摘要：x射线发射谱技术(xES)是一种原位无损获得元素化学形态的技术方法,目前国内外实验室型x射线发射谱测定装置的研制尚处于探索阶段。能量色散x射线荧光(EDxRF)光谱仪和波长色散x射线荧光(WDxRF)光谱仪在地质、环境、考古等多学科领域得到广泛应用,然而,EDxRF虽结构简单,可实现多元素快速无损检测,但分辨率不理想、谱线干扰严重,检出限较差;WDxRF虽可分辨常规应用中多数具有谱线重叠特性的元素,但结构复杂成本高。为探索实验室型xES装置研制,该研究综合了能量色散x射线荧光和波长色散x射线荧光的性能优势,提出了一种波长-能量双色散、激发-发射双聚焦x射线光谱仪(DDF-xRS)设计理念,并成功研制了原理样机。实验数据和分析结果显示,该DDF-xRS型光谱仪兼具聚焦x射线和波长与能量色散光谱仪的优点,结构简单,信噪比好,具有高分辨率和低检出限特性。通过波长-能量双色散技术,x射线首先被晶体衍射发生波长色散,从而获得单色光,同时利用硅漂移探测器的能量色散特性,降低谱线干扰误判风险,提高分析结果准确,该技术克服了WDxRF结构复杂和EDxRF能量分辨率不足的限制,凸显了双色散的必要性和优越性。目前DDF-xRS光谱仪分辨率45 eV,可减少过渡金属K_(β)对K_(α)峰的谱线重叠影响;同时,显著降低了连续谱背景,最优信噪比>1000;测定地质样品中的Cr,检出限可达0.26 mg·kg^(-1)。应用DDF-xRS,一定程度上已可分辨过渡金属K_(α1)和K_(α2)谱线,如结合线性或二维阵列探测器,则有望进一步提高分辨率,实现x射线发射指纹谱的测定,以获得分析元素的化学形态。由于目前的晶体特性尚不能达到完全分辨过渡金属的重叠谱线的性能要求,故探寻具有高分率能力、高衍射强度特性的弯晶,将成为下一步的研究重点。

摘要：在低计数率背景下x射线谱的高精度测量受x射线流的统计涨落影响,统计涨落决定了给定探测器能量分辨率的理论极限,而其他因素的影响则可以通过适当的噪声滤除和电子技术来降低。以往关于能量分辨率的研究大多利用谱反卷积对获取到的能谱进行后处理,从而降低特征峰的半高宽(FWHM)。这些后处理方法是基于将获取到的能谱建模为输入能谱和探测器响应函数这两个随机变量的函数,往往计算量极大,执行效率低。针对上述问题,提出一种多脉冲局部平均(MPLA)算法对x射线光谱数据处理平台进行优化,MPLA算法是一种在线实时处理的谱获取方法,该方法在动态窗口内对脉冲幅度值进行了平均。MPLA算法涉及两项可变参数,一是平均窗口的大小r,另一项参数则是每一次平均的脉冲幅度数量n。该算法的执行流程包含以下几个步骤,首先读取第一个脉冲幅度并定位一个平均窗口,读取成功后更新当前平均窗口的脉冲幅度和脉冲个数;第二步,读取下一个脉冲幅度,每次更新后即对平均窗口内的脉冲个数进行判断,当其小于预设的参数n时继续执行第三步,反之则执行第四步;第三步,继续读取下一个脉冲幅度;第四步,对相应平均窗口内的脉冲幅度进行平均,得出的平均数即为需要更新计数的道址,然后再对取平均值的窗口内脉冲幅度和脉冲个数进行清零。本文在理论推导部分研究了应用M PLA过程时原始概率密度函数(PDF)的转换,推导了应用MPLA后得到的概率密度函数的解析表达式,证明了MPLA概率密度转换后具有以下特征:(1)对称分布,MPLA保留了均值和对称性。(2)对于单峰对称分布,MPLA减少方差,锐化分布峰。在实验环节中,以铁矿样品为测量对象,将采用MPLA算法处理后的结果与传统的成谱方法得到的结果进行对比,结果表明在具有正态分布PDF的频谱峰值的典型情况下,即使仅对两个脉冲高度进行平均,变换后峰的FWHM也变窄。

摘要：为了克服传统弯曲晶体光谱仪存在检测的像差问题,基于衍射聚焦x射线特征能量谱范围、衍射光源位置、聚焦成像距离等关键的物理参数,设计了具有高光谱分辨力及宽光谱检测范围的多锥晶体x射线谱仪。从结构原理上讨论了该光谱仪的特点,研制完成了连续光滑的多锥表面x射线衍射聚焦弯曲晶体,通过单次x射线衍射聚焦诊断实验即能实现不同能量x射线无像差检测。对Ti的K_(α)与K_(β)射线光谱进行了多次衍射聚焦检测实验,获得了不同聚焦成像位置下的K_(α)与K_(β)特征谱线强度分布,并完成了光谱仪谱线聚焦能力与光谱分辨力分析。根据晶体对x射线聚焦程度与成像位置的关系,进行了不同聚焦成像位置处连续锥面光谱仪的聚焦性能分析,确定了最佳聚焦位置。实验结果表明:多锥晶体x射线光谱仪的聚焦能力得到显著提升,能谱检测范围可以覆盖4.51—5.14 keV,且在较大尺寸光源基础上仍能保证光谱分辨力达到600以上。

摘要：为了测量激光聚变产生的0.2～0.37 nm范围内的等离子体x射线,设计了一种基于空间和时间分辨的聚焦型弯晶谱仪.将在700℃时弯曲后的LiF(2d＝0.403 nm)晶体作为色散元件,布喇格衍射角的变化范围为30～67.5°,弯晶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.利用弯晶谱仪配x光CCD相机在星光Ⅱ激光(0.35 μm,60～80J,700 ps)装置上摄取了钛平面靶发射的x射线光谱,实验结果表明它的光谱分辨率能达到0.001 nm.

摘要：设计了可用于x射线成像用的聚焦型超环面晶体谱仪,讨论了基于布拉格几何结构的超环面及球面弯曲晶体聚焦特性,给出了基于超环面晶体x射线2维单能成像的光源、晶体及探测器的最佳位置,在中国工程物理研究院激光聚变研究中心进行了x射线背光成像实验。利用超环面弯曲晶体作为成像器件,其弧矢及子午平面的曲率半径分别为290mm及190mm,该曲面晶体具有极高的聚光效率。实验中利用x射线成像板获取了Cr的Kα射线辐射形成的金属栅格2维图像。实验结果表明,研制的超环面晶体能够用于x射线单能成像;分析图像的光谱信息可知,在弧矢方向的空间分辨力约为100μm,实验结论符合预期目标。

摘要：为了在聚爆装置上对目标靶进行光谱分析及成像诊断,设计了超环面晶体x射线成像系统。从理论上分析了Johann型弯曲晶体结构的成像像差,利用模拟软件对基于布拉格结构的弯晶系统进行仿真成像,研究布拉格角与成像空间分辨力的关系。采用Oxford射线管、x射线检测器及云母超环面晶体对金属网格进行了x射线背光成像实验,实验获得了网格的x射线图像及铜的Kα射线光谱,结果表明超环面晶体能够进行微米级的高分辩成像,也可用于检测x射线光谱。

摘要：介绍一种新颖的用于研究激光等离子体的掠入射光栅摄谱仪。掠入射光栅摄谱系统由三部分组成：掠入射光栅摄谱仪、四维精密微调装置和一个含光纤传象束、摄象机、监示器和激光准直仪等构成的瞄准系统。文中论述了掠入射光栅摄谱仪的光路设计、机械设计特点和性能实验结果。

摘要：根据椭圆几何光学和x射线晶体的布拉格衍射原理,进行了弯晶谱仪的光学设计.设计的椭圆离心率和焦距分别是0.958 6 mm和1 350 mm,椭圆的弧长是125.64 mm,光路的光程为1 443.30 mm;布拉格衍射角为30～67.5°,谱线探测角为55.4～134°;柱面镜的掠入射角为3.7°,半径为10 127 mm;谱线探测器的阴极面中心到狭缝的距离是35 mm.利用LiF、PET、MiCa和KAP晶体作色散元件,测量的波长范围是0.20～2.46 nm,晶体的尺寸是125 mm×8 mm×0.2mm.此外,将两个弯晶进行上下对称交叉和前后错开布置,减小了谱仪的尺寸和减轻了它的重量.