衍射增强成像的若干基础问题研究Ⅰ.衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系

为了探讨X射线衍射增强成像的衬度与X射线能量的关系,利用北京同步辐射光源4W1A光束线引出的硬X射线对大块正常和癌变的乳腺组织进行成像研究.在摇摆曲线顶部位置获得的图像(峰位图像)和表观吸收图像的衬度随X射线能量的变化关系是相似的,说明峰位图像和表观吸收图像包含的主要衬度相似,即吸收衬度,而折射图像的衬度随X射线能量的增大总体上呈现下降趋势.综合来看,对于乳腺类的软组织来说,DEI成像在低能量端有很好的衬度,反映了衍射增强成像更适合于主要由轻元素组成的物体的成像.     

BSRF-4W1A纳米成像光束线调试

为了给新建的30nm空间分辨成像系统提供稳定的5–12keV照明X射线,BSRF新建造了一条纳米成像光束线。该项目从2007年开始,目前已经完成光束线调试并投入使用。光束线各参数测试的结果表明,光束线主要性能达到了设计指标,可以满足后续纳米成像系统的要求。本文对该光束线的具体调试过程进行了总结,可为今后类似工作提供参考。     

X射线相衬成像用于生物碱沉淀研究的可行性

生物碱与一些特殊的试剂作用生成沉淀。这些反应可用于生物碱的检测和精制。本文分别在同步辐射装置和微聚焦X射线成像系统上用X射线相衬成像(XPCI)方法研究了三种不同类型的生物碱沉淀的结构。研究结果显示：在Hager试剂作用下,有机胺类的秋水仙碱沉淀呈针状,吡啶类的槟榔碱沉淀呈胶团状,异喹啉类的小檗碱沉淀呈花瓣状。与目测或在光学显微镜下观察到的形态有很大差别。为今后用XPCI方法研究更复杂的化学反应体系提供参考和依据。     

Ba2—xSrxTiSi2O8微晶玻璃的光及SAW性能

以Ba2-xSrxTiSi2O8为主晶相,制备透明微晶玻璃,测试了材料的二阶非线性光学性能;以晶粒定向微晶玻璃基片制作了声表面波（SAW）滤波器,测试了器件的性能参数,分析了材料结构与性能的关系和材料的改进方向。     

激光复合焊接7020铝合金的疲劳性能及损伤行为

通过激光-熔化极稀有气体保护电弧(MIG)复合焊得到了7020铝合金焊接接头,基于电子背散射衍射技术和高精度同步辐射X射线成像等,研究了该接头微观组织、力学性能、疲劳行为及断裂机制。结果表明,在焊接热循环作用下,冷却后复合焊接头各区域的晶粒形态、尺寸及组织成分发生了明显变化。接头静载抗拉强度和屈服强度分别为265.34 MPa和218.85 MPa,接头强度系数为0.74。在50%存活率下,当疲劳寿命为2×10~6循环周次时,复合焊接头的疲劳强度为96.13 MPa,约为母材的63.14%,焊接过程降低了材料的疲劳性能。疲劳裂纹萌生于复合焊接头熔合区表面深约103μm的缺口处,呈典型I型四分之一椭圆裂纹扩展形貌。在稳定扩展阶段,气孔对疲劳裂纹扩展速率的影响较小。     

应用SXR-CT技术研究闭孔泡沫铝微结构演化及变形分析

借助同步辐射硬X射线高强度、高能量、高准直、宽频谱以及可选能量等特点,对材料试件进行投影成像,并应用滤波反投影重建算法实现三维图像重建(Synchrotron X-Ray Computed Tomography).研究了闭孔泡沫铝在压缩过程中内部微结构的演化,得到了不同压缩状态下内部微结构图像,分析了闭孔泡沫铝在压缩过程中的变形及孔隙率变化.这些研究结果为泡沫铝制备工艺的改进和材料与结构的优化设计提供了有益的参考,并为泡沫铝压缩破坏机理的构建提供科学依据.     

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。     

衍射增强成像技术在粘虫结构形态学研究中的初步应用

本文利用衍射增强峰位成像技术研究全变态类蛹期粘虫的发育,得到了清晰的粘虫蛹的内部结构的相衬图像,清楚地观察到蛹发育的整个过程以及粘虫从幼虫到成虫部分器官、组织内细微结构的形成与演变,成像分辨率可达到5μm.     

碳化硼固相烧结微观结构演化的同步辐射CT观测

利用同步辐射CT (SR-CT) 技术,在碳化硼陶瓷样品烧结过程中对其进行实时投影成像,并应用滤波反投影算法和数字图像处理技术,得到了样品在整个烧结过程中内部微结构演化的二维和三维重建图像,实现了对陶瓷固相烧结过程实时、无损的观测.通过重建图像清晰观测到了陶瓷样品在烧结三个阶段中颗粒接触、烧结颈形成、晶粒和气孔长大、气孔球化并收缩等烧结现象;统计了样品在不同烧结时刻的孔隙率,得到了孔隙率随烧结时间和烧结时间对数的变化曲线,并根据曲线分析了样品在不同烧结时刻致密化速率的变化,得到了烧结中期孔隙率和时间对数的线性关系.实验结果和现有烧结理论相吻合,并为进一步完善烧结理论以及建立扩散和本构模型提供了有效的实验数据.     

BSRF-4W1A形貌成像光束线改造

从光束线和实验站目前研究工作的需要出发,对BSRF-4W1A光束线进行了改造.改造中,重新确定了光束线的引出参数,设计研制了便于单色光和白光模式转换的固定出口双晶单色器,在理论热分析计算的基础上提出了单色器第一晶体采用顶部冷却的模式.改造后,4W1A光束线的通量在常用的8 keV处提高约3.6倍,在同样的通量下能量由现在的8 keV可延伸至19.6 keV.