同步辐射聚焦光束能量带宽的检测方法
发布时间：2021-11-17 05:03
利用晶体高指数面的衍射消除了分析晶体带宽及聚焦光束角发散的影响,提出了聚焦条件下光束线能量带宽的检测方法。采用DuMond图解析了光束能量带宽的测量过程,并在上海光源硬X通用谱学线站搭建了检测系统。在相同能量和衍射角条件下,利用晶体的不同高指数面分别测量了聚焦光束的能量带宽;当光束能量为10 keV时,利用Si（555）测量了准直镜压弯过程中光束线能量带宽的变化,消色散配置时测得光束能量带宽最佳值为1.50 eV,与Shadow程序追迹计算的1.40 eV相比,差值控制在10%以内。结果表明,晶体的高指数面衍射可用于同步辐射聚焦光束能量带宽的高精度测量。
【文章来源】：光学学报. 2020,40(19)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
完美晶体衍射的DuMond图
上海光源储存环的特征能量为10.35 keV,通常选择10 keV 的能量对光束线的各项性能指标进行检测验收。以Si(111)作为分析晶体,在10 keV处测量光束线带宽的DuMond图,如图2所示,其中分析晶体与单色器晶体的消色散和色散的配置分别表示为(+m,-m)和(+m,+m),DCM表示双晶单色器。在消色散配置中,Si(111)分析晶体的衍射角与单色器晶体的衍射角大小相同,通过转动分析晶体,使分析晶体的窗口沿着出射光束窗口的短边运动,测量得到的结果为分析晶体的达尔文带宽与光束带宽的卷积。在分析晶体色散配置的DuMond图中,分析晶体与检测光束有大于90°的夹角,分析晶体的窗口沿着出射光束窗口的长边移动,摇摆曲线的测量结果为分析晶体达尔文带宽、光束带宽及光束发散角的卷积。上述分析结果表明,采用Si(111)作为分析晶体时,光束发散角影响色散配置下的摇摆曲线测量结果;在消色散和色散配置下,测量结果中都存在分析晶体达尔文带宽与光束带宽的卷积。2.2 晶体高指数面衍射
在光束线能量带宽的测量中,光束的发散角对结果的影响主要与晶体的衍射角相关。但是当光子能量为10 keV时,Si(111)晶体的高指数面(777)、(888)、(999)无法衍射出光,为了充分利用上述高指数面,需要选择更高能量的X射线。当Si(999)的衍射角为81.33°时,对应的光子能量是18 keV,且该能量在Si(111)单色器的工作能量范围内(5～20 keV),即光束线可以提供18 keV的单色光,在该能量下用DuMond图分析基于高指数面衍射测量得到的光束线带宽。图4为晶体在光子能量18 keV处的能量带宽和达尔文带宽,横轴为布拉格角,左右纵轴分别为能量带宽和达尔文带宽,其中曲线上各点从左往右依次对应单晶硅的(111)、 (333)、(444)、(555)、(777)、(888)、(999)指数面,图中还给出了Si(111)、Si(555)、Si(999)在18 keV处的反射率曲线。晶体的布拉格角随着晶体衍射面指数的增加而增大,Si(777)的达尔文带宽最低,晶体的布拉格角和达尔文带宽决定了晶体的能量带宽。根据(3)式计算得到的晶体能量带宽也是随着布拉格角的增加而降低,能量带宽降低的速率远大于达尔文带宽的降低速率,晶体的高衍射角是能量带宽降低的主要因素。最高指数面 (999)所对应的能量带宽为0.005 eV,远小于Si(111)晶体的带宽2.56 eV,因此Si(999)分析晶体可看作是准单色的分析器。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于同步辐射的硬X射线相位补偿镜的研究[J]. 田纳玺,蒋晖,李爱国,梁东旭,闫帅. 光学学报. 2020(09)
[2]多晶体光路配置的X射线衍射特性及在表征同步辐射光束线带宽上的应用[J]. 杨俊亮,李中亮,李瑭,朱晔,宋丽,薛莲,张小威. 物理学报. 2020(10)
[3]The protein complex crystallography beamline（BL19U1）at the Shanghai Synchrotron Radiation Facility[J]. Wei-Zhe Zhang,Jian-Chao Tang,Si-Sheng Wang,Zhi-Jun Wang,Wen-Ming Qin,Jian-Hua He. Nuclear Science and Techniques. 2019(11)
[4]基于Kirkpatrick-Baez镜聚焦的X射线小角散射显微层析成像[J]. 胡涛,滑文强,王玉丹,王玉柱,周平,洪春霞,边风刚,肖体乔. 光学学报. 2018(01)
[5]The XAFS beamline of SSRF[J]. 于海生,魏向军,李炯,顾颂琦,张硕,汪丽华,马静远,李丽娜,高倩,司锐,孙凡飞,王宇,宋飞,徐洪杰,余笑寒,邹杨,王建强,姜政,黄宇营. Nuclear Science and Techniques. 2015(05)
[6]北京同步辐射装置4B7B软X射线标定束线的性能研究及应用[J]. 易荣清,赵屹东,王秋平,郑雷,杨家敏,何小安,李朝光,江少恩,丁永坤,崔明启. 光学学报. 2014(10)
本文编号：3500253
【文章来源】：光学学报. 2020,40(19)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
完美晶体衍射的DuMond图
上海光源储存环的特征能量为10.35 keV,通常选择10 keV 的能量对光束线的各项性能指标进行检测验收。以Si(111)作为分析晶体,在10 keV处测量光束线带宽的DuMond图,如图2所示,其中分析晶体与单色器晶体的消色散和色散的配置分别表示为(+m,-m)和(+m,+m),DCM表示双晶单色器。在消色散配置中,Si(111)分析晶体的衍射角与单色器晶体的衍射角大小相同,通过转动分析晶体,使分析晶体的窗口沿着出射光束窗口的短边运动,测量得到的结果为分析晶体的达尔文带宽与光束带宽的卷积。在分析晶体色散配置的DuMond图中,分析晶体与检测光束有大于90°的夹角,分析晶体的窗口沿着出射光束窗口的长边移动,摇摆曲线的测量结果为分析晶体达尔文带宽、光束带宽及光束发散角的卷积。上述分析结果表明,采用Si(111)作为分析晶体时,光束发散角影响色散配置下的摇摆曲线测量结果;在消色散和色散配置下,测量结果中都存在分析晶体达尔文带宽与光束带宽的卷积。2.2 晶体高指数面衍射
在光束线能量带宽的测量中,光束的发散角对结果的影响主要与晶体的衍射角相关。但是当光子能量为10 keV时,Si(111)晶体的高指数面(777)、(888)、(999)无法衍射出光,为了充分利用上述高指数面,需要选择更高能量的X射线。当Si(999)的衍射角为81.33°时,对应的光子能量是18 keV,且该能量在Si(111)单色器的工作能量范围内(5～20 keV),即光束线可以提供18 keV的单色光,在该能量下用DuMond图分析基于高指数面衍射测量得到的光束线带宽。图4为晶体在光子能量18 keV处的能量带宽和达尔文带宽,横轴为布拉格角,左右纵轴分别为能量带宽和达尔文带宽,其中曲线上各点从左往右依次对应单晶硅的(111)、 (333)、(444)、(555)、(777)、(888)、(999)指数面,图中还给出了Si(111)、Si(555)、Si(999)在18 keV处的反射率曲线。晶体的布拉格角随着晶体衍射面指数的增加而增大,Si(777)的达尔文带宽最低,晶体的布拉格角和达尔文带宽决定了晶体的能量带宽。根据(3)式计算得到的晶体能量带宽也是随着布拉格角的增加而降低,能量带宽降低的速率远大于达尔文带宽的降低速率,晶体的高衍射角是能量带宽降低的主要因素。最高指数面 (999)所对应的能量带宽为0.005 eV,远小于Si(111)晶体的带宽2.56 eV,因此Si(999)分析晶体可看作是准单色的分析器。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于同步辐射的硬X射线相位补偿镜的研究[J]. 田纳玺,蒋晖,李爱国,梁东旭,闫帅. 光学学报. 2020(09)
[2]多晶体光路配置的X射线衍射特性及在表征同步辐射光束线带宽上的应用[J]. 杨俊亮,李中亮,李瑭,朱晔,宋丽,薛莲,张小威. 物理学报. 2020(10)
[3]The protein complex crystallography beamline（BL19U1）at the Shanghai Synchrotron Radiation Facility[J]. Wei-Zhe Zhang,Jian-Chao Tang,Si-Sheng Wang,Zhi-Jun Wang,Wen-Ming Qin,Jian-Hua He. Nuclear Science and Techniques. 2019(11)
[4]基于Kirkpatrick-Baez镜聚焦的X射线小角散射显微层析成像[J]. 胡涛,滑文强,王玉丹,王玉柱,周平,洪春霞,边风刚,肖体乔. 光学学报. 2018(01)
[5]The XAFS beamline of SSRF[J]. 于海生,魏向军,李炯,顾颂琦,张硕,汪丽华,马静远,李丽娜,高倩,司锐,孙凡飞,王宇,宋飞,徐洪杰,余笑寒,邹杨,王建强,姜政,黄宇营. Nuclear Science and Techniques. 2015(05)
[6]北京同步辐射装置4B7B软X射线标定束线的性能研究及应用[J]. 易荣清,赵屹东,王秋平,郑雷,杨家敏,何小安,李朝光,江少恩,丁永坤,崔明启. 光学学报. 2014(10)
本文编号：3500253
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