《基於梯度周期多層膜的X射線掠入射聚焦系統研究》是依託同濟大學，由穆寶忠擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於梯度周期多層膜的X射線掠入射聚焦系統研究
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：穆寶忠
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
多層膜聚焦系統能將常規X光管發出的輻射聚焦成高亮度的單色X射線，可以用常規光源完成過去只能在同步輻射上進行的研究，也可實現同步輻射X射線的幾十納米甚至幾納米的聚焦。近年來，多層膜聚焦系統正成為一種新型的X射線分析工具，在晶體結構分析等前沿領域獲得重要套用，同時也是X射線衍射儀器研發的熱點；我國在多層膜元件和X射線光學系統方面雖有涉獵，但還沒有全面開展過多層膜聚焦系統的研究，制約了我國發展自己的帶微聚焦系統的X射線分析設備。因此，本項目對於我國的X射線分析研究、同步輻射的納米級聚焦以及X射線衍射儀的研發具有重要的意義。研究的重點包括：解決超光滑橢圓柱面基板的製作方法與工藝，研製梯度周期多層膜以克服鏡面不同位置的掠入射角變化，摸索X射線掠入射系統的超高精度裝調技術。在突破以上關鍵技術基礎上，研製出我國第一台X射線多層膜掠入射聚焦系統樣機，為我國的X射線分析設備和同步輻射納米聚焦的發展奠定基礎。
結題摘要
高亮度的X射線光源是現代物質微結構分析的重要工具，廣泛套用於材料、生命、環境、物理、醫藥、地質等學科領域。同步輻射光源雖然性能優異，但體積龐大，建造昂貴，且使用機時有限，給許多實驗的開展帶來了不便。因此，本項目旨在研製基於多層膜光學的X射線聚焦光學系統，利用小功率的X射線光管獲得高亮度的單色X射線，滿足實驗內的X射線衍射分析要求。按照項目任務書要求，開展了X射線光學系統的光學設計、X射線橫向梯度多層膜、X射線超光滑非球面反射鏡、X射線光學系統裝調等研究工作，研製出X射線微聚焦系統樣機，並開展了演示性實驗。（1）X射線Montel型KB光學系統設計：通過初始結構光學關係分析，明確了工作能點、橢圓柱面長短半軸，反射鏡口徑、放大倍數等各參數間的關係；分析了正交非球面反射鏡的間隙損失；建立了Montel系統的光學模型。利用此模型，確定了針對Cu（8.04keV）和Mo（17.44keV）以及Ag（22.1keV）的Kα特徵譜的系統結構參數。建立了仿真模擬程式，模擬了擴展光源對應的聚焦斑的變化，給出了焦斑平均強度、焦斑均勻性、焦斑位置、發散度的模擬結果。（2）橫向梯度周期多層膜技術研究：利用課題組現有的基板行星轉動的磁控濺射鍍膜系統，建立了轉動模型，理論設計了膜層厚度分布所需的基板公轉調速曲線；摸索了磁控濺射的工藝條件，突破了梯度多層膜的製備技術。製備了厚度變化為16%梯度的W/Si多層膜，周期變化的測量值和理論計算結果一致，證明採用公轉速度最佳化的方法，可以實現薄膜厚度在平行基板表面方向上的有效調製。（3）超光滑非球面光學元件研究：研究了鍍膜沉積生長方法製備了非球面反射鏡，給出了掠靶和駐靶條件下的掩膜設計，摸索了沉積生長的工藝。研究了基於熱成形方法的非球面反射鏡製備工藝，摸索了溫度調控曲線，製備出橢圓柱面反射鏡樣品，表面粗糙度優於0.5nm。（4）微聚焦系統的集成和性能檢測：掌握了X射線掠入射光學系統的精密裝調方法，實現了系統的集成；研製出小功率X射線光管結合多層膜聚焦光學的Home-Lab型微聚焦系統。利用X射線CCD，測量得到樣機最小焦斑斑約200微米，發散度3-5mrad。利用電離室探測器，測得30W功率時對應光子通量約2×10E+009phontos/s/mm，性能指標達到任務書的要求。在此基礎上，開展了粉末衍射、晶體衍射等演示性實驗，驗證了樣機的性能。
