CN115931929A - 一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，包括光源、待测样品、狭缝、探测器和Johannsson弯晶；所述Johansson弯晶的衍射面的半径为R，且Johansson弯晶的衍射面与半径为R的罗兰圆弯曲重合；光源的出射点A位于罗兰圆的圆周上；出射光线被Johansson弯晶反射后在罗兰圆的平面焦点B处聚焦；在平面焦点B处放置待测样品，待测样品的后方设置有狭缝；被Johansson弯晶反射后在平面焦点B处聚焦；平面焦点B处聚焦的光束穿过待测样品后通过位于其后侧的狭缝，经过狭缝后的光束由探测器探测得到光束的光谱。本发明的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，具有提高集光效率和能谱分辨率、能获得高信噪比的吸收光谱信号等优点。
Description
技术领域
本发明涉及弯晶谱仪，特别是涉及一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪。
背景技术
弯晶谱仪作为托卡马克等离子体温度和旋转速度的重要测量手段，由于不依赖于中性束注入，尤其适合开展低或者无外部动量注入如射频波驱动等离子体旋转等托卡马克前沿物理问题。因此，在EAST、KSTAR、ALCATOR C-Mod和WEST等国内外多个重要托卡马克装置上配备或者正在发展的诊断手段，也是将来国际热核聚变实验堆ITER上的重要诊断。随着EAST等离子体参数的不断提升，对弯晶谱仪性能有了更高的要求。
聚焦型弯晶谱仪一般有三种：即Johann型、Johansson型和Von Hamos型。Johann型弯晶，将晶体的衍射面弯曲成曲率半径为2R的圆柱面，弯晶与半径为R的罗兰圆相切，光源1位于罗兰圆上，X射线被弯晶衍射后聚焦在罗兰圆上。Johansson弯晶是将曲率半径为2R的弯晶进行研磨与半径为R的罗兰圆相吻合。在Von Hamos型弯晶谱仪中，将晶体的衍射面弯曲成圆柱面，X射线源和探测器4位于圆柱的轴上，每一个波长的X射线经弯晶衍射后都聚焦成一个唯一的点。
现有的XAFS谱仪(X-ray absorption fine structure，X射线吸收精细结构)使用基于Johann型球面弯晶构建的弯晶单色系统，如附图1所示。Johann型球面弯晶7存在衍射面与罗兰圆6不重合，入射光打到衍射面不同位置时Bragg角不同。因此在平面焦点B处存在像差，能量分辨率变差。特别是在扩展边也就是Bragg角较小的情况下，能量分辨率急剧变差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，以使得XAFS谱仪消除像差并提高XAFS谱仪的能量分辨率。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪。
本发明的一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，包括光源、待测样品、狭缝、探测器和Johannsson弯晶；
所述Johansson弯晶的衍射面的半径为R，且Johansson弯晶的衍射面与半径为R的罗兰圆弯曲重合；
光源的出射点A位于罗兰圆的圆周上；出射光线被Johansson弯晶反射后在罗兰圆的平面焦点B处聚焦；
在平面焦点B处放置待测样品，待测样品的后方设置有狭缝；被Johansson弯晶反射后在平面焦点B处聚焦；平面焦点B处聚焦的光束穿过待测样品后通过位于其后侧的狭缝，经过狭缝后的光束由探测器探测得到光束的光谱。
进一步地，所述光源发射的出射光线为X射线。
进一步地，所述X射线为复色X射线。
进一步地，所述Johansson弯晶将复色X射线衍射成单色X射线。
进一步地，所述光源发射的出射光线入射到Johansson弯晶的任何点的晶面都满足Bragg条件。
进一步地，所述探测器为SDD探测器。
进一步地，所述出射光线经过Johansson弯晶的衍射面时均满足Bragg衍射条件
进一步地，所述所述光源为高亮度实验室X射线光源。
进一步地，所述所述光源为X射线管。
本发明的有益效果是：
本发明公开了一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，包括光源、待测样品、狭缝、探测器和Johannsson弯晶；所述Johansson弯晶的衍射面的半径为R，且Johansson弯晶的衍射面与半径为R的罗兰圆弯曲重合；光源的出射点A位于罗兰圆的圆周上；出射光线被Johansson弯晶反射后在罗兰圆的平面焦点B处聚焦；在平面焦点B处放置待测样品，待测样品的后方设置有狭缝；被Johansson弯晶反射后在平面焦点B处聚焦；平面焦点B处聚焦的光束穿过待测样品后通过位于其后侧的狭缝，经过狭缝后的光束由探测器探测得到光束的光谱。本发明的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，具有提高集光效率和能谱分辨率、能获得高信噪比的吸收光谱信号等优点。
本发明的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪主要包括四个模块，分别是X射线光源、Johansson弯晶单色器、待测样品和X射线探测器。使用高亮度实验室X射线光源，并采用Johansson弯晶构建高精度的弯晶单色器系统，提高集光效率和能谱分辨率；使用高灵敏度的X射线探测器，获得高信噪比的吸收光谱信号。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是基于Johann弯晶的XAFS谱仪的光学原理图；
图2是本发明的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪的光学原理图；
图3是本发明的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪的总体技术路线示意图；
图4为基于Johansson弯晶的XAFS谱仪的扫描机构运动示意图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，达到预期目的，以下结合附图和具体操作方法对本发明提出的一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其具体实施方式方法、特点以及功效，进行进一步的详细说明。在如下说明中，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，并不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
请参阅图2-3，本发明的一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，包括光源1、待测样品2、狭缝3、探测器4和Johannsson弯晶5；
所述Johansson弯晶5的衍射面的半径为R，且Johansson弯晶5的衍射面与半径为R的罗兰圆6弯曲重合；
光源1的出射点A位于罗兰圆6的圆周上；出射光线被Johansson弯晶5反射后在罗兰圆6的平面焦点B处聚焦；
在平面焦点B处放置待测样品2，待测样品2的后方设置有狭缝3；被Johansson弯晶5反射后在平面焦点B处聚焦；平面焦点B处聚焦的光束穿过待测样品2后通过位于其后侧的狭缝3，经过狭缝3后的光束由探测器4探测得到光束的光谱。
具体实施时，所述光源1发射的出射光线为X射线。
具体实施时，所述X射线为复色X射线。
具体实施时，所述Johansson弯晶5将复色X射线衍射成单色X射线。
具体实施时，所述光源1发射的出射光线入射到Johansson弯晶5的任何点的晶面都满足Bragg条件。
具体实施时，所述探测器4为SDD探测器。
SDD，silicon drift detector为硅漂移探测器。
具体实施时，所述出射光线经过Johansson弯晶5的衍射面时均满足Bragg衍射条件
具体实施时，所述所述光源1为高亮度实验室X射线光源。
具体实施时，所述所述光源1为X射线管。
如图2是基于Johansson弯晶的XAFS谱仪的光学原理图，Johansson弯晶5的衍射面与半径为R的罗兰圆6弯曲重合。X光源1的出射点A位于罗兰圆6上，出射光线经过Johansson弯晶5的衍射面时均满足Bragg衍射条件，被Johansson弯晶5反射后仍在罗兰圆6的平面焦点B处聚焦。在焦点B处放置待测样品2，光束穿过待测样品2后通过位于其后侧的狭缝3并由SDD探测器4探测得到光谱。
光源负责提供X射线：使用X射线管代替同步辐射光源。
Johansson弯晶负责将复色X射线衍射成单色X射线：其特征为光源发出的X射线入射到晶体的任何点的晶面都满足Bragg条件，并严格聚焦。
SDD探测器负责采集经过样品吸收后的X射线。
如图3是基于Johansson弯晶的XAFS谱仪的总体技术路线示意图，其中使用高亮度实验室X射线光源，并采用Johansson弯晶构建高精度的弯晶单色器系统，提高集光效率和能谱分辨率；使用高灵敏度的X射线探测器，获得高信噪比的吸收光谱信号。
图4为基于基于Johansson弯晶的XAFS谱仪的扫描机构运动示意图。在扫描过程中，罗兰圆直径保持不变，光源、弯晶和狭缝在罗兰圆上。通过扫描分光系统改变布拉格角进行连续扫描从而得到连续的吸收光谱。工作是第一次不带样品扫描，第二遍加上样品再扫描，系统对两次扫描得到的光谱进行处理从而得到吸收后的光谱。
本发明的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪主要包括四个模块，分别是X射线光源、Johansson弯晶单色器、待测样品和X射线探测器。使用高亮度实验室X射线光源，并采用Johansson弯晶构建高精度的弯晶单色器系统，提高集光效率和能谱分辨率；使用高灵敏度的X射线探测器，获得高信噪比的吸收光谱信号。
本发明中，使用Johansson弯晶之后，光源发出的X射线入射到晶体的任何点的晶面都满足Bragg条件，并严格聚焦。因此，相比于Johann弯晶谱仪，基于Johansson弯晶的XAFS谱仪消除了像差，提高了能量分辨率；该谱仪在扩展边小Bragg角时，仍具有较高的分辨率；基于Johansson弯晶的XAFS谱仪能够工作在小Bragg角状态，使得一个弯晶可以覆盖更多的元素，减少弯晶的使用。
本发明的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪。该谱仪消除了像差，提高了能量分辨率；该谱仪在扩展边小Bragg角时，仍具有较高的分辨率；基于Johansson弯晶的XAFS谱仪能够工作在小Bragg角状态，使得一个弯晶可以覆盖更多的元素，减少弯晶的使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其特征在于，包括光源(1)、待测样品(2)、狭缝(3)、探测器(4)和Johannsson弯晶(5)；
所述Johansson弯晶(5)的衍射面的半径为R，且Johansson弯晶(5)的衍射面与半径为R的罗兰圆(6)弯曲重合；
光源(1)的出射点A位于罗兰圆(6)的圆周上；出射光线被Johansson弯晶(5)反射后在罗兰圆(6)的平面焦点B处聚焦；
在平面焦点B处放置待测样品(2)，待测样品(2)的后方设置有狭缝(3)；被Johansson弯晶(5)反射后在平面焦点B处聚焦；平面焦点B处聚焦的光束穿过待测样品(2)后通过位于其后侧的狭缝(3)，经过狭缝(3)后的光束由探测器(4)探测得到光束的光谱。
2.根据权利要求1所述的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其特征在于，所述光源(1)发射的出射光线为X射线。
3.根据权利要求2所述的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其特征在于，所述X射线为复色X射线。
4.根据权利要求3所述的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其特征在于，所述Johansson弯晶(5)将复色X射线衍射成单色X射线。
5.根据权利要求1所述的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其特征在于，所述光源(1)发射的出射光线入射到Johansson弯晶(5)的任何点的晶面都满足Bragg条件。
6.根据权利要求1所述的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其特征在于，所述探测器(4)为SDD探测器。
7.根据权利要求1所述的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其特征在于，所述出射光线经过Johansson弯晶(5)的衍射面时均满足Bragg衍射条件。
8.根据权利要求1所述的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其特征在于，所述所述光源(1)为实验室X射线光源。
9.根据权利要求8所述的基于Johansson弯晶的XAFS谱仪，其特征在于，所述所述光源(1)为X射线管。
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| CN202211742227.4A CN115931929A (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 一种基于Johansson弯晶的XAFS谱仪 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116256380A (zh) * | 2023-05-15 | 2023-06-13 | 安徽吸收谱仪器设备有限公司 | 一种台式xafs测试装置 |
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