[发明专利]专用于掠入射XAFS实验的装置及其调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及现代物质结构分析方法-同步辐射实验方法，特别是涉及一种专用于掠入射X射线吸收精细结构（X-ray Absorption Fine Structure，XAFS）实验的装置及该装置的调整方法。

背景技术

同步辐射XAFS谱实验系统已经成为研究物质结构的一种有效手段，服务于多学科领域，例如，生命科学领域、新材料领域、环境健康领域和工业应用领域等。

XAFS谱是利用双晶单色器通过光子能量扫描进行测定的。来自单色器的单能光束正入射到样品，对于不同能量的光子样品吸收变化，探测样品前后的光强随光子能量的变化即可以获得XAFS谱。对该XAFS谱进行分析即可以获得样品内的结构信息。

随着能源、环境和新材料科学的发展及其相关科学研究的深入，人们需要知道各种功能的薄膜、器件表面、固体-固体和固体-液体界面的结构特性，然而，常规的XAFS实验系统无法获得样品表面的结构信息。于是，出现了掠入射XAFS（Grazing-incidence Absorption Fine Structure，GXAFS）谱实验系统。

当X射线以极小的角度入射到物质表面时，其穿透深度急剧变小，当X射线的掠入射角小于一个材料相关的特定角度（例如临界角）时，入射的X射线被全部反射，仅与材料表层发生作用，这样出射的X射线中仅包含材料表层的结构信息。这种现象即是掠入射XAFS谱实验的物理基础。

国外的一些实验室，如日本的KEK（国家高能物理实验室）和SPRING-8、法国的ESRF（欧洲同步辐射机构）以及美国APS（美国物理学会）、ALS（先进光源同步辐射机构）和BNL（布鲁克黑文国家实验室），国内的实验室如合肥的国家同步辐射实验室和北京同步辐射实验室等陆续发展了多种薄膜试样的XAFS实验方法，获得了某些固体表面、界面和薄膜的结构，获得了表面催化和化学吸附、表面和界面原子结构重构、扩散和应力弛豫等特性。然而，在实验中，如何依据X射线源和探测器的特性来改进信噪比、减少杂散光或衍射峰的干扰仍然是极具挑战性的课题。

现有的通用方案是采用θ-2θ转角仪，其设置原理如图1所示。图1示意性示出现有技术中θ-2θ转角仪用于掠入射XAFS实验的示意图，经过单色器的X射线经过前电离室入射到样品上，样品台固定在轴座上，轴座本身可以绕测角台中心轴转动（θ转动）。探测器（一般为NaI闪烁探测器）则固定在轴臂上，轴臂也可以绕轴转动（2θ转动）。整个转台置于一个电动升降台上，以调整其垂直高度。在样品台上方的转台基座上固定一个荧光电离室以接收样品的荧光信号。

这种设置存在如下问题：样品的初始位置难以精确定位。而且，这种设置中样品的转动角度难以精确调整。另外，这种设置的探测噪声大，采谱质量不高。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题中的一个或多个，本申请实施例提供一种专用于掠入射XAFS实验的装置以及该装置的调整方法。

本申请实施例提供了一种专用于掠入射XAFS实验的装置，包括：

用于产生所述掠入射XAFS实验所需的X射线的装置；

前狭缝，用于限定所述X射线源发出的X射线的尺寸；

第一升降台，用于安装所述前狭缝，并使所述前狭缝在与所述X射线的光轴方向垂直的方向上升降；

样品架，用于承载样品，所述样品的表面与从所述前狭缝出射的X射线相互作用；

旋转台，用于安装所述样品架，并使得所述样品架上的样品转动，以获得所需的X射线掠入射角度；

第二升降台，用于安装所述旋转台，并使得所述旋转台在与所述X射线的光轴方向垂直的方向上升降；

后狭缝，用于限定与所述样品的表面相互作用后的全反射X射线的尺寸；

第三升降台，用于安装所述后狭缝，并使得所述后狭缝在与所述X射线垂直的方向上升降；

基座升降部，用于安装所述第一升降台、所述第二升降台和所述第三升降台，使得所述第一升降台、第二升降台和所述第三升降台在与所述X射线的光轴方向垂直的方向上升降；

第一探测器，用于探测从所述样品发出的荧光信号；

第二探测器，用于探测从所述后狭缝出射的X射线信号。

在前述结构的基础上，还可以包括狭缝组件，设置在所述样品架与所述第一探测器之间；所述狭缝组件包括一组不平行的叶片并且具有焦点。并且所述样品的中线至所述旋转台的台面的距离为所述狭缝组件的焦点距离。

在前述实施例的基础上，所述第一探测器上可以设置有遮光罩。