[實用新型]一種多用途同步輻射相干X射線衍射顯微成像裝置

有效

• 申請號: 201320064157.1
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN203069533U
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 江懷東;范家東;劉宏;張劍;姚圣坤
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N23/207
• 分類號: G01N23/207
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李健康

技術領域

本實用新型涉及一種多用途同步輻射相干X射線衍射顯微成像裝置。

背景技術

1895年倫琴首次發現X射線以來,X射線被廣泛用于成像和結構解析，其中布拉格根據晶體的X射線衍射現象，將X射線用于解析晶體的原子和分子結構。經過近100年的發展,X射線晶體學在解析晶體的原子結構方面起了重要作用，但是X射線晶體學不適用于非結晶性材料。相干X射線衍射成像技術作為X射線晶體學的發展和延伸，是一種非常有潛力的解析晶體和非晶材料三維高分辨結構的方法。在材料學，物理學，生物學等學科有重要的應用價值。

相干X射線衍射成像技術（coherent?x-ray?diffraction?imaging，簡記為CDI）又稱為無透鏡成像技術，是近十幾年來發展起來的新成像方法。其基本成像原理是當一束相干X射線照射樣品，可以是晶體和非晶樣品，在遠場處得到的衍射圖樣是樣品的傅里葉變換，但是探測器只能記錄衍射圖樣的強度信息，利用計算機，采用迭代和過度取樣相結合的算法實現衍射圖樣的相位恢復和圖像重建。由于X射線具有波長短，穿透能力強等特點，相比傳統的成像方法，相干X射線衍射成像技術具有諸多優點：相比光學顯微鏡能獲得較高的分辨率；相比掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡能夠獲得三維高分辨信息；相比透射電子顯微鏡能夠對更厚的樣品進行成像；另外，由于其不以X射線光學元件為成像基礎，克服了X射線難以聚焦的缺點。同時該成像方法是以同步輻射相干X射線為光源，相比于實驗室X射線機，同步輻射X射線光源具有更好的亮度和空間、時間相干性，保證了具有確定相位關系，高分辨，高信噪比的相干衍射信號的獲取。

上述成像方法自1999年首次實現以來已經得到了快速的發展，在此基礎上發展出掃描CDI，菲涅爾CDI，反射CDI等多種CDI成像新方法。其應用領域也在進一步擴展，主要有生物材料三維高分辨成像，如未染色酵母菌細胞的三維定量成像分析；無機材料的三維量化研究，如GaN量子點的三維殼層結構量化成像等。實現樣品結構的三維重建，一套精確有效的計算機斷層掃描重建算法是重建成功的保證。濾波反投影重建算法和基于迭代算法的等斜率斷層掃描重建算法是兩種常用算法，其中等斜率斷層掃描重建算法是以等斜率間隔取投影，采用迭代方法進行三維重建的算法，相比于傳統CT的濾波反投影重建算法，在獲取相同圖像重建質量的情況下能夠有效的重建所需的投影數量。

X射線對樣品的輻射損傷，尤其對生物樣品的輻射損傷是限制相干X射線衍射成像技術進一步發展的一個重要原因。采用冷凍技術和減少三維重建所需的投影數是能夠降低輻射樣品損傷的有效方法。冷凍相干X射線衍射成像和低輻射劑量三維重建是目前相干X射線發展的重點。

目前傳統的相干X射線衍射顯微鏡成像系統主要搭建于高性能同步輻射光源，主要能夠實現某一種特定的相干X射線衍射成像，如僅實現非真空狀態下的平面波CDI成像等，且三維重建是基于傳統等角度取樣的濾波反投影算法進行，三維重建精度較差。對于樣品的輻射損傷問題沒有很好的解決。隨著第四代同步輻射光源-X射線自由電子激光的發展，相干X射線衍射成像技術在無損傷成像和動態成像方面具有巨大的應用前景，因此一套可移動多功能相干X射線衍射顯微鏡系統對于開展相干X射線衍射成像新方法研究和材料的定量、原位、動態成像等具有重要的意義。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種多用途同步輻射相干X射線衍射顯微成像裝置。

在同步輻射相干X射線衍射顯微成像實驗中，由于同步輻射光源是固定的，因此需要根據光源來搭建可移動的多用途同步輻射相干X射線衍射顯微成像裝置。