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：先进同步辐射硬X射线纳米探针的聚焦光斑尺寸可达到10 nm级,如上海光源硬X射线纳米探针线站,其对于聚焦光学元件调节机构的运动精度、稳定性、行程和荷载等都有严格的要求。针对同步辐射硬X射线Kirkpatrick-Baez(K-B)镜纳米聚焦系统超高稳定性的要求,设计并初步验证了一种基于直圆型一维线性运动的平行连杆柔性铰链机构。利用传统的弹性力学方法对柔性铰链结构进行力学分析,获得铰链结构的受力输入与位移输出的对应关系,采用有限元模拟对其进行验证。理论分析与有限元模拟结果一致,误差约2%。进一步通过有限元模拟分析了该柔性铰链机构在载荷情况下的稳定性。并对3D打印的柔性铰链机构样机进行了测试,该样机实现了0.2 mm运动行程,位置稳定性达到±1.1 nm(均方根误差)。分析和测试结果表明:本文设计的柔性铰链机构具备合适的行程、良好的动态特性和非常高的稳定性,将有助于在国内自主研发同步辐射纳米聚焦光学元件调节机构。

摘要：研究了上海硬X射线自由电子激光装置(SHINE)第三条波荡器线FEL-III的光源性能参数及其稳定性。FEL-III波荡器线可覆盖10~25 keV的光子能量,是SHINE目前三条波荡器线中光子能量最高的。在光源性能参数与稳定性的研究中,考虑了束流散粒噪声、束流初始横向位置和入射角抖动,以及四极铁的横向位置误差等因素,给出了比较清晰和明确的光源参数和稳定性的表现,这可为束线站和实验站的设计提供参考,也可为潜在的用户实验提供参考。

摘要：上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)目前正在进行二期线站工程建设,其中基于时间分辨的泵浦实验是线站工程的重要目标之一。高时间分辨率实验对于束团纯度的要求达到10^(-5)量级以上,纯度测量是关键技术之一。然而传统基于束流位置测量探头的逐束团电荷量测量系统分辨率仅能到10−4量级。基于时间相关单光子计数技术,在原有同步光诊断线上建立了束团纯度在线测量系统。为了验证和提高系统的性能,设计了评估实验,同时对系统进行了优化。测试结果表明:搭建的束团电荷量纯度测量系统,分辨率在分钟量级可达到10^(−7)量级。利用系统的高时间和纯度测量分辨率能力的优势,进行了束团纵向分布测量应用的探索,并对储存环的填充模式对束团纯度的影响进行了研究。

摘要：高重复频率的自由电子激光和低发射度的同步辐射衍射极限环光源对反射镜的热变形提出了更高的要求。针对上海硬X射线自由电子激光装置(SHINE)高热平均功率的特点和波前保持的需求,计算了第一条光束线中第一面反射镜M1在不同能量点下的热功率分布,并建立了有限元热学和结构耦合分析模型进行了M1的热变形计算和波前传播模拟。最终,采用多段冷却和复合使用的方式对反射镜冷却进行了优化设计,使得在入射光能量为7.0 keV、掠入射角为4.0 mrad的情况下的额定热功率从0.48 W提高到了3.06 W,工作重复频率提升了6.4倍。光学模拟结果显示,在其他不同特定能量点下额定热功率也有2.0~8.3倍的提升。

摘要：X射线自由电子激光(XFEL)脉冲时间诊断技术常用于实验站附近XFEL脉冲和配套激光的相对到达时间探测,是飞秒级XFEL泵浦探测实验的重要辅助技术,为XFEL和激光泵浦探测实验中两种脉冲对准提供参考信号.随着XFEL向高重频、短脉冲发展,对时间诊断中的诊断频率、泵浦样品和分辨率提出了更高的要求.该技术通过泵浦探测和光学互相关实现,当XFEL脉冲入射高带宽半导体样品瞬间,导致样品复折射率突变,使XFEL到达时间编码于突变空间.本文基于空间编码和光谱编码两种方法,研发设计了XFEL单脉冲到达时间诊断装置;并通过Beer’s吸收理论和原子散射理论对X射线与样品作用过程进行模拟,研究了该过程中X射线吸收与折射率突变的响应程度,完善了样品的分析选择模型;对光谱编码中的啁啾脉冲调制进行分析,得到色散介质和脉冲本征参数对诊断分辨率的影响.该研究对XFEL脉冲到达时间诊断装置的应用具有指导意义.

摘要：X射线吸收光谱(X-ray Absorption Spectroscopy,XAS)在材料科学、生物学、化学等领域有着广泛的应用。为了提高上海光源BL14W1光束线站同步辐射X射线吸收精细结构谱(X-ray Absorption Fine Structure spectroscopy,XAFS)的透射数据采集的效率,搭建了基于分布式数据采集节点和XAFS测试多样品架的数据采集系统。分布式数据采集节点采用了集成式设计,开放了底层系统,能够直接获取电压信号和编码器信号,并具有体积小、噪音小、成本低、易于维护等优点;XAFS测试多样品架提供了12个样品孔位,并可以远程控制其孔位切换。将两个硬件设备相结合搭建出新型数据采集系统,并提供了多样品自动筛选采谱的功能。采用LabVIEW编写的新数据采集系统与自动筛选采谱程序实现了多样品XAFS的自动筛选及高信噪比自动采集,大大提高了数据采集的效率,为整个线站的运行带来采谱效率大幅提高、成本降低、维护难度降低、占用空间减小等多方面的提升。

摘要：设计了一种基于荧光成像的X射线光束在线监测装置,用于上海光源硬X射线光束的实时在线监测。相较于现有位置监测器和气体电离室,该装置能实现2 kHz高速采集,具有实时监测光束位置、通量、尺寸以及重建入射光波前相对变化量的功能,且不会影响下游实验开展。该装置可用于光学器件和实验位置反馈,在超长和微纳聚焦光束线站将有很好的应用。在上海光源时间分辨超小角散射线站的USAXS和微聚焦SAXS实验站利用该装置开展在线监测实验,采集并分析了常用实验帧率下的光束稳定性数据,得到了该线站光束位置、通量、尺寸分布的时频域信号和入射波前的相对变化情况,验证了该装置的可行性。

摘要：相干X射线衍射成像方法是一种先进的成像技术,分辨率可达纳米量级.国际上大多数的同步辐射装置和自由电子激光装置都建立了该成像方法,并有将其作为主要成像技术的趋势.上海光源作为目前国内唯一的一台第三代同步辐射光源,尚未建立基于硬X射线的相干衍射成像实验平台.随着一批以波荡器为光源的光束线站投入使用,使得该方法的建立成为了可能.本文基于上海光源BL19U2生物小角散射线站,通过有效的光路设计,搭建了相干衍射实验平台,在12 keV和13.5 keV能量点均获得了硬X射线相干光束,并基于小孔衍射测量了入射光束的空间相干长度.该平台支持常规和扫描相干衍射实验模式,对小孔衍射图样及波带片扫描衍射图样实现了正确的相位重建,证明了该平台初步具备开展硬X射线相干衍射成像实验的能力.硬X射线相干衍射成像实验平台为国内首次建立,将为国内该实验方法的发展和应用提供有效的软硬件支持.

摘要：针对X射线波带片对大高宽比的应用需求,采用原子层沉积法在光滑的金属丝表面生长膜厚可高精度控制的多层膜环带结构,再利用聚焦离子束切片技术获得大高宽比的多层膜X射线波带片。采用复振幅叠加法设计了以Al2O3/HfO2分别为明环和暗环材料的X射线波带片,实验上利用原子层沉积在直径为72μm的金丝表面交替沉积了10.11μm的Al2O3/HfO2多层膜,环带数为356,总直径为92.22μm,最外环宽度为25 nm。通过聚焦离子束切割得到高为1.08μm、高宽比达43∶1的X射线多层膜菲涅耳波带片。该波带片应用于上海光源(BL08U1A)软X射线成像线站时,在1.2 keV X射线下实现聚焦成像功能,展现出利用该技术制备多层膜X射线波带片的潜力。