[发明专利]一种具有高平均束流和单脉冲束流的小型化X射线仪

说明书

技术领域

本发明涉及X射线光源领域，特别是指一种具有高平均束流和单脉冲束流的小型化X射线仪。

背景技术

X射线波长范围在500A～0.01A(20eV～1MeV)。由于原子和分子的尺寸(1A～10A)正好落在X射线的波长范围内，因此，利用X射线散射和衍射可以提供详细的物质中原子和分子组成的机构信息。同时，物质中原子运动的时间周期、材料的相变过程和化学过程中化学键断裂和组合等物理过程在室温下一般约为100fs量级，对这些超快物理过程的研究采用的泵浦-探针方法要求探针具有相同量级的时间分辨能力。因此研究具有100fs量级脉宽的小型化的超短X射线光源对固体物理、生物以及生命科学、飞秒化学、材料学科等学科的发展有着重要的意义。

目前，经常使用的X射线光源主要有以同步辐射为代表的大型X射线光源和利用高速阴极电子束打在阳极金属靶激发韧致辐射X射线的小型室内X射线源。同步辐射光源虽然具有强度大、相干性好、发散小、频谱范围宽且可调谐等优点，但是设施庞大，成本高昂，全球范围内数量有限，无法满足现有的科研需求；小型室内X源虽然造价低，尺寸小，但其单色性差、亮度低、波长不可调谐，无法满足在原子、分子尺度的高分辨解析以及超快ps、fs过程中的科研探索。

针对现有技术中在满足高亮度、高品质、准单色、高光子通量的同时实现小型化的X射线光源的问题，目前尚未有有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种能够输出高平均束流和单脉冲束流的高亮度、高品质、准单色的小型化X射线仪。

基于上述目的本发明提供的一种具有高平均束流和单脉冲束流的小型化X射线仪，包括：

电子束流产生系统，所述电子束流产生系统用于产生并输出高能电子束团；

激光器系统，所述激光器装置用于输出高重复频率的超快ps激光和/或fs激光脉冲。

电子束流与激光碰撞系统，所述电子束团与激光脉冲碰撞系统用于激光脉冲与高能电子束对准和同步碰撞以产生X射线束流、以及回收残余电子以及激光；

X射线束流引出系统，所述X射线束流引出系统用于对碰撞产生的X射线进行聚焦、单色、限光和检测。

进一步的，所述电子束流产生系统包括：

光阴极，所述光阴极用于产生电子束团；

RF电子枪，所述RF电子枪用于产生低发散度、短束长、电荷量适中的电子束流；

电子束流直线加速器，所述电子束流直线加速器用于将所述RF电子枪产生的电子束流加速至碰撞所需能量；

束流诊断设备，所述束流诊断设备用于对电子束流进行参数的测量；

高精度低电平控制系统，所述高精度低电平控制系统用于对速调管输出微波信号的幅值、相位的测量和控制；

电子束聚焦和整形模块，所述电子束聚焦和整形模块用于将电子直线加速器加速的电子束团进行整形和聚焦。

进一步的，所述激光发生系统包括：

飞秒钛宝石激光器，所述飞秒钛宝石激光器在大能量的绿光激光器输出的泵浦下，输出一束飞秒量级的大能量超快激光，经过分光器分束后，其中一束光经过非线性频率变换系统对电子束团产生系统的光阴极进行辐照产生电子束团，另一束脉冲激光用于和高能电子束团碰撞产生X射线。

非线性频率变换系统，所述非线性频率变换系统用于将飞秒钛宝石激光器输出的经分光器后的一束激光进行倍频、三倍频变换，获得紫外波段的激光输出，用于对光阴极进行辐照产生电子束团。

进一步的，所述电子束流与激光对撞系统包括：

真空腔，所述真空腔用于为高能电子束团与飞秒激光碰撞提供真空环境，并且可以为激光器输出提供正入射与斜入射两种方式，从而获得ps/fs的X射线输出；

光路延时系统，所述光路延时系统用于对激光发生系统输出的激光进行分束并控制其到达碰撞腔的光程，并以不同的角度入射到碰撞点；

电子回收装置，所述电子回收装置用于将碰撞后剩余的电子束流偏转后收集到电子回收桶中；

激光回收装置，所述激光回收装置用于将碰撞后剩余的超快激光收集到激光回收桶中。

进一步的，所述X射线引出系统包括：

KB镜，所述KB镜用于将出射的X射线聚焦；

单晶模块，所述单晶模块用于提高出射X射线的単色性；

限光孔，所述限光孔用于优化X射线方向；

铅玻璃，所述铅玻璃用于放置荧光屏，通过摄像头监测荧光屏上入射线和试样位置来监测出射X射线的光束质量。