X射線高分辨率多層膜設(shè)計(jì)、制作與檢測(cè)方法研究中文摘要

高分辨率和高通量X射線單色器在X射線晶體衍射、X射線熒光分析、激光稠密等離子體診斷和X射線天文學(xué)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。周期可調(diào)的多層膜不但能填補(bǔ)傳統(tǒng)光柵與天然晶體之間的波段空隙，而且具有光通量大、性能穩(wěn)定、成本低和測(cè)量時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。但其最大限制是光譜分辨率低，因此，如何在保證多層膜反射率不變的情況下盡量提高多層膜光譜分辨率成為這一領(lǐng)域內(nèi)新的研究熱點(diǎn)。高分辨率多層膜的研制將開(kāi)創(chuàng)一些新的實(shí)驗(yàn)方法，如用其構(gòu)成的單色器在保證光譜分辨率的前提下，大大提高了X射線強(qiáng)度，使得測(cè)量蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更加快速。本項(xiàng)目擬開(kāi)展X射線高分辨率多層膜設(shè)計(jì)、制備與檢測(cè)方法研究，探索高光譜分辨多層膜的選材原則和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，優(yōu)化多周期數(shù)小周期多層膜制作的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，探尋高光譜分辨X射線多層膜結(jié)構(gòu)和性能的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)高光譜分辨X射線多層膜的研制，為我國(guó)同步輻射和激光稠密等離子體診斷實(shí)驗(yàn)等需求的單色器元件研制提供堅(jiān)實(shí)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

針對(duì)我國(guó)同步輻射與激光等離子診斷實(shí)驗(yàn)對(duì)高分辨率X射線多層膜的需要，系統(tǒng)開(kāi)展了高分辨率多層膜反射鏡的設(shè)計(jì)、制備以及檢測(cè)方法研究等。設(shè)計(jì)1～25 keV工作能量范圍的高分辨率多層膜；通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)研究，解決了多層膜沉積速率修正、界面粗糙度、納米超薄多層膜的膜厚控制、應(yīng)力等難題，掌握了X射線高分辨率多層膜制作的關(guān)鍵技術(shù)；建立了高分辨率多層膜性能的評(píng)價(jià)體系。特別是在沉積速率校正，界面平滑層研究，納米薄膜標(biāo)記層方法研究等方面取得了創(chuàng)新成果，解決了關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)難題，制備了W/Si,Cr/C,W/B4C, WSi2/Si等一系列高分辨率多層膜單色器，取得了一系列研究成果。 采用WSi2/Si材料組合，研制了周期厚度2.2nm，膜對(duì)數(shù)N=300對(duì)的高分辨率多層膜單色器，在8keV的反射率為38%，分辨率為0.98%，接近理論值0.77%。采用B4C作為平滑層，顯著改善了Cr-Ti界面材料之間的擴(kuò)散，成功把超薄膜層推進(jìn)到1.0nm以下，實(shí)現(xiàn)了周期厚度只有1.38nm，膜對(duì)數(shù)600對(duì)的超薄高分辨率Cr/Ti多層膜制備，而且多層膜的熱穩(wěn)定性顯著提高，同步輻射反射率測(cè)量、電子顯微鏡測(cè)試與退火實(shí)驗(yàn)證明了膜層結(jié)構(gòu)的顯著改善。采用標(biāo)記層方法，成功解決了上千層，幾十微米厚的多層膜中每一層薄膜的精確定位。成功制備了周期厚度D分別為1.03nm，1.12nm,1.24nm和1.77nm的超薄W/B4C多層膜，在英國(guó)Diamond同步輻射光源與國(guó)外同類多層膜元件對(duì)比測(cè)試了1.24nm和1.77nm多層膜，結(jié)果優(yōu)于或相當(dāng)國(guó)際同行。為我國(guó)北京同步輻射實(shí)驗(yàn)室4W1B光束線研制了15keV的高分辨率多層膜單色器，已經(jīng)安裝在光束線上應(yīng)用；為激光等離子體診斷實(shí)驗(yàn)研究，提供了2.5keV和3.0keV的高分辨率多層膜單色器，獲得成功應(yīng)用，替代了進(jìn)口元件。 本項(xiàng)目的研究成果為我國(guó)同步輻射和激光稠密等離子診斷等實(shí)驗(yàn)需要的高分辨率多層膜元件研制提供堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，并在X射線天文觀測(cè)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。 2100433B

怎樣根據(jù)需要去購(gòu)置合適的，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的X射線探傷機(jī)，就必須正確地選擇X射線探傷機(jī)。一般選擇X射線探傷機(jī)都要考慮穿透能力、X射線管焦點(diǎn)大小、被檢工件形狀等。

X射線探傷機(jī)的穿透能力取決于X射線探傷機(jī)的容量，既X射線探傷機(jī)的管電壓，管電壓愈高，X射線愈硬，能量愈大，穿透能力就愈強(qiáng)，穿透能力與管電壓平方成正比。另外，在相同的管電壓下，還與被檢驗(yàn)工件的材質(zhì)的密度等性質(zhì)有關(guān),也就是與被檢驗(yàn)工件對(duì)X射線的衰減能力有關(guān)。對(duì)于鋼鐵等重金屬以及較厚的工件，由于其對(duì)X射線的衰減能力較強(qiáng)，故應(yīng)選擇管電壓較高的X射線探傷機(jī)；而對(duì)于鋁、鎂等輕金屬和較薄的工件，可以選擇管電壓較低的X射線探傷機(jī)。

對(duì)于圓形的工件，如鍋爐簡(jiǎn)體或容器上的環(huán)焊縫，應(yīng)首先考慮選擇周向曝光的射線探傷機(jī)，以提高工件效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少放射線損傷。

對(duì)于工件較小，移動(dòng)方便的，可選用移動(dòng)式探傷機(jī)（固定式）X射線探傷機(jī)，而對(duì)工件笨重或高大設(shè)備，移動(dòng)不方便，可選用攜帶式X射線探傷機(jī)。

X射線探傷機(jī)英文名稱X-ray Flaw Detector