摘要：上海光源X射线成像光束线采用多极扭摆器(wiggler)作为辐射光源,提出一种劳厄双弯晶单色器的设计方案．计算结果显示,可获得固定出口的平行单色光束,能量调谐范围覆盖19—120keV,在33keV时,输出光子通量及通量密度分别为1．9×10^(13)phs/s和3．8×10^(10)phs/s/mm^2．分析了劳厄晶体的聚焦及单色化性能,计算了输出光子通量及单色器的热负载情况．与传统的双平晶方案相比,本设计在获得高通量和解决热负载等方面有明显的优越性,并能有效控制热形变．

摘要：全场透射X射线显微镜(TXM)具有纳米量级空间分辨、原位、无损和三维(3D)成像等优点,目前已被广泛应用到多个研究领域中。纳米三维成像线站是上海同步辐射光源(SSRF)二期工程建设内容之一,该线站瞄准前沿领域中的科学问题和国家战略需求,主要实验方法为TXM和纳米计算机断层扫描(CT),能量范围为5~14 keV,空间分辨率的设计指标为20 nm。该线站基于弯铁光源,光束线采用柱面准直镜、双晶单色器和超环面聚焦镜设计方案。实验线站采用自主设计、整体集成的全场TXM系统,实验站中单毛细管聚焦元件、TXM机械系统、纳米CT控制及数据采集软件均为自主研发。2021年SSRF纳米三维成像线站(BL18B)完成了带光调试与性能测试,实现了20 nm分辨率的TXM成像,是国际上首条基于弯铁光源并实现20 nm分辨率成像的光束线站,测试结果全部达到线站设计指标,2022年该线站将对用户开放使用。

摘要：X射线荧光成像是一种可无损获得样品内部元素空间分布信息的实验技术,可分为荧光mapping扫描成像与荧光CT成像,其空间分辨率由X射线聚焦束斑的大小决定。上海光源成像线站已建立X射线荧光成像系统并对用户开放,在多个领域取得较好的研究成果,该系统基于狭缝限束获取微束X射线,束斑为150μm,限制了该方法的广泛应用。椭球聚焦镜是反射面为椭球面的单次反射单毛细管光学元件,基于全反射原理,具有反射效率高、工作距离长、接收角宽、适用X射线能量范围宽、体积小等优点,已应用到X射线聚焦、全场纳米成像等领域。由于对面型精度的要求较高,制备椭球聚焦镜难度较大。为满足广大用户对微束荧光成像的需求,自行设计并成功研制了针对微束荧光成像系统的单毛细管椭球镜,并对其进行了X射线聚焦性能检测,结果显示可获得14μm聚焦光斑,焦点处增益可达255倍。基于自主研制的椭球镜,在上海光源BL13W搭建微束X射线荧光成像系统,并开展了微束荧光mapping成像与微束荧光CT实验研究:(1)对中风鼠脑切片的荧光mapping扫描成像,得到中风鼠脑中微量元素铜、铁、钙与锌的元素分布荧光光谱图;(2)对鼠脑及毛细管中浓度为0.5 mg·L^-1的标准砷溶液进行同步辐射微束X射线荧光CT成像,利用OSEM重构算法重构投影数据,获得了鼠脑中铜元素和毛细管中砷元素二维分布的切片图。两组实验表明,基于自行设计与研制的单毛细管椭球镜的微束X射线荧光成像系统,样品处的光通量密度增加,空间分辨率得到提高,单张荧光光谱的获取时间显著减少,同时也提高了系统的元素探测限。

摘要：上海光源X射线成像线站的X射线动态显微计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)的用户实验产生了海量投影数据,采用基于CPU串行计算的CT重构方法速度慢,将导致实验数据的大量积压。图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)因其多核架构、可大规模并行化的特点,在高性能计算领域得到广泛应用,将其用于CT重构,有望实现X射线动态显微CT的快速重构。采用CUDA编程标准,将滤波反投影(Filtered Back Projection,FBP)CT重构算法的反投影运算进行并行化设计,并在NVDIA RTX2080的GPU上成功实现了CT重构的并行计算。与基于CPU串行计算的CT重构时间的对比结果表明:基于GPU并行计算的CT重构获得了200倍左右的加速比,一套CT数据所需的重构时间由分钟级降低到了秒级。借助GPU强大的计算能力可以实现X射线动态显微CT的快速重构。

摘要：探测器像元响应的不一致、光源能不稳定等因素使得计算机层析(CT)图像中含有较多的环形伪影,严重降低了图像质量,影响了图像的三维重建和量化分析,为此提出了基于极坐标变换与傅里叶变换后低通滤波的算法去除环形伪影。通过极坐标变换将直角坐标下的环形伪影转化为极坐标下的线性伪影,然后对线性伪影图像进行傅里叶变换获得频谱图像,进而设计二维低通滤波器进行滤波处理,最后通过傅里叶逆变换与坐标逆变换获得校正后的图像。利用Matlab软件,编写程序对算法进行验证,结果表明,该算法能够有效地去除环形伪影,使图像内部细节清晰可见,并且保护了图像边缘信息,提高了图像的信噪比;另外,使用该方法处理100张切片图像只需3.5min,可满足批量处理的需求。

摘要：水牛角角鞘是一种具有优异力学性能的生物材料,本文主要研究其力学性能和变形损伤机理的各向异性。首先,通过同步辐射断层扫描技术和扫描电镜分别获得了角鞘在初始状态下的三维结构和3个不同方向(纵向、横向和径向)的微观形貌,发现角鞘由波浪状片层沿径向堆叠而成,大量沿纵向生长的长条形孔隙随机镶嵌其中。随后利用自制的微型材料试验机开展了角鞘沿3个方向的准静态压缩实验,并通过准原位扫描电镜表征技术观测试样的变形损伤过程。宏观应力-应变曲线表明,角鞘表现出明显的各向异性:纵向具有最高的屈服强度,而径向表现出最大的塑性硬化率。准原位扫描电镜图像揭示了不同方向的裂纹成核和扩展模式存在明显差异。纵向上,片层屈曲诱导初始孔隙沿横向扩张,并沿层间界面相互贯通形成宏观裂纹;横向上,波浪状片层在压缩载荷下会发生显著的弯曲变形,层间易发生滑移开裂;径向上,层间相互挤压将初始孔隙压实,此后试样内出现沿45°方向的“X”形剪切带。变形机制的差异本质上来源于角鞘特殊的微观结构——波浪状片层和单向排布的长条形孔隙,最终导致了宏观力学性能的各向异性。上述结果不仅解释了牛角优异力学性能的物理基础,而且对仿生材料设计具有参考意义。

摘要：设计并成功研制了单毛细管椭球镜,并通过光学及X射线方法测试了它的特性。椭球镜的面形误差为15μrad,能量为9keV时聚焦光斑直径为40μm,聚焦光斑发射角为1.75mrad。基于研制的椭球镜,在上海光源X射线成像线站搭建X射线纳米成像系统,并实现了纳米成像,这表明该椭球镜可满足X射线纳米成像的需求。

摘要：海关生物安全检测对维护生态平衡和保护珍稀野生动植物具有重要意义。针对传统海关生物安全检测基于吸收衬度对生物样品成像衬度受限的问题,研制了一种基于相位衬度成像的X射线生物特征识别仪。通过采用光子利用效率高的同轴相衬成像方法进行成像,满足海关检测数据采集效率高和成像快的需求。为保证检测的辐射安全和样品调整方便,采用辐射防护棚屋、安全联锁与样品台自动控制的设计。针对生物特征识别的需求,建立了显微计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)及其三维定量分析方法,通过相衬CT三维显微结构定量分析,识别生物样本的特征信息。对分辨率靶和实际样品的测试结果表明:该系统的空间分辨率为3μm,可实现弱吸收样品的高衬度成像和定量分析,适用于大部分生物样品的检测。该仪器的研制为海关生物安全检测提供了一个新的手段,其相衬成像特性也适用于中药材显微鉴定、结构药剂学、聚合物材料等领域的研究。

摘要：大坝安全监测关系到大坝的施工质量和运行安全,是工程施工和运行期的重要工作。针对沥青砼心墙堆石坝的特点,通过优化监测设计方案,设置关键监测项目,选择对沥青砼心墙结构影响小的监测仪器和安装方式,实现大坝关键部位的安全监测。对近10a的监测数据进行处理和分析,结果表明监测仪器工作正常,监测数据连续可靠,大石门水电站大坝和沥青砼心墙运行稳定,说明大坝安全监测设计方案合理、正确,为全面掌握和了解大坝的施工质量、运行状况等发挥重要作用。

摘要：埋设在大坝内部的仪器性能关系到能否反映大坝的运行状况,提供准确的监测数据,发挥应有的监测作用。通过满拉水利枢纽工程实例,介绍埋设在大坝内部的钢弦式仪器的工作原理,探讨产生故障可能的因素,按照现行技术规程,对埋设仪器进行各项性能检验,通过检验数据和历史数据进行分析,判断埋设在大坝内部的大部分钢弦式仪器的工作特性满足其基本性能和规范要求,为工程监测系统的改造设计、施工、运行评价提供依据,对同类工程有一定参考价值。