X射線
關注創建者：米格實驗室 創建時間：2019-05-12
X射線的實例教程
萬 50萬
射線源壽命 終生 2年 2年 2年
由于X射線測厚儀的故障率高，備件價格和使用本錢高，對維護要求高，且需要定期更換射線管等實際情況。
作者：周倩葦
衍射透鏡和折射透鏡在X射線分析和高分辨率X射線顯微系統中廣泛應用。然而這兩種透鏡的高色散特性導致不同波長的X射線焦點位置不同，從而造成成像時的色差問題，成像質量大打折扣。因此，利用衍射或折射透鏡的X射線顯微成像系統通常使用高度單色性的光來避免色差現象，其代價則是大量的X射線被浪費。
在可見光領域，消色差透鏡的使用已有百年之久，通過兩種色散力不同的玻璃并滿足相應的曲率條件的雙透鏡來實現。而在X射線領域，大部分物質對X射線的色散力差異極小，同樣的方法并不適用。
21世紀初，研究者提出一種新型的解決方案，將折射透鏡和衍射透鏡組合在一起，利用兩種類型透鏡色散力的顯著差異達成消色差的條件。然而，囿于制造技術水平的限制，這種解決方案的設計僅限于理論階段。
近年來，微納制造技術快速發展，基于雙光子聚合的3D打印技術日趨成熟，使適用于該系統的高數值孔徑的復合折射透鏡的制造成為可能。
近日，瑞士保羅謝爾研究所的Umut T. Sanli、齊鵬，巴塞爾大學的Griffin Rodgers和德國電子同步加速器研究所（DESY）的Jan Garrevoet等研究人員以 “Apochromatic X-ray focusing（復消色差X射線聚焦）”為題在Light: Science & Applications發表研究論文。
展開 大家對能夠進行樣品的微區結構與形貌分析的掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）都不陌生，而與之相關的利用特征X射線具有特征能量這一原理設計的用于成分分析的能量色散X射線譜儀（EDS），因為不常用，所以可能就沒那么熟悉了。而今天，小編就給大家講講，EDS的那些事兒！
一、EDS所用信號：
高速運動的電子束轟擊樣品表面，電子與元素的原子核及外層電子發生單次或多次彈性與非彈性碰撞，有一些電子被反射出樣品的表面，其余的滲入樣品中，逐漸失去其動能，最后被阻止，并被樣品吸收。在此過程中有99％以上的入射電子能量轉變成熱能，只有約1％的入射電子能量從樣品中激發出各種信號。其中，特征X射線是高能電子激發原子的內層電子，使原子處于不穩定態，從而外層電子填補內層空位使原子趨于穩定的狀態，在躍遷的過程中，直接釋放出具有特征能量和波長的一種電磁輻射，即特征X射線。
圖1：高能電子轟擊樣品表面所能產生的各種信號
二、能量色散X射線譜儀（EDS）的結構與工作原理
不同元素發射出來的特征X射線能量是不相同的，利用特征X射線能量不同而進行的元素分析稱為能量色散法。所用譜儀稱為能量色散X射線譜儀（EDS），簡稱能譜儀。
圖2：能譜儀結構及工作原理
X射線能譜儀的主要構成單元是Si(Li)半導體檢測器，即鋰漂移硅半導體檢測器和多道脈沖分析器。能量為數千電子伏特的入射電子束照射到樣品上，激發出特征X射線，通過Be窗直接照射到Si(Li)半導體檢測器上，使Si原子電離并產生大量電子-空穴對，其數量與X射線能量成正比。
展開 來源：嘉峪檢測網、化學分析計量
X射線衍射分析法是研究物質的物相和晶體結構的主要方法。當某物質(晶體或非晶體)進行衍射分析時,該物質被X射線照射產生不同程度的衍射現象,物質組成、晶型、分子內成鍵方式、分子的構型、構象等決定該物質產生特有的衍射圖譜。X射線衍射方法具有不損傷樣品、無污染、快捷、測量精度高、能得到有關晶體完整性的大量信息等優點。因此,X射線衍射分析法作為材料結構和成分分析的一種現代科學方法,已逐步在各學科研究和生產中廣泛應用。
XRD原理
X射線同無線電波、可見光、紫外線等一樣,本質上都屬于電磁波,只是彼此之間占據不同的波長范圍而已。X射線的波長較短,大約在10-8～10-10cm之間。X射線分析儀器上通常使用的X射線源是X射線管,這是一種裝有陰陽極的真空封閉管（見圖1）,在管子兩極間加上高電壓,陰極就會發射出高速電子流撞擊金屬陽極靶,從而產生X射線。當X射線照射到晶體物質上,由于晶體是由原子規則排列成的晶胞組成,這些規則排列的原子間距離與入射X射線波長有相同數量級,故由不同原子散射的X射線相互干涉,在某些特殊方向上產生強X射線衍射,衍射線在空間分布的方位和強度,與晶體結構密切相關不同的晶體物質具有自己獨特的衍射樣,這就是X射線衍射的基本原理。
當一個外來電子將K層的一個電子擊出成為自由電子（二次電子），這是原子就處于高能的不穩定狀態，必然自發地向穩態過渡。此時位于外層較高能量的L層電子可以躍遷到K層。能量差ΔE=EL-EK=hν將以X射線的形式放射出去，其波長λ＝h/ΔE必然是個僅僅取決于原子序數的常數。這種由L→K的躍遷產生的X射線我們稱為Kα輻射，同理還有Kβ輻射，Kγ輻射。不過應當知道離開原子核越遠的軌道產生躍遷的幾率越小，所以高次輻射的強度也將越來越小。
展開 【引語】
泵浦探測X射線（Pump–probe X- ray）技術是一項研究材料動力學的新型工具。它可以直接捕獲瞬態光誘導的微觀自由度變化。在典型的X射線時間分辨實驗中，材料樣品被強激光脈沖激發，稱為泵脈沖，引起材料的動態變化。時間延遲的X射線脈沖通過與材料的相互作用探測其動態變化，隨后通過檢測器收集散射（或透射）的光束。根據對硬和軟X射線中光子能量的篩選，可以使用諸如X射線衍射，X射線吸收光譜和共振X射線衍射等技術獲得有關材料的原子或電子結構的信息。
光脈沖可以引起固體特性的動態變化。在量子材料中，已經發現了許多相關的新現象: 電子相之間的超快轉變，鐵電階次的轉換和非平衡涌現行為(non-equilibrium emergent behaviors)，光致超導現象等等。研究這些現象需要在超快時間分辨率下對多個微觀自由度進行詳細測量。飛秒X射線技術為其提供了可能。它可以探測材料的瞬態結構，電子和磁自由度的動態。 這篇文章總結了一系列代表性的實驗研究。
一．鐵質材料
超快鐵電轉換
由于相反相位電極化所引發的結構扭曲狀態和雙穩定狀態，使得鐵電材料具有很大的科學研究價值和技術意義。利用這些特性，數字信息可以存儲在鐵電體中，進而使其用于非易失性信息存儲裝置的研發。通常，通過施加脈沖電場可以實現鐵電極化的轉換。然而，這種鐵電轉換是由非相干動力學和疇界的傳播驅動的。這使得轉換耗時達到數百皮秒。為了縮短轉換時間，科學家嘗試過通過利用脈沖拉曼散射或直接激發驅動鐵電軟模，以實現超高速轉換。
科學家S. Gr¨ubel等人利用單周期太赫茲脈沖直接激發材料引起晶格振動 并利用超快X射線對Sn2P2S6在其鐵電相中軟模受直接激發而引起的結構響應進行了定量測量。
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X射線的最新內容
高電壓激發（如Vanta Max）：部分高端型號配備了55 kV的鎢靶或銀靶X射線管，能夠激發原子序數更高的元素，為稀土元素檢測和地質勘探提供了必要的激發能量。
產品分級：從廢鋼回收到地質勘探的精準覆蓋
Evident根據檢測精度和應用深度的不同，將Vanta系列進行了精細化的產品分層，以適應不同用戶的預算與需求。
菲涅爾波帶片可用于不同的波長，因此其在X射線成像、光譜學、攝影和望遠鏡等許多應用中極具價值。
衍射分束器
衍射分束器是將入射光光束分成多個光束輸出或衍射級次的光柵。每個輸出光束都保留與輸入光束相同的光學特性。這類器件通常用于激光等設備中的單色光，并針對特定的波長和衍射角進行設計。
</div><div contenteditable="false" width="100%">Vanta Element-S（升級版）： 針對輕元素進行了硬件優化（SDD探測器+銀靶X射線管），能精準區分303與304不銹鋼等相似合金，有效防止因雜質元素超標導致的材料失效。
Wabtec（原奧林巴斯科學部門）推出的Vanta系列手持式X射線熒光（XRF）分析儀，通過將實驗室級的分析能力集成于堅固便攜的手持設備中，徹底改變了這一現狀。該系列設備不僅實現了對從鎂（Mg）到鈾（U）全元素范圍的精準檢測，更憑借其卓越的耐用性和智能化的數據處理能力，成為了工業現場質量控制（QC）與材料可靠性鑒別（PMI）的標桿工具。
技術原理
工業CT檢測基于X射線穿透原理，通過高能射線穿透被測工件，根據材料密度、厚度與原子序數的差異形成射線衰減信號。
探測器采集工件不同角度的二維投影數據后，通過 FDK 重建法等核心算法完成三維建模，生成可任意剖切、測量的體素模型，實現工件內部結構的 1:1 可視化還原。
2.
隨后，利用X射線熒光光譜儀（XRF）對化鎳金鍍層厚度進行了精準測量。
金層厚度：0.015～0.022 μm
鎳層厚度：3.43～3.65 μm
初步判定： 整體鍍層厚度均偏薄，這可能為后續的氧化失效埋下了隱患。
2.
直播主題：《破局塑料彎曲性能差異困境——多維度分析與系統性改善建議》
直播時間： 3月19日 （周四）17:00-18:00
課程大綱：
塑料彎曲性介紹
彎曲性能測試常見異常匯總
彎曲性能測試異常分析及改善方法
往期直播
X射線熒光分析在成分分析中的應用
高溫GPC和常溫GPC有何不同？主要有哪些應用？
02
顯微鏡法優勢
工業常用鍍層厚度檢測方法中，磁性法、渦流法受塑料非導電、非磁性特性限制，X射線法設備成本高，庫倫法適用性有限。顯微鏡法可直觀觀察鍍層截面形貌及界面結合情況，檢測精度高、成本合理，不受塑料基材限制，是塑料閥體鍍層檢測的首選方法，符合GB/T 6462-2005標準要求。
X射線成像已在醫學成像和工業檢查等領域有許多應用。一個常見的X射線成像設備的設計是基于泰伯效應——一種衍射效應，其中一個周期性的結構，如光柵，可在其背后一定距離產生該結構精確的像。
作為一個基于快速物理光學的軟件平臺，VirtualLab Fusion提供了合適的求解器來傳播光線，包括所有的衍射效應。
摘要
X射線成像通常是基于Talbot效應，以及光柵的周期性自成像。按照N. Morimoto等人的工作，我們選擇了三種類型的相位光柵，有十字、棋盤和網狀圖案。這些光柵在一個單一的光柵干涉儀中被采用，被建模為僅有相位的傳輸函數（因為X射線的波長比光柵的最小特征尺寸小得多），并且在VirtualLab Fusion中測試它們的自成像。
