[發明專利]使用晶體分析器和多個檢測器元件的X射線吸收光譜的系統和方法

在審

• 申請號: 202180036021.7
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN115667896A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 云文兵;斯里瓦特桑·塞沙德里;喬瑞敏;雅諾什·科瑞;西爾維婭·賈·云·路易斯
• 申請（專利權）人: 斯格瑞公司
• 主分類號: G01N23/083
• 分類號: G01N23/083;G01N23/207;G01N23/20008;G21K1/06
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 朱亦林

一種裝置包括晶體分析器，該晶體分析器相對于x射線源定位在切面中的羅蘭圓上并具有羅蘭圓半徑(R)。晶體分析器包括至少在切面內沿至少一個方向彎曲的晶面，其曲率半徑基本上等于羅蘭圓半徑的兩倍(2R)。晶面被配置為接收來自x射線源的x射線，并根據布拉格定律分散接收的x射線。該裝置還包括被配置為接收至少一部分分散x射線的空間分辨檢測器。空間分辨檢測器包括多個具有可調的第一x射線能量和/或可調的第二x射線能量的x射線檢測元件。多個x射線檢測元件被配置為：測量所接收的具有低于第一x射線能量的x射線能量的分散x射線，同時抑制對所接收的高于第一x射線能量的分散x射線的測量；和/或測量所接收的具有高于第二x射線能量的x射線能量的分散x射線，同時抑制對所接收的低于第二x射線能量的分散x射線的測量。第一x射線能量和第二x射線能量在1.5keV至30keV的范圍內可調。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2020年5月18日提交的第63/026,613號美國臨時申請的優先權，并且通過引用以其全文并入本文。

技術領域

本申請總體上涉及x射線吸收光譜系統。

背景技術

x射線吸收光譜(XAS)是一種廣泛用于確定物質的局部原子幾何狀態和/或電子狀態的技術。XAS數據通常通過將光子能量調節(常常使用晶體單色儀)到可以激發芯電子的范圍(1-30keV)來獲得。這些邊部分是根據激發的芯電子來命名的：主量子數n＝1、2和3分別對應于K邊、L邊和M邊。例如，1s電子的激發發生在K邊，而2s或2p電子的激發發生在L邊。

XAS測量材料基質中元素的x射線吸收響應，其能量范圍跨越該元素的(一個或多個)吸收邊中的一個，分別包括K邊、L邊和M邊。在XAS光譜中有三個主要的光譜區域：1)峰值吸收能量(白線)之前的邊前光譜區；2)x射線吸收近邊結構(XANES)區，也稱為NEXAFS(近邊x射線吸收精細結構)，其能量范圍從白線以上約10eV到約150eV，以及3)EXAFS(擴展x射線吸收精細結構)區，其能量范圍達吸收邊以上1000eV并包括吸收邊在內。

透射模式XAS測量透過包含感興趣的元素的物體的x射線。根據XAS光譜的光譜區域和吸收邊的能量，以足夠高的x射線能量分辨率(例如，范圍從0.3eV到10eV)測量XAS光譜。對于在寬能量帶寬上發射x射線的x射線源，通常使用單晶分析器根據布拉格定律選擇窄能量帶寬：

2d·sinθ＝nλ (1)

其中，d為晶體分析器的晶格間距，θ為布拉格角，n為整數，λ為滿足布拉格定律的x射線波長。由晶體分析器的較高米勒指數晶面衍射的波長等于λ/n的x射線被稱為高次諧波。此外，具有較大d間距的較低米勒指數晶面反射的具有成正比的(一個或多個)大波長的x射線被稱為低次諧波。

發明內容

在本文所述的某些實施方式中，一種裝置包括x射線源，該x射線源包括被配置為在電子轟擊時生成x射線的靶。該裝置還包括相對于x射線源定位在切面中的羅蘭圓上并具有羅蘭圓半徑(R)的晶體分析器。晶體分析器包括至少在切面內沿至少一個方向彎曲的晶面，其曲率半徑基本上等于羅蘭圓半徑的兩倍(2R)。晶面被配置為接收來自x射線源的x射線，并根據布拉格定律分散所接收的x射線。該裝置還包括被配置為接收至少一部分分散x射線的空間分辨檢測器。空間分辨檢測器包括具有可調的第一x射線能量和/或可調的第二x射線能量的多個x射線檢測元件。多個x射線檢測元件被配置為：測量所接收的具有低于第一x射線能量的x射線能量的分散x射線，同時抑制對所接收的高于第一x射線能量的分散x射線的測量；和/或測量所接收的具有高于第二x射線能量的x射線能量的分散x射線，同時抑制對所接收的低于第二x射線能量的分散x射線的測量。第一x射線能量和第二x射線能量在1.5keV至30keV的范圍內可調。

在本文所述的某些實施方式中，熒光模式x射線吸收光譜裝置包括x射線源、晶體和檢測器。源和晶體定義了羅蘭圓。該裝置被配置為在羅蘭圓的焦點處接收樣本，其中，檢測器面向樣本的表面。