X射線吸收譜儀的同步輻射光源與單色化技術(shù)

來源：安徽吸收譜儀器設(shè)備有限公司 2025年10月16日 15:48

　　X射線吸收譜是解析材料原子局部結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)的強(qiáng)大工具，而其測(cè)量性能的核心保障，正是來自同步輻射光源與精密的單色化技術(shù)。

　　一、同步輻射光源：理想的高亮度X射線源

　　與傳統(tǒng)X射線管相比，同步輻射光源為X射線吸收譜測(cè)量提供了的優(yōu)勢(shì)：

　　高亮度：同步輻射產(chǎn)生的X射線強(qiáng)度比實(shí)驗(yàn)室X光管高出數(shù)十億倍，這使得測(cè)量稀薄樣品（如溶液、薄膜、低濃度摻雜材料）和獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)成為可能。

　　寬連續(xù)譜：同步輻射提供從紅外到硬X射線的連續(xù)波長(zhǎng)覆蓋，允許用戶自由選擇特定元素的吸收邊能量進(jìn)行精確測(cè)量。

　　高準(zhǔn)直性：產(chǎn)生的X射線光束具有的平行性，有利于后續(xù)的光束聚焦和單色化處理，提升信號(hào)質(zhì)量。

　　偏振性與時(shí)間結(jié)構(gòu)：其天然的線偏振特性可用來研究各向異性材料，而脈沖時(shí)間結(jié)構(gòu)則便于進(jìn)行時(shí)間分辨的動(dòng)態(tài)過程研究。

　　正是這些特性，使同步輻射成為獲取高信噪比、高能量分辨率X射線吸收譜數(shù)據(jù)的平臺(tái)。

　　二、單色化技術(shù)：從連續(xù)譜到單色光的關(guān)鍵

　　同步輻射發(fā)出的寬譜“白光”不能直接用于X射線吸收譜測(cè)量，必須通過單色器將其精煉為能量單一且連續(xù)可調(diào)的單色X射線。晶體單色器是完成這一任務(wù)的核心部件。

　　其基本原理是布拉格衍射：當(dāng)連續(xù)X射線以入射角θ照射到晶體表面時(shí)，只有滿足布拉格方程nλ=2dsinθ的特定波長(zhǎng)（λ）才會(huì)被強(qiáng)烈衍射。其中，d是晶體的晶面間距，n是衍射級(jí)數(shù)。

　　通過精密地旋轉(zhuǎn)晶體角度（θ），即可連續(xù)改變出射X射線的能量（E∝1/λ），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定元素吸收邊的精確掃描。

　　常用的晶體組合是Si(111)和Si(311)：

　　Si(111)：提供較高的衍射強(qiáng)度和適中的能量分辨率，是大多數(shù)常規(guī)測(cè)量。

　　Si(311)：具有更高的能量分辨率，能夠分辨更精細(xì)的譜學(xué)特征，但衍射強(qiáng)度相對(duì)較低。

　　單色器通常采用雙晶排布，即兩塊平行放置的晶體，這種設(shè)計(jì)可以確保出射光束在單色化后，其傳播方向與入射光束平行，從而保持光束線的穩(wěn)定性。

　　結(jié)論

　　同步輻射光源與晶體單色化技術(shù)共同構(gòu)成了現(xiàn)代X射線吸收譜儀的基石。前者提供了強(qiáng)度高、能量連續(xù)可調(diào)的“原料”光束，后者則如同一個(gè)精密的“能量篩選器”，從中提取出純凈、單一且能量精確可控的X射線，最終使得科學(xué)家能夠以高的精度探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部的原子和電子奧秘。

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