【摘要】：x射線的發(fā)現(xiàn)與使用,不僅僅對物理學(xué)具有劃時代的意義,同樣也推動了包括化學(xué)、生命科學(xué)、材料學(xué)、核能、醫(yī)學(xué)在內(nèi)諸多學(xué)科的發(fā)展。同步輻射X射線光源從上世紀(jì)寄生于高能物理的加速器第一代發(fā)展至今,已經(jīng)擁有50余座裝置建成,在材料微觀結(jié)構(gòu)與動力學(xué)、生物蛋白動力學(xué)等研究中取得了許多開創(chuàng)性成果。x射線自由電子激光(XFEL)是高品質(zhì)相對論性電子束在周期性磁場作用下自激輻射放大產(chǎn)生的強相干脈沖X射線,與傳統(tǒng)的x射線源(實驗室X光機、激光驅(qū)動X射線源、同步輻射X射線光源)相比,XFEL同時具有強全相干性(橫向完全相干,縱向部分相干)、超高亮度(峰值亮度比同步輻射X射線光源高10個量級)、超短脈沖寬度(數(shù)十飛秒至數(shù)百飛秒)、超高準(zhǔn)直性和優(yōu)越的光源單色性(能量分辨率10-3)等特點,能夠以前所未有的時間和空間分辨能力探索材料內(nèi)部的微觀、介觀尺度的結(jié)構(gòu)演化信息。XFEL的發(fā)展為物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息產(chǎn)業(yè)等眾多基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用領(lǐng)域,以及相關(guān)工程技術(shù)的創(chuàng)新突破提供了開辟性的手段和機遇,為國家安全重大領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題的探索和解決提供了無語倫比的研究平臺。猶如可見激光改變了 20世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展模式,XFEL預(yù)示著21世紀(jì)人類進入到新的超快X射線科學(xué)領(lǐng)域,必將開辟新的科學(xué)前沿,甚至引發(fā)新的科技革命或產(chǎn)業(yè)革命。在X射線自由電子激光裝置中,無論是光束線還是實驗站,光柵單色儀和光譜儀都是核心設(shè)備系統(tǒng),其性能優(yōu)劣直接影響整個裝置的性能和實驗的成敗。因此,研究光柵單色儀和光譜儀的性能及其影響因素并進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計,是XFEL建設(shè)中的重要課題之一。本論文首先介紹X射線光源的發(fā)展現(xiàn)狀,然后重點介紹XFEL光束線和實驗站中變間距光柵單色儀和光譜儀的關(guān)鍵技術(shù)研究、系統(tǒng)設(shè)計和安裝調(diào)試方法以及取得的主要成果。1.針對軟X射線自由電子激光裝置,建立了變間距光柵單色儀物理模型,系統(tǒng)地研究了光柵參數(shù)和成像像差等因素對單色儀的分辨率、時間展寬及光子輸出銅梁等重要參數(shù)的影響;并通過數(shù)字模擬仿真,優(yōu)化了光柵單色儀的設(shè)計參數(shù),提高了性能指標(biāo),達到了裝置可進行Pink beam模式輸出、光譜能量分辨率高于5000、脈沖寬度展寬小于100fs的技術(shù)要求。2.開展了共振非彈性X射線散射(RIXS)光譜儀的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究,根據(jù)RIXS光譜儀需要保持高真空環(huán)境和精密的裝調(diào)要求,提出了高真空環(huán)境下非接觸測量光學(xué)元件傾斜度的新方法。通過對RIXS工作原理和光路結(jié)構(gòu)的研究,建立了使用可見激光進行光學(xué)元件傾斜度測量的方法:通過測量掠過光學(xué)元件表面激光光斑和經(jīng)光學(xué)元件表面反射激光光斑的間距,來計算光學(xué)元件的傾斜角。并成功將此方法應(yīng)用于XFEL光束線系統(tǒng)研制和調(diào)試。3.提出了 RIXS光譜儀標(biāo)定的實驗方案,設(shè)計了高精度微納結(jié)構(gòu)狹縫和實驗樣品,成功對RIXS光譜儀進行了能量標(biāo)定,為RIXS在PAL-XFEL光束線與實驗站的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此外在XFEL不能到達實驗站時,使用E-gun(電子槍)照射不同樣品材料,使用XES特征峰對RIXS光譜儀進行調(diào)試,并利用設(shè)備輔助其他設(shè)備進行樣品表面微量物質(zhì)的綜合實驗。
【圖文】：

射線自一個多世紀(jì)前發(fā)現(xiàn)以來，一直在科學(xué)研宄領(lǐng)域扮演著重要的的每一次進步，都將帶來全新的科學(xué)診斷技術(shù)的革命，將人類對自。與此同時，這樣的進步在一定程度上，對工程領(lǐng)域提出了更高的ＥＬ為代表的第四代光源的出現(xiàn)，對光束線設(shè)備的性能要求已經(jīng)到了從Ｘ射線與Ｘ射線裝置的發(fā)展歷程出發(fā)，重點描述ＸＦＥＬ裝置所程學(xué)難題，從而明確論文主要研宄工作的科學(xué)意義。逡逑射線與Ｘ射線裝置逡逑射線自１９世紀(jì)末，由Ｗｉｌｈｅｌｍ邋Ｒ６ｎｔｇｅｎ邋（威廉？康拉德？倫琴）首線以來，因為其“穿透性”而被廣泛應(yīng)用于科學(xué)探測的各個領(lǐng)域。Ｘ拒絕以其名字命名這一射線，而堅持使用“Ｘ射線”這一名稱。盡絕了貴族稱號，不申請專利也不謀求贊助，世人仍然對他給出了極高一屆諾貝爾物理學(xué)獎、以他命名的獎學(xué)金、以他命名的Ｘ射線天文，

本文編號：2613541