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1W1B-XAFS实验站

时间:2010年08月25日 点击数: 出处: 编辑:

一、简介

X射线吸收精细结构谱(X-ray Absorption Fine Structure)是近二十多年来迅速发展起来的一个非常活跃的学科领域。它是研究、近邻原子作用的一种重要手段,是进行定量结构分析的有效方法。BSRF-XAFS实验系统始建成于1990年,束线为4W1B,是由单周期WIGGLER 4W1引出的一条非聚焦单色光束线,主要光学元件是双晶单色器。长期以来是国内唯一的一条XAFS专用光束线。2003年完成了系统更新改造。新XAFS专用束线1W1B由储存环中7周期WIGGLER 1W1引出,为聚焦单色光束线。该束线光强比4W1B提高了一个量级以上,2008年实验站建立了19元半导体阵列探测器,大大提高了痕量元素的测试能力。该束线一直稳定运行至今,2014年实现在专用和兼用两种模式下运行开放。有效机时利用率达到98%以上,每年完成的用户课题数为BSRF接受的总课题数的20%-30%。每年相关工作发表文章约为几十篇。

图1 XAFS实验站

二、研究范围

由于XAFS适合于所有样品的物理状态,如晶体、粉末,同时溶液样品也可以研究,在各种pH值、温度、压力下也可以应用,所以是对晶体学和核磁共振方法的有效补充。因此XAFS被广泛应用于生命科学、环境科学、材料科学、催化以及物理、化学、地矿、考古等多学科领域,是世界各同步辐射实验室涉及学科面最广、用户最多的实验方法之一。

三、研究方法发展方向

基于1W1B-XAFS线站,发展、建立、完善包括痕量、微区、时间分辨、极端条件的XAFS实验探测方法及分析手段,形成多方法高性能,稳定运行的XAFS实验平台,为生命科学、环境科学、材料科学、物理、化学、化工等学科领域做出国际一流的工作提供实验基础;

实现实验站兼用模式的运行,力争达到每年6个月以上的开放时间,最大限度满足用户的机时需求。

今后XAFS实验站重点发展方向如下:

(1)发展微区µ-XAFS+µ-XRF吸收谱的试验方法:

应用方面:环境, 毒理,医学,生物,地矿及生命科学等领域的MAPPING,对于样品开展吸收谱及荧光分析方法同步微区分析。

(2)发展时间分辨吸收谱试验方法:

应用方面:化学、化工、材料;动力学反应过程中的结构变化研究

主要指标:Q-XAFS方法达到秒量级, 能量色散方法达到毫秒量级,

(3)发展原位,极端条件吸收谱试验方法:

应用方面:生命科学,化学,化工,材料科学等领域中高低温、高压条件下的吸收谱学结构研究

主要指标:温度上限:1000ºC;温度下限:15ºK;压力上限:100 GPa

(4)发展联合在线测试方法:

发展XAFS-SRF, XAFS-XRD等联合测试技术

四、束线结构

1W1B-XAFS束线由BEPC储存环中新建七周期永磁WIGGLER(1W1)引出。束线采用国际高强度同类束线的基本结构设计,其主要光学系统由准直镜,双晶单色器,及超环面镜组成, 是一条高强度、高能量分辨、单色聚焦光束线。

图2 光束线结构示意图

图3 主要光学系统示意图

五、样品处光源参数

能量范围: 4 — 23 keV

能量分辨率(ΔE/E): <1-3 × 10-4 @ 9 keV

光通量(photons/s):>4×1011photons/s @ 9 keV; 2.5GeV, 200 mA

光斑尺寸(H×V): 0.9 × 0.3 mm2

图4 1W1B实测铜K边吸收谱。吸收边上“小突起”清晰可见,由此可半定量表明1W1B束线能量分辨率达到了设计值: <1-3x10-4(9KeV处)

图5 实测1W1B的单位环流(mA)产生的光通量谱。测试条件:电离室长:24CM;扁压:900V;工作气体:Ar(99.9%);吸收数据从CXRO网站下载。

六、实验站主要设备:

透射XAFS实验系统

LYTLE荧光电离室

19元高纯锗固体阵列探测器

低温原位反应室室(最低温度为10°K)

原位反应室(温度范围:常温-500℃,最高压力为2个大气压)

图6 19元高纯锗固体阵列探测器

七、人员队伍与人才培养

实验站人员:张静  郑黎荣  谢亚宁

在读研究生:周英丽  储胜启

八、联系方式:

联系人:张  静 研究员

通信地址:北京918信箱,中国科学院高能物理研究所XAFS实验站, 100049

电话:010-88235980

Email:jzhang@ihep.ac.cn

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