PDF《北京同步辐射装置 X射线成像技术介绍》

北京同步辐射装置 X射线成像技术介绍 黄万霞 2013-11-21 北京正负电子对撞机 ? 环周长:240m ? 能量:2.

5GeV 一机两用: 对撞模式,研究高能物理,6个月 同步模式,3个月 北京同步辐射装置 ? 14条光束线和15个实验站 4W1A光束线(两种模式) 单色聚焦光束模式 白光模式 1. 纳米分辨三维成像 成像视场10um?60um 分辨率50nm?100nm 2. X射线形貌术 成像视场10mm内可调 分辨率3?5um 3. 相位衬度三维成像 成像视场约10mm可调 分辨率3?15um

一、X射线形貌术―原理 衍射成像: 晶格缺陷 ? 衍射异常 ? 光强分布改变 ? 产生衬度 点缺陷(微缺陷)、位错、层错、晶界、畴壁、亚晶粒、杂质分凝、裂缝等 X射线形貌术―实验方法 同步辐射白光形貌术(透射) 实验原理:当一束同步辐射白光X射线束入射到晶体样品上时,根据布 喇格衍射公式 (n=1,2,3……),晶体中不同指数面 各自分别选择相应波长的X射线,衍射形成相应的劳厄衍射斑(图5.8- 1),每个劳厄斑点就代表了相应衍射面的信息. ? 研究对象:晶体(单晶体) ? 单晶样品先经过切割、磨抛成薄片状 ? 样品尺寸:通常5mm左右 ? 样品厚度:通常几百微米 ? 吸收衰减公式 ?:线衰减系数,即样品厚度中每厘米的吸收几率,具有cm-1的量纲. t:样品厚度 样品厚度根据?t ?1计算,此时出射X射线强度约为入射X射线的0.37. ? The Center for X-Ray Optics http://www.cxro.lbl.gov X射线形貌术―样品 X射线形貌术--应用实例

1、一次曝光拍摄多组晶面的衍射图像---白光形貌术 透射式白光形貌术获得的金刚石晶体的白光形貌像(入射光沿[100]方向) 2. KDP晶体的形貌研究 KDP晶体的劳厄斑点 [103]晶面的衍射斑点 [132]晶面的衍射斑点 3. 晶体相变过程的实时观察---铌酸钾(KNbO3)晶体相变过程的实时研究 铌酸钾晶体的相变过程为:三方相 四方相 正交相 立方相 图(a)是室温下的形貌像,晶体为正交相.图(b)是相变温度附近的形貌像,显示晶 体正发生相的转变.图(c)为相变后的形貌像,晶体为四方相.

二、X射线相位衬度成像 ?干涉法 ?衍射增强成像 ?同轴相位衬度成像 (菲涅尔衍射成像) ?,干涉法 ??, 衍射增强成像、光栅成像 ?2? ,同轴相位衬度成像 提供比吸收成像更高的分辨率和衬度的一种成像方法 同轴相位衬度成像 SD大鼠的肺组织 可看出肺组织气管和动脉管 同步辐射白光经单色器 反射成单一能量光束 该单色光束在样品中发生 吸收、折射和小角散射 分析晶体的作用相当于一 个角度过滤器和衬度放大 器,从而得到消光衬度和 折射衬度 衍射增强成像方法 DEI Physical principles Si(111)晶体摇摆曲线(8 keV) 相位衬度三维成像实验平台 单色晶体 样品转台 分析晶体 研究对象 ? 动、植物;

医学材料;

复合材料;

合金材料,岩石矿石类等 研究范围 ? 生物医学材料、复合材料等各种材料的内部精细结构;

? 原位观察材料在加载或加温等外界环境条件下的动态行为;

? 相位衬度成像及CT的原理和方法学研究;

能量范围: 10K 20K 30K 1K 5~20keV 成像能量的选择 透过率 : 20?30% 吸收衰减公式 计算 成像视场及样品尺寸 ? 成像视场:探测器能接收到的X射线照射的区域,即探测器视场和光斑 视场的交集 ? 光斑视场主要由晶体长度决定 能量keV 布拉格角 光斑视场mm

8 14.3 20*12

12 9.5 14*12