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衍射光束线站

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衍射光束线站
衍射线站采用弯铁光源，光子能量在4－22keV的范围，覆盖了从钙(Ca)到锝(Tc)的K吸收边，包含了常用金属材料中的钛、钒、铬、锰、铁、镍、铜、锌和半导体材料中的镓、锗、砷等元素。

光束线的水平接收角是2.5mard，以得到尽可能高的通量。

光束线关键光学元件采用预准直镜、双晶单色器和后置聚焦镜，可以获得较高能量分辨率的X光，同时能得到较高的角分辨率。

实验站采用六圆衍射仪，能够满足绝大多数衍射实验需求。

1．科学目标
上海光源通用衍射光束线站目标定位于材料科学应用的通用衍射线站，以多晶粉末、薄膜、纳米材料等为主要研究对象，建成为以粉末晶体衍射实验方法为主，可同时开展纳米和表面材料的掠入射（反常）衍射（GIXAD）、反射率、倒易空间mapping、DAFS测量等实验技术及动态过程等研究的实验平台。

同步辐射具有准直性好、高通量的特点，高分辨粉末衍射实验站要求平行光束能达到~0.02mrad的角分辨率，比实验室中常用衍射仪高一到二个量级,可以解决常规粉末衍射在材料结构测定中由于低通量或低的角分辨率带来的衍射峰重叠或不可分辨等方面的限制，提高从粉末衍射数据精修和解析晶体结构的能力。

如可应用于制药工业中生成的化合物，它们大多对称性差、不能用单晶衍射来测定晶体结构；小分子晶体结构也是重要的研究对象，如可测定大小为几十微米的微小单晶晶体结构。

同步辐射光源的波长具有连续可调的特性，而原子散射因子中的色散项在元素吸收边附近有显著变化，扫描吸收边可以获取材料内不同元素的信息。

最近发展的掠入射X射线反常衍射实验技术，对表面结构敏感的掠入射X射线衍射与反常散射原理相结合，可以测量表面或纳米结构中的化学元素分布信息。

本衍射线站的高通量和高分辨的特点有助于提高单晶尤其是新型纳米材料结构测定精度，如测量其中的缺陷、晶格畸变及微应变等对结构的影响，从而为材料制备提供物理依据。

X射线反射率测量在薄膜表面、多层膜界面粗糙度、超晶格及δ掺杂结构研究中有独特而广泛的应用。

RSMs（reciprocal space mappings）：倒易空间mapping测量可以观察到所研究的如外延层倒易格点附近的形变等信息，是薄膜、外延生长等应变研究的重要方法之一。

DAFS：通过选择晶体物质的衍射峰位，在保证衍射矢量不变的情况下，在某一原子的吸收边附近测量晶体的衍射强度随入射X射线能量变化的谱线。

由于原子的反常散射因子含有类似于XAFS振荡的精细结构（f"[E]正比于吸收截面σ[E]），所以DAFS测量可以确定这种原子在晶体中某一特定晶体位置处的配位环境。

2．光束线主要性能指标
上海光源衍射光束线的关键元件采用预准直镜、弧矢聚焦双晶单色器（水平
聚焦），可以有效提高束线的能量分辨率；后置聚焦镜能够根据样品的不同要求
得到较小光斑。

其主要指标为：
弯铁光源临界能量：10.35keV
光束线接受角：2.5mrad(H)×0.12mrad(V)
能量范围：4 ~ 22 keV
能量分辨率：ΔE/E ~ 1.5×10-4@ 10keV
不聚焦模式：样品处光斑尺寸 ~ 0.3H×2.5V mm2
光子通量 ~ 2.0×1012 phs/s @ 10 keV
发散角： ~ 2.5H×0.02V mrad2
聚焦模式：样品处光斑尺寸 ~ 0.3H×0.35V mm2
光子通量 ~2.0×1012 phs/s @ 10 keV
发散角： ~ 2.5H×0.15V mrad2
3．实验站主要配置和性能指标
实验站的核心设备是一台六圆衍射仪，其转轴功能可以满足绝大多数衍射实
验的需求。

探测器系统配备的是选择能量所需要的固体荧光探测器和NaI闪烁晶
体探测器。

在二期建设中还将配备IP面探测器，以实现发展多种实验探测方法
的需要。

衍射仪转轴主要性能指标：
6圆衍射仪转轴转动范围最小分辨率注
0.0001°
φ 360°
unlimited
0.00005°
χ 360°
unlimited
ωhor +130°～-130° 0.00005°
ωver +/-180°
0.00005°
2θhor +130°～-130° 0.00005°
2θver +210～-30° 0.00005°
测角头样品台optional Xs/Ys +/-75mm
1µm
1µm
Zs 25mm
准直平台optional X +/-30mm
2µm
0.5µm
Z +/-30mm
Rx (Z1/Z2) +/- 1.5° 0.0005° optional。

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SSRF生物大分子晶体学光束线站多波长反常散射信号采集自动化系统

SSRF生物大分子晶体学光束线站多波长反常散射信号采集自动化系统


（ ｈｎｅ Ａ ｃｓ 通道访问） Ｃ ａｎｌ ｃｅｓ 协议 。
肼 ｃｓ ＤＸｐ Ｓ ｔ ｒ ｏｔ ｔ Ａｗ ｌｔｃａ ｏ ｗａ ａ ｔ ｔ ｒ ｉ
图 ２ 系统硬件连接 图
其中， 荧光探测器为美 国 ＳＩ Ｉ公司的 Ｖ Ｒ Ｏ． Ｔ Ｘ— Ｘ 硅漂移探测器 。数字化 ｘ射线处 Ｅ Ｅ如 理 器 采用 美 国 Ｘ Ａ公 司的 Ｓｔ —Ｏ Ｍ［ Ｉ ａｒ ｕ ｎ Ｅ 。
分 ：ｅ ｏ ｂｅＳ ｅｔ ｍ 和 Ｓａ Ｐｒ ｄｔ ｌ、 ｐｃｒ ｉ ａ ｕ ｃｎ三个 子 界 面 ， 功 能如 图 ６所示 。
Ｍ ａＲ ｃｒ 负责光谱数据 的采集 ， 采集 的光 ｃ ｅｏｄ 所 谱数据被读到 ｄｐ ａ ｍ： ｃｌ Ｖ里 ， ｘＳｔ ｍ ａ Ｐ ｕ 数据类型 为一个含有 ２０ ８个元素 的数组。通过 Ｃ Ｐ — ４ ａｙ
底 层驱 动 Ｘ ｒｅ 和 顶 层 驱 动 Ｈａｄｌ以方 便 用 ｅｘｓ ｎｅ
源光束线站 、 智能控 制系统等 方面。通讯作 者 ： 唐琳
（ ９ １一） 女 ， 究员 ， １７ ， 研 博士 ， 事 同步辐射光束线站 从
技 术 、 白质晶体生 长机理研究 。 蛋
４６
户根据需要开发适合 的软件 ； 应用 软件包括
Ｍｅｍ开发 ｄ
图 ４ 系 统 软 件 结 构
Ｓｔ ｎ ａ ｒ 数字化 ｘ射线处理器 自带 的软件 ， ｕ 只能 运 行 在 ｗｎ ｏ ｓ系 统 下 ， ｉｄｗ 而且 对 于 多 波 长 反 常散射实验 ， 能获取 到元 素荧光谱 。为 了 仅
满 足同步辐射光束线站复杂的数据采集环境 ， 使 Ｓｔ 参数控制和数据采集便于与其他硬件 ａｒ ｕ ｎ
第３ ２卷
２１ ０ ２年
第 １ 期
沟槽型X射线两次衍射单色器研究

沟槽型X射线两次衍射单色器研究

沟槽型X射线两次衍射单色器研究何健;徐中民;宋丽;杨铁莹;王纳秀;王劼【摘要】In order to obtain high energy resolution and high collimation synchrotron radiation light ,a channel-cut type single-crystal silicon (111) monochromator with two times diffraction was designed based on the optical parameters of small-angle scattering station in SSRF (Shanghai Synchrotron Radiation Facility ) .X-ray diffraction dynamics was used to analyze the optical properties of the monochromator . The parallelism , asymmetrical angle and rocking curve were measured ,and the error of rocking curve was analyzed based on test value .By comparing the analog value with experimental measurement ,the results show that reducing the residual stress in the process w hich causes the lattice damage ,improving the quality of crystal morphology ,adjusting asym-metrical angle ,and increasing the number of diffraction ,can make the intrinsic diffrac-tion width of crystal narrower ,and as a result ,higher resolution and more collimated synchrotron radiation .All of the results prove that the channel-cut type monochromatormade of single-crystal silicon (111) has an intrinsic energy resolution of 1.452 × 10 -4 at 10 keV .%为获得高能量分辨率、高准直的同步辐射光,应用X射线衍射动力学原理,并依据上海光源小角散射线站光学参数,设计并加工了两次衍射的单晶硅(111)面沟槽型单色器.测量了两反射面平行度、斜切角及摇摆曲线,并对摇摆曲线的测量值进行了误差分析.理论模拟与实验数据对比分析显示:有效减小晶体加工过程中的残余应力导致的晶格畸变、改善晶体形貌、调整斜切角与增加衍射级次可降低晶体的衍射角宽,进而提高出射光的准直性和能量分辨率.经计算,在同步辐射光能量为10 keV条件下,单晶硅(111)面沟槽型单色器的本征能量分辨率为1.452×10-4.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2017(051)011【总页数】7页(P2085-2091)【关键词】X射线光学;高分辨率;两次衍射;沟槽型单色器;摇摆曲线【作者】何健;徐中民;宋丽;杨铁莹;王纳秀;王劼【作者单位】中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800;中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800;中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800;中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800;中国科学院上海应用物理研究所,上海201800;中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800【正文语种】中文【中图分类】TL544;TH744在衍射动力学的基础上用完美晶体制备X射线单色器并实现高分辨的技术提出于20世纪70年代，随着同步辐射光源的发展，到20世纪80年代高分辨率的X射线单色器才有实质性的进展。

上海光源（SSRF）简介

上海光源（SSRF）简介

上海光源(SSRF)简介一、总体方案SSRF由100MeV电子直线加速器、3.5GeV增强器、3.5GeV电子储存环以及沿环外侧分布的同步辐射光束线和实验站组成，其中直线加速器和增强器位于储存环内侧。

图1给出了SSRF总体结构布局示意。

电子储存环是光源装置的核心，储存环中的电子束通过偏转磁铁或插入件等装置产生高性能的同步辐射光；光束线将同步辐射光传输到实验站，并将同步辐射光改造(分光、聚束等)成实验所需要的光源。

实验站则是利用同步辐射光进行各种科学研究和技术开发的实验装置。

图1 上海光源总体布局示意图SSRF产生的同步辐射光覆盖了从远红外到硬X射线的宽广波段。

利用低发射度的中能强流电子束，结合国际上插入件技术发展的新成就，可在用途最广泛的X射线能区(光子能量为0.1~40keV)产生高耀度和高通量的同步辐射光。

SSRF的基本性能在许多重要方面位于目前世界上正在设计和建造中的光源的前列。

二、光源主要性能参数储存环：1) 能量 3.5GeV 2) 周长 432m 3) 周期数 204) 直线节长度 4×12m ，16×6.7m 5) 平均流强 200~300mA 6) 束团自然发射度 3 nm ⋅rad 7) 束流寿命≥10hrs 8) 引出光斑位置稳定性 ~±10% 注入器：1) 预注入器能量 100MeV 2) 增强器能量 0.1~3.5GeV 3) 增强器周长 1804) 自然发射度110 nm ⋅rad图2和图3分别给出了SSRF 弯转磁铁辐射和典型插入件辐射的光通量和耀度与光子能量之间的关系曲线。

1E-30.010.1110100101110121013101410151016E=3.5 GeV I= 300 mAU34W136BendU18U90W75S p e c t r a l F l u x [P h o t o n s /(s -0.1%B W )]Photon energy (keV)图2. SSRF 弯转磁铁辐射和插入件辐射的谱通量三、光束线实验站上海光源能够容纳六十多条光束线，可以为上百个实验站同时供光。

X 射线成像及生物医学应用光束线站简介

X 射线成像及生物医学应用光束线站简介

X射线成像及生物医学应用光束线站简介1．科学目标随着第三代同步辐射光源的广泛使用，X射线光源的特性得到了极大的改善。

从而为新的X射线成像方法的诞生创造了条件，传统的成像方法也得到了显著改善。

目前的研究已大大丰富了X射线显微成像的衬度机制，除传统的吸收衬度外，相位衬度、化学衬度、元素衬度、磁二色衬度、散射衬度、衍射衬度等等，同时大幅拓展了X射线显微的应用领域。

动态X射线同轴位相衬度成像是近年来发展起来的一种新的成像方法，它利用了X射线透过样品时携带的位相信息进行成像，可以对轻元素组成的样品内部结构成高分辨率像。

由于通量的关系，在第一、二代同步辐射上只能进行静态成像研究。

而第三代同步辐射的高亮度和高相干性，使得动态研究成为可能，如2002年的Nature报道了在第三代同步辐射源上用位相衬度成像观察到了电化学反应的动态过程，2003年Science第一次报道了昆虫的呼吸全过程。

时间分辨可达几个毫秒到几十个毫秒。

SSRF是第三代光源，因此非常适合于进行高分辨率的动态X射线位相衬度成像研究。

另一个重要成像手段是显微断层成像(XMCT)，三维空间分辨率可达微米乃至纳米量级。

第三代同步辐射的插入件辐射是目前XMCT的理想光源，单色X 射线的使用还有助于消除赝像，同时减小样品的辐射剂量，这对生物医学样品研究显得尤为重要。

XMCT现已成为中能或高能第三代同步辐射装置上的重点发展的技术，甚至还提出了时间分辨XMCT的概念。

目前国际上的成像技术趋向于更高的空间分辨(纳米量级)和更快的时间分辨(1毫秒或更小)。

上海光源作为第三代高性能同步辐射光源，它的X射线成像及生物医学应用光束线站也将朝着这些方向努力，为我国的X射线成像研究的发展作出自己的贡献。

同时还将更多地关注国内外的应用研究前沿，如医学应用中的早期肿瘤诊断、辐射治疗等，其它领域的应用包括如植物和农作物、先进制造业、考古学和地球物理学、先进材料(功能性聚合物，制陶业，纳米材料，金属和合金，微电子学和磁性材料，生物样品)等。