[发明专利]一种高性能紧凑型X射线吸收光谱仪

说明书

本发明提供了一种高性能紧凑型X射线吸收光谱仪，其特征在于，包括环形导轨，环形导轨上设有三个滑动模块，三个滑动模块分别设有各自独立的驱动机构，由每个驱动机构驱动相应的滑动模块沿环形导轨在周向上滑动；三个滑动模块上分别设有光源、弯晶分析器、探测器。与现有技术相比，本发明具有高光子收集效率；高机械稳定性；紧凑的运动扫描装置；灵活的采集模式。

技术领域

本发明涉及一种X射线光谱仪，具体涉及一种高性能紧凑型X射线吸收光谱仪。

背景技术

X射线吸收谱具有元素选择性、位点结构对称性、可探测元素价态、电子和结构性质，以及自旋、电荷和轨道自由度等信息，已广泛应用于表征能源、催化、化工、生物等领域。

X射线吸收精细结构(X-ray Absorption Fine Structure，XAFS)的光谱范围通常在吸收边-50eV～+600eV，更大的能量范围可以得到更高的原子键长精度。测试XAFS光谱需要对入射光进行能量扫描，同时监测入射光通过样品前后的强度变化。

目前，X射线吸收光谱仪还有以下不足：

1、基于平晶的单色器，能量分辨率较高，但是空间收集角较小，导致光子利用效率较低。通常需要更高亮度的光源(如同步辐射)。

2、基于弯晶的单色器需要保证光源、晶体和探测器同时在一个罗兰圆上做扫描运动，在不同空间位置分别获得不同能量的单色光，上述几项的机械结构进行空间点对点扫描时过于复杂。

3、基于弯晶的单色器扫描是基于布拉格衍射原理，扫描能量范围取决于可以扫描的角度范围。目前的技术均采用直线导轨进行空间位置扫描。但扫描角度范围受限于直线导轨的长度，导致光谱仪的扫描能量范围有限。

4、目前的X射线吸收光谱仪通用性较差，不能满足同一个X射线吸收谱仪实现多种光源及多个采集模式的切换。

发明内容

本发明的目的是：提供一种具有高光子收集效率、高机械稳定性、紧凑的运动扫描装置以及灵活的采集模式的X射线吸收光谱仪。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种高性能紧凑型X射线吸收光谱仪，其特征在于，包括环形导轨，环形导轨上设有三个滑动模块，三个滑动模块分别设有各自独立的驱动机构，由每个驱动机构驱动相应的滑动模块沿环形导轨在周向上滑动；三个滑动模块上分别设有光源、弯晶分析器、探测器，光源和弯晶分析器的中心通过连接杆一相连，探测器和弯晶分析器的中心通过连接杆二相连，连接杆一的两端分别与光源和弯晶分析器的中心铰接，确保光源和弯晶分析器的相对方向及角度；连接杆二的两端分别与探测器和弯晶分析器的中心铰接，确保探测器和弯晶分析器的方向及角度；探测器前端依次设置狭缝和样品，探测器与信号处理系统相连，探测器先后采集X射线经过样品插入前和样品插入后的强度数据，信号处理系统对样品插入前后的探测器读出的强度数据求差值得到X射线吸收谱。

优选地，所述环形导轨的曲率半径大于、等于或者小于(100％±20％)×R，R为所述弯晶分析器的罗兰圆曲率半径。

优选地，所述环形导轨上设有环形齿轮；每个所述驱动机构包括驱动电机及设置在驱动电机输出轴上的驱动齿轮，驱动齿轮与环形齿轮相啮合；三个滑动模块进行同向θ-2θ扫描模式或者反向θ-θ扫描模式，同向是指所述弯晶分析器与所述探测器的转动方向相同或所述光源与弯晶分析器的转动方向相同，反向是指所述光源与所述探测器的转动方向相反；三个所述驱动机构的驱动电机分别采用相同或不同的传动比。

优选地，所述光源为X光管、转靶X光源、激光等离子体X光源、液态金属靶X光源、金刚石微聚焦X光源、同步辐射X光源或自由电子激光X光源。

优选地，所述弯晶分析器为全聚焦型弯晶分析器或者半聚焦型弯晶分析器，采用了弯晶作为单色器，提高了单色化光子的利用效率；所述弯晶分析器为球面、双曲面或抛物面；所述弯晶分析器为至少1块；所述弯晶分析器材料采用单晶材料。