Xuepeng Sun 1,2,3Zhiguo Liu 1,2,3Tianxi Sun 1,2,3,*Longtao Yi 1,2,3[ ... ]Xunliang Ding 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 The Key Laboratory of Beam Technology and Materials Modification of the Ministry of Education, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
2 College of Nuclear Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
3 Beijing Radiation Center, Beijing 100875, China
4 Center for Disease Control and Prevention of Beijing, Beijing 100013, China
A tomography device based on a conventional laboratory x ray source, polycapillary parallel x ray lens (PPXRL), and polycapillary collimating x ray lens (PCXRL) is designed. The PPXRL can collect the divergent x ray beam from the source and focus it into a quasi-parallel x ray beam with a divergence of 4.7 mrad. In the center of quasi-parallel x ray beam, there is a plateau region with an average gain in power density of 13.8 and a diameter of 630 μm. The contrast of the image can be improved from 28.9% to 56.0% after adding the PCXRL between the sample and the detector.
340.0340 X-ray optics 220.0220 Optical design and fabrication Chinese Optics Letters
2015, 13(9): 093401
李坊佐 1,2,3,*刘志国 1,2,3孙天希 1,2,3易龙涛 1,2,3[ ... ]丁训良 1,2,3
1 北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室, 北京100875
2 北京师范大学核科学与技术学院, 北京100875
3 北京市辐射中心, 北京100875
利用毛细管X光透镜搭建了三维共聚焦微束X射线荧光谱仪, 处在激发道的多毛细管X射线会聚透镜和处在探测道的多毛细管X射线平行束透镜处于共聚焦状态, 该共聚焦结构降低了X射线荧光光谱的背底, 从而有利于降低的X射线荧光分析技术的探测极限。 在上述共聚焦结构中, 多毛细管X射线会聚透镜和多毛细管X射线平行束透镜的焦斑重合形成共聚焦微元, 探测器只能探测到来自该共聚焦微元内的X射线荧光信号, 当该共聚焦微元在样品移动时, 就可利用该共聚焦技术原位无损得到样品内部的三维X射线荧光信息。 该共聚焦技术使用的多毛细管X射线会聚透镜具有103量级的功率放大倍数, 从而降低了该共聚焦技术对高功率X射线源的依赖程度, 即利用低功率普通X射线源就可以设计毛细管X光透镜共聚焦X射线荧光技术。 利用上述共聚焦微束X射线荧光谱仪对两种岩矿样品进行三维无损分析, 在其中一种岩石中发现: Fe浓度大的区域Cu的浓度也大, 这在一定程度上反映了岩矿自然生长的机理。 实验结果证明: 该共聚焦X射线荧光技术可以在不破坏样品情况下分析岩矿样品中元素成分组成和元素三维分布情况。 该共聚焦三维微束X射线荧光技术在矿石勘察、 玉器选材和鉴别、 石质食用器皿、 “赌石”和家用石质地板检测等领域具有潜在的应用。
三维共聚焦微束X射线荧光 元素分布 原位无损分析 岩矿分析 Three-dimensional confocal micro X-ray fluorescenc Elemental mapping In-situ and non-distructive analysis Mineral analysis 光谱学与光谱分析
2015, 35(9): 2487
孙天希 1,2,3,*刘鹤贺 1,2,3刘志国 1,2,3彭松 1,2,3[ ... ]丁训良 1,2,3
1 北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室, 北京 100875
2 北京师范大学核科学与技术学院, 北京 100875
3 北京市辐射中心, 北京 100875
为了对胶囊类药品进行无损分析鉴别，利用两个多毛细管X光透镜搭建了共聚焦微束X射线荧光谱仪，两个处在共聚焦状态的透镜形成共聚焦微元，探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号，这有利于分别对胶囊壳和其内部药物进行原位无损元素分析，从而辨别它们的种类。分析了4种胶囊类药品对应的X射线荧光谱特征，从荧光谱图上可以看出不同胶囊类药品有不同的X射线荧光谱，对应不同的元素组成，所以可以利用胶囊内部药物对应的X射线荧光谱鉴别胶囊类药品的种类。实验证明，利用共聚焦微束X射线荧光技术可以在不破坏胶囊壳的情况下对胶囊类样品进行无损原位分析，该技术在胶囊类药品种类和真伪鉴别中具有潜在应用价值。
X射线光学 毛细管X光透镜 共聚焦微束X射线荧光 胶囊类药品 无损原位分析 孙天希 1,2,3,*刘志国 1,2,3彭松 1,2,3孙蔚渊 1,2,3丁训良 1,2,3
1 北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室, 北京 100875
2 北京师范大学核科学与技术学院, 北京 100875
3 北京市辐射中心, 北京 100875
全反射X射线光学器件在X射线显微技术中具有重要的应用，有关其焦斑极限的研究对该器件的设计者和使用者具有指导意义。利用海森堡不确定性原理研究了全反射X射线光学器件的焦斑极限。理论结果表明：全反射X射线光学器件的焦斑极限与器件的材料有关；利用镍金属、铅玻璃和硼硅酸盐玻璃制成的全反射X射线光学器件的焦斑极限分别为3.2、4.2和6.6 nm。
X射线光学 焦斑极限 海森堡不确定性原理 全反射X射线光学器件 中国激光
2013, 40(12): 1217001
北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室, 核科学与技术学院, 北京市辐射中心, 北京100875
头发中的元素与人的饮食和健康状况有关, 对头发中元素的分析, 不仅可用于刑事物证鉴别, 还可为疾病的预防和治疗提供依据, 因此, 如何检测头发中元素分布等信息倍受人们关注。 本文利用基于毛细管X光透镜和实验室普通X射线光源的共聚焦微束X射线荧光技术对单根头进行了无损扫描分析, 分析了单根头发中元素的空间分布。 在该毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术中, 毛细管X光会聚透镜的出口焦斑和毛细管X光平行束透镜的入口焦斑处在共聚焦状态, 从而形成共聚焦微元, 探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号, 降低了背底信号对X射线荧光谱的影响, 从而有利于提高该共聚焦X射线荧光技术的分析精度。 该共聚焦技术中采用了具有高功率密度增益的毛细管X光会聚透镜, 降低了该共聚焦X射线荧光技术对X射线光源功率的要求, 从而保证了该共聚焦技术可以采用实验室普通X射线光源, 降低了实验成本。 实验表明, 毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术在单根头发元素分布检测中具有应用价值。
共聚焦微束X射线荧光 毛细管X光透镜 头发 元素分布 Confocal micro X-ray fluorescence Polycapillary X-ray lens Hair Element distribution 光谱学与光谱分析
2013, 33(11): 3147
彭松 1,2,3,*刘志国 1,2,3孙天希 1,2,3李玉德 1,2,3[ ... ]丁训良 1,2,3
1 北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室, 北京100875
2 北京师范大学核科学与技术学院, 北京100875
3 北京市辐射中心, 北京100875
为了实现对薄膜和镀层材料厚度的微区无损分析, 利用多毛细管X光会聚透镜和多毛细管X光平行束透镜设计并搭建了普通实验室X射线光源的共聚焦微束X射线荧光测厚仪, 对该共聚焦测厚仪的性能进行了系统表征。 利用该测厚仪测定了厚度约为25 μm的Ni独立薄膜样品和压于硅基表面厚度约为15 μm的Ni薄膜样品厚度, 对应它们的相对测量误差分别为3.7%和6.7%。 另外, 还对厚度约为10 μm Ni薄膜样品的厚度均匀性进行了测量。 该共聚焦测厚仪可以对样品进行微区深度分析, 并且具有元素分辨能力, 从而使得该谱仪可以测量多层膜样品不同层的膜厚, 在薄膜和镀层厚度表征领域具有潜在的应用。
X射线光学 共聚焦测厚 毛细管X光透镜 X射线荧光 X-ray optics Confocal technology for measuring thickness Polycapillary X-ray lens X-ray fluorescence 光谱学与光谱分析
2013, 33(8): 2223
1 中国政法大学证据科学教育部重点实验室，北京 100088
2 北京师范大学核科学与技术学院， 北京 100875
塑料物证在案件分析中起着重要的作用，如何高效准确地辨别塑料的种类和来源是物证分析领域备受关注的技术。提出了利用塑料对应的“指纹”X射线能谱对塑料进行无损溯源分析的方法。为了得到塑料对应的“指纹”X射线能谱，研制了平行束毛细管X光透镜（PCXRL），设计了基于PCXRL和实验室普通X射线光源的X射线荧光谱仪，该谱仪的最小探测极限在1~35 ng/cm2的范围内，在17.4 keV时，PCXRL整个束斑的直径为3066 μm，整个束斑的放大倍数为12.7，在束斑中心有个强度均匀分布的“坪区”，该“坪区”的直径为570 μm，该处的放大倍数为47.5，这便于高效准确地对各种尺寸的塑料进行溯源分析。实验证明PCXRL在塑料物证鉴别技术中有着潜在的应用价值。
平行束毛细管X光透镜 塑料物证溯源 “指纹”X射线能谱 无损分析
1 北京师范大学核科学与技术学院， 北京 100875
2 中国政法大学证据科学教育部重点实验室， 北京 100088
3 北京市辐射中心， 北京 100875
提出了利用毛细管X光会聚透镜(CFXRL)提取潜指纹的方法特征X射线成像法。为了利用该法提取潜指纹，设计了基于CFXRL和实验室普通X射线光源的微束X射线荧光谱仪，CFXRL的焦斑直径和放大倍数分别为32.2 μm和2940。这便于在高空间分辨下测量潜指纹中化学元素对应的特征X射线，从而实现快速获取潜指纹的目的。另外，特征X射线成像法还可以判断指纹所有者在留下指纹前接触过的物质种类，这对刑侦鉴别也具有重要的应用价值。实验证明，CFXRL在潜指纹提取中存在着潜在的应用价值。
X射线光学 毛细管X光会聚透镜 微束X射线荧光成像 潜指纹
北京师范大学 射线束技术与材料改性教育部重点实验室,北京师范大学核科学与技术学院,北京 100875
利用高精度光纤拉丝塔制作了高品质的锥管,并且对锥管的束斑大小、传输效率和增益因子进行了测量。测量结果表明,锥管的束斑大小可以达到20 μm以下,在8.04 keV处,锥管的传输效率为13.86%,距离锥管出口端2.5 mm处,增益因子为85。同时,还利用光线追迹软件shadow对锥管的束斑大小、传输效率和增益因子进行了理论模拟,理论模拟结果与实验中测量的结果符合得较好。测试结果表明,利用锥管会聚X射线,可以得到比目前经常使用的X光透镜更小的束斑。
X射线光学 锥形单毛细管 束斑尺寸 传输效率 增益因子
1 北京师范大学 射线束技术与材料改性教育部重点实验室核科学与技术学院 北京市辐射中心,北京 100875
2 中国科学院 高能物理研究所,北京 100039
3 Department of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Osaka City University, Sugimoto 3-3-138, Sumiyoshi-ku Osaka 558-8585, Japan
建立了应用导管X光透镜的掠出射微区X射线荧光分析系统,并将该系统应用于纳米薄膜的分析。为了提高入射X射线的强度并提高系统的空间分辨率,选用焦斑为41.7 μm的会聚透镜对原级X射线进行会聚,并在探测器前加上50 μm的狭缝以提高掠出射角扫描的角度分辨率。为了提高工作效率,编写了该系统的自动控制软件,实现了样品的自动扫描。利用该系统对采用金属蒸汽真空电弧(MEVVA)源离子束和薄膜沉积技术制备的纳米薄膜进行了掠入射X射线荧光和二维扫描分析。实验结果表明:该系统能有效地分析纳米厚度的薄膜,通过对薄膜进行掠出射角扫描分析和表面的二维扫描分析,得到了薄膜的厚度,密度及均匀性等信息。微区分析的空间分辨率可达到41.7 μm,实际空间分辨率为扫描步长50 μm。系统可用于分析薄膜样品,且荧光强度高,所需时间短,获得的信息全面丰富,数据可靠。
毛细管X射线光学器件 掠出射X射线荧光 全反射 薄膜分析 polycapillary X-ray lens Grazing Exit X-ray Fluorescence (GE-XRF) total reflection film analysis
