在拍片工序多、运行成本高、结果不易保存、评片结果易受人为因素的影响等缺点。随着图象增强器的出现和计算机技术的发展,X射线实时成像系统越来越广泛应用于X射线探伤领域,并在军工、石油、化工、耐火材料、钢管、锅炉、汽车、压力容器、航空、航天等行业得到推广应用。