X射线组合透镜及其在荧光分析应用中的研究

摘要

微束X射线荧光分析系统(μ-XRF)在实际应用中有着广泛而迫切的需求，而高性能X光聚焦元件是实现亚微米分辨率微束XRF的关键器件。因此，高品质的X射线聚焦器件成为了研究的热门。 本文第一章介绍了四种主要的X射线聚焦元件。第二章探讨了X射线与物质相互作用的机理，用X射线通过介质的吸收理论推导考虑康普顿散射系数的线吸收系数。第三章利用矩阵光学、电磁场理论推导了X射线组合折射透镜在考虑康普顿散射效应情况下的主要光学性能参数的表达式，包括焦距、透过率、数值孔径、焦斑、强度增益等，并对其进行数值模拟。对比不考虑康普顿散射时光学参数的理论结果，得到不同波段不同材料下，康普顿散射对除焦距外的光学参数有不同程度的影响。 第四章设计了几组X射线组合折射透镜，并对其光学参数进行数值模拟。将结果与目前一种典型的毛细管透镜进行比较。得到在同步辐射源下，以X射线组合折射透镜作为XRF系统的聚焦元件，具有更好的空间分辨率、灵敏度以及元素分析范围。 第五章研究了一种新型结构的X射线组合折射透镜，即阶梯式X射线组合折射透镜。对其主要光学性能参数进行了理论推导，利用推导的结果进行计算，并与普通抛物面型组合折射透镜的光学参数进行比较，得出其可以在获得较小的焦斑同时，增加透镜组出射面的光强。 第六章设计了一种采用阶梯式组合折射透镜作为其聚焦元件的新型的微束XRF系统。该系统可有效的提高空间分辨率，改善因荧光过透镜而导致探测器采样荧光总量过少影响探测效率的问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 研究内容与研究策略

第二章 X射线与物质作用机理

2．1 引言

2．2 材料的折射率

2．21 单质的折射率

2．22 化合物的折射率

2．3 X射线的折射与反射

2．4 布拉格衍射

2．5 X射线过介质的吸收

2．6 本章小结

第三章 康普顿散射条件下的X射线组合折射透镜理论基础

3．1 引言

3．2 X射线组合折射透镜的焦距

3．3 组合折射透镜的透过率与数值子L径

3．3．1 组合折射透镜的透过率

3．3．2 组合折射透镜的数值孔径

3．4 组合折射透镜的焦斑大小

3．5 组合折射透镜的聚焦效率及强度增益

3．6 康普顿散射对材料线吸收系数及光学性能影响的数值模拟

3．61 康普顿散射对线吸收系数的影响

3．62 康普顿散射对主要光学性能的影响

3．7 本章小结

第四章 X射线组合折射透镜与X射线毛细管透镜的性能比较

4．1 引言

4．2 毛细管透镜的聚焦性能

4．3 组合折射透镜的聚焦性能

4．4 两者的聚焦性能比较

4．4．1 焦斑的比较

4．4．2 透过率的比较

4．4．3 强度增益的比较

4．4．4 元素检测范围的比较

4．5 本章小结

第五章 阶梯式X射线组合折射透镜理论基础

5．1 引言

5．2 阶梯式X射线组合折射透镜的主要光学性能

5．2．1 焦距

5．2．2 透过率以及数值孔径

5．2．3 焦斑大小

5．2．4 强度增益以及聚焦效率

5．2．5 透过组合透镜的X射线光强

5．3 阶梯式组合折射透镜与普通组合折射透镜的光学性能比较

5．8 本章小结

第六章 微束XRF系统的初探

6．1 微束XRF系统的设计结构

6．2 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

参考文献

致谢

读研期间所发表的论文