[实用新型]一种多用途同步辐射相干X射线衍射显微成像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多用途同步辐射相干X射线衍射显微成像装置。

背景技术

1895年伦琴首次发现X射线以来,X射线被广泛用于成像和结构解析，其中布拉格根据晶体的X射线衍射现象，将X射线用于解析晶体的原子和分子结构。经过近100年的发展,X射线晶体学在解析晶体的原子结构方面起了重要作用，但是X射线晶体学不适用于非结晶性材料。相干X射线衍射成像技术作为X射线晶体学的发展和延伸，是一种非常有潜力的解析晶体和非晶材料三维高分辨结构的方法。在材料学，物理学，生物学等学科有重要的应用价值。

相干X射线衍射成像技术（coherent x-ray diffraction imaging，简记为CDI）又称为无透镜成像技术，是近十几年来发展起来的新成像方法。其基本成像原理是当一束相干X射线照射样品，可以是晶体和非晶样品，在远场处得到的衍射图样是样品的傅里叶变换，但是探测器只能记录衍射图样的强度信息，利用计算机，采用迭代和过度取样相结合的算法实现衍射图样的相位恢复和图像重建。由于X射线具有波长短，穿透能力强等特点，相比传统的成像方法，相干X射线衍射成像技术具有诸多优点：相比光学显微镜能获得较高的分辨率；相比扫描电子显微镜和原子力显微镜能够获得三维高分辨信息；相比透射电子显微镜能够对更厚的样品进行成像；另外，由于其不以X射线光学元件为成像基础，克服了X射线难以聚焦的缺点。同时该成像方法是以同步辐射相干X射线为光源，相比于实验室X射线机，同步辐射X射线光源具有更好的亮度和空间、时间相干性，保证了具有确定相位关系，高分辨，高信噪比的相干衍射信号的获取。

上述成像方法自1999年首次实现以来已经得到了快速的发展，在此基础上发展出扫描CDI，菲涅尔CDI，反射CDI等多种CDI成像新方法。其应用领域也在进一步扩展，主要有生物材料三维高分辨成像，如未染色酵母菌细胞的三维定量成像分析；无机材料的三维量化研究，如GaN量子点的三维壳层结构量化成像等。实现样品结构的三维重建，一套精确有效的计算机断层扫描重建算法是重建成功的保证。滤波反投影重建算法和基于迭代算法的等斜率断层扫描重建算法是两种常用算法，其中等斜率断层扫描重建算法是以等斜率间隔取投影，采用迭代方法进行三维重建的算法，相比于传统CT的滤波反投影重建算法，在获取相同图像重建质量的情况下能够有效的重建所需的投影数量。

X射线对样品的辐射损伤，尤其对生物样品的辐射损伤是限制相干X射线衍射成像技术进一步发展的一个重要原因。采用冷冻技术和减少三维重建所需的投影数是能够降低辐射样品损伤的有效方法。冷冻相干X射线衍射成像和低辐射剂量三维重建是目前相干X射线发展的重点。

目前传统的相干X射线衍射显微镜成像系统主要搭建于高性能同步辐射光源，主要能够实现某一种特定的相干X射线衍射成像，如仅实现非真空状态下的平面波CDI成像等，且三维重建是基于传统等角度取样的滤波反投影算法进行，三维重建精度较差。对于样品的辐射损伤问题没有很好的解决。随着第四代同步辐射光源-X射线自由电子激光的发展，相干X射线衍射成像技术在无损伤成像和动态成像方面具有巨大的应用前景，因此一套可移动多功能相干X射线衍射显微镜系统对于开展相干X射线衍射成像新方法研究和材料的定量、原位、动态成像等具有重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多用途同步辐射相干X射线衍射显微成像装置。

在同步辐射相干X射线衍射显微成像实验中，由于同步辐射光源是固定的，因此需要根据光源来搭建可移动的多用途同步辐射相干X射线衍射显微成像装置。