CN1603787A - 具有原子分辨率的x射线全息图的球面立体记录方法 - Google Patents

Abstract

一种具有原子分辨率的X射线全息图的球面立体记录方法，包括以下步骤：在暗房中，将硬X射线软片贴在一个半球体空心内侧，该半球体的半径为15厘米；将待测原子像的样品放置在带有硬X射线底片的半球体正中心；在贴有硬X射线底片的半球体和样品之间，放置一个硬X射线带通滤波器；接通同步辐射源，X射线照射待测样品，让底片曝光；将曝光好的底片进行显影、定影、冲洗、晾干；将曝光好的底片展平，用黑度计扫描获得数字图像数据，进入计算机进行数字重构，可获得原子分辨率的原子像。

Description

具有原子分辨率的X射线全息图的球面立体记录方法

技术领域

本发明涉及X射线全息，特别是一种具有原子分辨率的X射线全息图的球面立体记录方法，它在观察原子三维结构方面有着很大的应用。

背景技术

物质的原子或分子的三维排列的结构信息是物理学、材料学、化学、生物学的基础。近一个世纪以来，科学家们致力于寻求确定物质的三维结构的方法，希望能够看到物质内部的原子是如何排列的。

全息成像的分辨率受限于两个因素，当光源为球面波时，受限于光源的波长和光源的尺寸；当光源为平面波时，受限于光源的波长和探测器的分辨能力。要想获得更高的全息成像分辨率，要求光源的波长更短，光源尺寸更小或者探测器的分辨能力更高。这两个因素阻止了研究人员用全息的方法在原子水平上观测样品内部的三维结构。

为克服传统全息术的成像分辨率所受的限制，Szke在1986年提出了内源全息术的概念。样品内部的原子受到来自外部的硬X射线源激发后，发射出荧光。把这个受激发的原子发出的荧光作为光源，直接到达探测器的荧光(作为参考波)和经邻近原子散射后到达探测器的荧光(作为物波)发生干涉，探测器在4π立体角范围内记录干涉信号，即得到一张发光原子周围的所有散射原子的全息图，利用计算机数值法对全息图进行重构，就能够获得荧光原子周围的邻近原子在实空间的三维分布情况，这种全息成像方法因为把样品内部的荧光原子看作光源，所以被称为内源全息术。

根据光学中的光路可逆原理，光源和探测器的位置在光路中可以互换。Gog将光路可逆原理应用于内源全息术，一部分直接到达发光原子的X射线作为参考光，另一部分经过近邻原子散射后到达发光原子的X射线作为物光。两部分X射线会在发光原子所在区域产生干涉相长或相消的场，激励原子发出荧光，其荧光强度与干涉场强度成正比。所以采集原子发光信号，就能探测到干涉信号，围绕样品在4π立体角改变外部X射线的入射方向，就能记录与内源全息图相同的全息图。因为发光原子在样品内部作为探测干涉场的探测器，所以这种全息术叫做内探测器全息术，也称逆全息术，而内源全息术则称为正全息术。

内源全息术和内探测全息术的成像装置都由5部分组成：X射线源、带通滤波器、样品、二维转动平台和检测器。通常极角θ和ψ的工作范围：0°＜θ＜180°，而0°＜ψ＜360°，只是两者在实验操作上有所不同。对于内源全息来说，原理上要求入射X射线方向不变及样品保持固定，外部探测器在围绕样品的整个4π立体角范围内探测荧光强度，即可获得完整的一张球面的全息图。但是在实际的实验操作中，为了操作方便起见，采取将样品绕水平轴旋转方位角φ(0≤φ≤2π)，而外部探测器绕竖直轴旋转方位角θ(0≤θ≤π)，方位角和极角每隔一定角度间隔取样一次，当取样完全时，就可以得到一张完整的荧光全息图。对于内探测器全息来说，则要求入射X射线源在围绕样品的整个4π立体角范围内旋转，样品和探测器保持固定。但在实际操作中，因为使用的同步辐射X射线源，要使入射光源在4π立体角范围内旋转是不可能的。因此常常采取将样品与探测器一起绕竖直轴旋转极角θ(0≤θ≤π)，此外样品还绕水平轴旋转方位角φ(0≤φ≤2π)。

显然拍摄一张全息图，如果极角和方位角取样步长都为1°的话，那么要记录180×360＝64800个信息，显然这是极不方便的一件事，即使这样，取样数据也是不连续的，如果X射线源不稳定，给实验工作带来极大困难。

发明内容

本发明针对上述在先技术中存在的缺点，提出一种具有原子分辨率的X射线全息图的球面记录方法，这种方法非常简单，却很有效。

本发明的技术解决方案如下：

一种具有原子分辨率的X射线全息图的球面立体记录方法，包括下列步骤：

1)在暗房中，将硬X射线软片贴在一个半球体空心内侧，该半球体的半径为15厘米；

2)将待测原子像的样品放置在带有硬X射线底片的半球体正中心；

3)在贴有硬X射线底片的半球体和样品之间，放置一个硬X射线带通滤波器；

4)接通同步辐射源，X射线照射待测样品，让底片曝光；

5)将曝光好的底片进行显影、定影、冲洗、晾干；

6)将曝光好的底片展平，用黑度计扫描获得数字图像数据，进入计算机进行数字重构，可获得原子分辨率的原子像。

本发明的技术效果如下：

在实际工作中，如采用可移动分度记录的方法，要求一个高精度带有刻度的二维转动平台进行记录，拍摄一张全息图至少要记录64800次，并且是不连续的。采用本发明的方法，一次即可成功，效率高、方便，精度也高。

具体实施方式

一种具有原子分辨率的X射线全息图的球面记录方法，包括以下步骤：

1.在暗房中，将硬X射线软片，贴在一个半径为15厘米的空心半球体内侧，该硬X射线软片可在市场上购到，如Kodak底片；

2、将待测原子像的样品放置在带有硬X射线底片的半球体正中心；

3、在贴有硬X射线底片的半球体和样品之间，放置一个硬X射线带通滤波器；

4、接通同步辐射源，X射线照射待测样品，让底片曝光；

5、将曝光好的底片进行显影、定影、冲洗、晾干；

6、将曝光好的底片展平，用黑度计扫描获得数字图像数据，进入计算机进行数字重构，可获得原子分辨率的原子像。

Claims (1)

1、一种具有原子分辨率的X射线全息图的球面立体记录方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在暗房中，将硬X射线软片贴在一个半球体空心内侧，该半球体的半径为15厘米；

2)将待测原子像的样品放置在带有硬X射线底片的半球体正中心；

3)在贴有硬X射线底片的半球体和样品之间，放置一个硬X射线带通滤波器；

4)接通同步辐射源，X射线照射待测样品，让底片曝光；

5)将曝光好的底片进行显影、定影、冲洗、晾干；

6)将曝光好的底片展平，用黑度计扫描获得数字图像数据，进入计算机进行数字重构，可获得原子分辨率的原子像。