射线源

2013年8月6日，在2013年显微镜&显微分析会议上，布鲁克宣布推出两款电镜附件：新型XSense&trade 平行光束波长色散X射线光谱仪(WDS)，XTrace&trade 微焦斑X射线源。XSense&trade WDS　　XSense&trade WDS可用于扫描电子显微镜(SEM)的元素分析。XSense&trade WDS专为介于100和3600 eV的低能量分析而设计，其能量分辨率可低至4eV，可分辨紧邻的X射线，以及微量元素检测。XTrace&trade 微焦斑X射线源 　　XTrace&trade 微焦斑X射线源可用于扫描电镜系统，并结合布鲁克的能谱检测器，实现微束X射线荧光分析。同电子束激发X射线光谱法进行元素分析相比，微束X射线荧光光谱仪的检测下限要低20-50倍，尤其是对于中高能量范围的光谱分析，增加了样品中痕量元素分析的能力。　　XSense WDS以及Xtrace微焦斑X射线源均可通过ESPRIT 2.0软件进行操作。该软件在同一个用户操作界面集合了EDS, WDS, EBSD和微束XRF分析。ESPRIT2.0不仅能够直观的引导四个操作方法，而且还提供了四种分析数据间结合分析的可能性，以获得更高的定量分析精度。　　布鲁克纳米分析部门总裁Thomas Schü lein表示：&ldquo 随着两样新产品的问世，我们现在可以为用户提供前所未有的选择，大大提高他们的扫描电镜的分析能力。作为我们用于微米级及纳米级分析的QUANTAX系统的组成部分，这两个新产品通过全光谱能量范围的分析，用来提升扫描电镜的分析特性和灵敏度度。 XSense WDS适用于低能量区，及轻元素的光谱分析，Xtrace特别适合用于中高能量区域的分析。我们非常自豪布鲁克现在是唯一可以同时提供EDS, WDS, EBSD, Micro-XRF and Micro-CT等5种技术的生产商。由于这些附件全部整合在我们的新型ESPRIT 2.0软件集，研究人员现在可以通过软件对这些方法的分析数据进行整合。现在我们的QUANTAX 系统已成为利用电镜进行综合材料表征的多功能分析工具包。&rdquo （编译：秦丽娟）

中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)光物理重点实验室张杰研究组的陈黎明研究员等，与日本原子力研究所合作在激光硬X射线源研究方面取得重要进展。研究成果发表在Physical Review Letters 104, 215004(2010)上。　　飞秒脉冲强激光与靶物质相互作用时，产生的超热电子通过K壳层电离辐射和轫致辐射产生硬X射线。由于此种X射线源在理论上具超快的特点，非常适合对物质进行飞秒时间分辨的动力学探针，加上其微小的X射线发射源尺寸，极低的建造成本，比拟甚至高于同步辐射源的源峰值亮度，成为第三代同步辐射光源之外的最具应用价值的补充光源，具有在医学、生物学和材料学等方面的极大的应用前景，因此成为国际上相关领域研究热点之一。　　但是实际应用中现有的激光X射线源都表现出信噪比差等缺点，造成能实际利用的K光子总额较少，大量的能量包含在连续的轫致辐射本底中，极大地降低了成像的对比度 同时由于电子在靶材料中反复多次震荡或长程输运和碰撞，使产生的X射线辐射的时间宽度都在皮秒甚至纳秒量级，造成这些激光X射线源在原子分子学和材料学中的应用受到极大限制，基于激光的硬X射线源的实际应用价值大打折扣。因此，如何有效控制和优化激光硬X射线的产生效率、单色性和脉冲宽度是一个值得研究、亟待突破的课题。　　陈黎明研究员及其合作者继利用高对比度激光与固体靶相互作用产生了低本底、高转换效率的Ka射线源【Physical Review Letters 100, 045004(2008)】之后, 为了进一步提高上述各种参数以产生更强，单色性更好的X射线源，采用了高对比度的飞秒激光脉冲与小尺寸气体团簇相互作用。这项工作是基于前期的实验观察【Applied Physics Letters 90, 211501(2007)】之上的，最新的结果将光子产额有提高了一个量级。　　目前国际上利用团簇的研究均普遍采用普通对比度的激光，由于这类激光脉冲有强的预脉冲，为保持团簇在主脉冲到来时依然具有能引起线性共振的临界密度，往往采用大尺度的团簇。这样，在团簇中产生的超热电子在团簇中多次碰撞产生大量的连续本底，并且由于大尺度团簇膨胀的整体不均匀性，使K壳层X射线的能量转换效率很低(～10-6)。最新研究在实验中利用了高对比度的激光防止了团簇的先期膨胀，再利用激光强电场驱动纳米级尺寸的团簇在相互作用中的非线性共振机制，这种机制的特点是团簇电子只在激光电场和电荷分离场的共同作用下运动，这些电子的共振将只在脉冲的前几个周期内激发，激光脉冲过后电子能量迅速消失，所产生的X射线源具有10飞秒量级的时间分辨 同时，共振加热的电子是和纳米尺度的团簇碰撞，不会产生高能轫致辐射本底 另外，研究人员还在实验中成功地实现了团簇的非线性共振和线性共振加热之间的相互转换，得到清晰的相互作用物理图像。　　由于他们在实验中产生了高信噪比、极短的K壳层X射线源，比较彻底地克服了前述激光X射线源的不利因素。这将极大地推动此领域的发展并确立基于激光的X射线源在超快研究中真正的实际应用价值和地位。　　本项目得到中科院、国家自然科学基金、973国家基础研究计划和863高技术研究计划的支持。

液态金属靶X射线源产品简介 Excillum公司位于瑞典首都斯德哥尔摩，是一家致力于研发、生产超高亮度微焦斑X射线光源的公司。经过十余年的研发与改进，Excillum掌握了先进的液态金属射流(MetalJet) X射线光源技术，这项新技术能够带来10倍于普通固体阳极X射线光源所发射的X射线通量（在相同焦斑面积上）。正因为液态金属射流能够承受更高功率电子束的轰击，因而可以得到更高的X射线通量，传统微焦斑X射线发生器中的固体金属阳极正在被液态金属射流所取代！ 主要应用 成像 散射/衍射光谱学/荧光特性 产品特点 • 极微聚焦源• 可选的快门• 卓越的焦斑品质• 可选的双端口模式• 最低的和可预见的维护成本• 用户可调的焦斑尺寸和长宽比• LaB6长寿命阴极• 非常稳定的X射线发射和光斑位置• 友好的图形用户界面• 低的总消耗功率• 集成防辐射屏• 可调的出射角• 无需额外冷却水• 可以使用电脑进行远程操作主要参数靶材1镓或铟贵金属合金最小焦斑尺寸~ 5 μm靶类型液体射流发射稳定性3 1%电压21-70kV/160KV空间稳定性3 1 μm功率20-250 W最小焦物距418 mm最大电流4.3 mA光束角513°/30°技术介绍 1、 液态金属射流(MetalJet) X射线光源比常规固体金属阳极光源能得到更高的X射线通量 常规固体金属阳极液态金属阳极 2、功率负载能力 功率负载能力所有电子轰击型X射线发生器的X射线强度都受限于阳极材料的热量承载能力。在传统固体阳极技术中，为了避免阳极损坏,其表面的工作温度必须远低于靶材的熔点，因此靶材的各种物理性质，如熔点、导热系数等极大地限制了电子束功率的范围。液态金属阳极则大为不同，因为那些防止靶材熔化的措施都不须要了，这得益于靶材本身已处于熔化的状态以及其不断自再生的特点。完好如初的液态靶材以接近100m/s的速度在腔体内循环。由于阳极不断地自再生，电子束对靶材的损坏将微乎其微。极高的亮度某种程度上，微焦斑X射线发生器的功率承载能力大致与焦斑的直径而不是面积成比例。因此，光源的亮度反比于焦斑的直径。 通过将极高的功率承载能力以及极小的电子束焦斑相结合，液态金属射流光源能够在微米级的焦斑上实现空前的高亮度。 3、液态金属的X射线光谱 为了得到不同的X射线发射谱线，我们使用了不同的金属合金。对于第一代的MetalJet光源，其特点在于靶材在室温附近就已经熔化。但为了得到多样的特征谱线以代替现有的常规固体阳极，在将来我们还将开发更多种类的合金材料，即使它们的熔点会更高。镓(Ga)合金 目前可选的有富含镓(Ga)的合金。其Kα发射谱线能量为9.2keV, 对应波长约为1.35埃米, 类似于铜靶的Kα波长。铟(In)合金 同样可选的还有富含铟（In）的合金。其Kα发射谱线能量为24.2keV，对应波长约为0.51埃米，类似于银靶的Kα波长。 4、焦斑质量和尺寸 焦斑质量 归功于先进的电磁聚焦、光路校正技术以及高亮度LaB6阴极，高质量的电子束焦斑得以实现，将其与连续再生的光滑液态靶材表面相结合，整个光源便能产生超高质量的X射线焦斑。可调的尺寸 焦斑的尺寸与高宽比均可被自由调整5、光源的稳定性 光源有着相当高的空间稳定性。图为附加在光源上的针孔相机所拍摄的焦点位置分布图，如其所示焦斑在24小时内距中心的标准偏差在0.1μm以下。部分应用案例 1、 散射/衍射▆ 小角度X射线散射（SAXS）—金属材料和胶体 斯洛伐克科学院和斯洛伐克理工大学纳米诊断中心的研究人员在一种应变仪上进行原位测试，由SAXS监控，其中液态金属射流的高亮度允许进行非常快的数据收集，具有10秒的时间分辨率。 ▆ 小角度X射线散射（SAXS）—生物学 研究人员利用配备了SAXS的MetalJet仪器，研究了Bcl- xL蛋白。蛋白质在使用温和的洗涤剂处理后研究了由螺旋α6-α8两单体之间的三维区域交换产生的二聚体的形成。 2、X射线光谱学/荧光学▆ 基于液态金属射流源（MetalJet）的HAXPES-Lab(a) 用于晶体管和二极管制造的单氧化物结构 (b-f) 用HAXPES-Lab仪器测量核心层。3、X射线成像▆ 相位对比成像 一个简单的例子，说明通过物体的相移如何扰动波前。波前不能直接测量，但在这里转换成一段距离的强度变化。对比度来自吸收和相位。相移带来的边缘增强在所有轮廓上都很明显。 国内部分用户单位首都师范大学、复旦大学、中科院上海有机化学研究所、南京大学、西北大学、华南理工大学、中科院福建物质结构研究所、香港大学、中山大学，上海科技大学...... 创新点：1、采用先进的先进的液态金属射流(MetalJet) X射线光源技术；2、在相同焦斑面积上，可产生10倍于普通固体阳极X射线光源所发射的X射线通量；3、可以更容易地测量和研究非常弱的衍射效应,如固有的不公度,漫散射样品,准晶体和高压样品等。液态金属靶X射线源