毛细管X光透镜共聚焦三维无损微束X射线衍射关键技术研究

Point-to-point non-destructive three-dimensional (3D) micro X-ray diffraction (Micro-XRD) can be used to directly obtain such information as microstructure and so on at different locations within objects, and therefore, it has wide applications. The polycapillary X-ray lens (PCXL) which met the requirement of the point-to-point 3D Micro-XRD would be designed to develop the confocal 3D Micro-XRD based on the conventional X-ray source. The experimental platform of this confocal 3D Micro-XRD would be set up, and the method of the confocal 3D Micro-XRD for analyzing the solid and the solid-liquid interfaces would be developed. During the studies mentioned above, the theoretical model of the PCXL based on the geometrical optics, wave optics and statistical optics would be designed. The wave optics and statistical optics would be used to analyze the effect from the diffraction in the individual monocapillary and the interference from the different monocapillaries composing the PCXL on the XRD spectra of the sample,respectively. The PCXL with a high gain in power density is not an imaging optics. This decreased the requirement of both power and stability of the X-ray source. The confocal structure decreased the effect from the background on the XRD spectra. This increased the ratio of the peak to the background, and was accordingly helpful in improving the accuracy of the confocal 3D Micro-XRD. The confocal 3D Micro-XRD had wide potential applications.

点对点的三维无损微束X射线衍射(XRD)技术不需要借助于复杂的计算和层析重建模型就能直接得到物体内部不同位置处的微观结构等信息，它具有广泛的应用领域。为了设计基于实验室普通X射线光源的上述技术，我们拟研制符合该技术要求的毛细管X光透镜，设计基于该透镜的共聚焦三维无损微束XRD技术，并搭建相应的技术平台，建立利用该共聚焦微束XRD技术分析固体和固液界面的方法学。在上述研究中，我们将建立波动光学、统计光学和几何光学相结合的透镜理论模型，并且利用波动光学和统计光学分别校正透镜内部单毛细管衍射和多毛细管干涉对样品XRD谱的影响。毛细管X光透镜是具有高功率密度增益的非成像光学元件，这降低了上述共聚焦XRD技术对X射线光源功率和光源稳定性的要求，另外，共聚焦结构降低了背景影响，提高了XRD峰的峰背比，从而有助于提高该共聚焦微束XRD分析精度。该共聚焦微束XRD技术具有广泛的潜在应用。

点对点的三维无损微束X射线衍射(XRD)技术不需要借助于复杂的计算和层析重建模型就能直接得到物体内部不同位置处的微观结构等信息，它具有广泛的应用领域。为了设计基于实验室普通X射线光源的上述技术，我们拟研制符合该技术要求的毛细管X光透镜，设计基于该透镜的共聚焦三维无损微束XRD技术，并搭建相应的技术平台，建立利用该共聚焦微束XRD技术分析固体和固液界面的方法学。. 在项目的支持下，我们建立了用于共聚焦三维微束XRD分析技术的毛细管X光透镜的理论模型，在此基础上设计了拉制该透镜的模具，研制出了符合要求的毛细管X光会聚透镜。设计并搭建了基于上述毛细管X光会聚透镜的共聚焦三维微束XRD技术平台，并对该共聚焦三维微束XRD技术平台的性能进行了系统表征，提出了新的表征方法，制定了相应的使用规范，建立了利用毛细管共聚焦三维微束XRD技术对固体进行点对点三维扫描分析方法。建立了利用毛细管X光透镜共聚焦三维微束XRD技术对固液界面进行原位分析的方法。在我们建立的上述这些方法中，由于采用毛细管X光透镜，从而降低了上述共聚焦XRD技术对X射线光源功率和光源稳定性的要求；另外，共聚焦结构降低了背景影响，提高了XRD峰的峰背比，从而有助于提高该共聚焦微束XRD分析精度。. 我们的相关研究为共聚焦三维微束XRD分析技术的广泛应用在航空航天、国防、能源、医学、安检、环境、食品、药品安全检测、材料科学和物证科学等相关领域提供了理论和实验技术源头支撑和借鉴。