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1W1B-XAFS實(shí)驗(yàn)站

一、簡(jiǎn)介

X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜(X-ray Absorption Fine Structure)是近四十多年來迅速發(fā)展起來的一個(gè)非?；钴S的學(xué)科領(lǐng)域。它是研究、近鄰原子作用的一種重要手段，是進(jìn)行定量結(jié)構(gòu)分析的有效方法。BSRF－XAFS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)始建成于1990年，束線為4W1B，是由單周期WIGGLER 4W1引出的一條非聚焦單色光束線，主要光學(xué)元件是雙晶單色器。長(zhǎng)期以來是國(guó)內(nèi)唯一的一條XAFS專用光束線。2003年完成了系統(tǒng)更新改造。新XAFS專用束線1W1B由儲(chǔ)存環(huán)中7周期WIGGLER 1W1引出，為聚焦單色光束線。該束線光強(qiáng)比4W1B提高了一個(gè)量級(jí)以上，2008年實(shí)驗(yàn)站建立了19元半導(dǎo)體陣列探測(cè)器，大大提高了痕量元素的測(cè)試能力。該束線一直穩(wěn)定運(yùn)行至今，2014年實(shí)現(xiàn)在專用和兼用兩種模式下運(yùn)行開放。有效機(jī)時(shí)利用率達(dá)到98％以上，每年完成的用戶課題數(shù)為BSRF接受的總課題數(shù)的20％－30％，每年相關(guān)工作發(fā)表文章約為幾百篇。

圖1 XAFS實(shí)驗(yàn)站

二、研究范圍

由于XAFS適合于所有樣品的物理狀態(tài)，如晶體、粉末，同時(shí)溶液樣品也可以研究，在各種pH值、溫度、壓力下也可以應(yīng)用，所以是對(duì)晶體學(xué)和核磁共振方法的有效補(bǔ)充。因此XAFS被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、催化以及物理、化學(xué)、地礦、考古等多學(xué)科領(lǐng)域，是世界各同步輻射實(shí)驗(yàn)室涉及學(xué)科面最廣、用戶最多的實(shí)驗(yàn)方法之一。

三、研究方法發(fā)展方向

基于1W1B-XAFS線站，發(fā)展、建立、完善包括痕量、微區(qū)、時(shí)間分辨、極端條件的XAFS實(shí)驗(yàn)探測(cè)方法及分析手段，形成多方法高性能，穩(wěn)定運(yùn)行的XAFS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、物理、化學(xué)、化工等學(xué)科領(lǐng)域做出國(guó)際一流的工作提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

今后XAFS實(shí)驗(yàn)站重點(diǎn)發(fā)展方向如下：

（1）發(fā)展微區(qū)μ-XAFS+μ-XRF吸收譜的試驗(yàn)方法：

應(yīng)用方面：環(huán)境, 毒理，醫(yī)學(xué)，生物，地礦及生命科學(xué)等領(lǐng)域的MAPPING，對(duì)于樣品開展吸收譜及熒光分析方法同步微區(qū)分析。

（2）發(fā)展時(shí)間分辨吸收譜試驗(yàn)方法：

應(yīng)用方面：化學(xué)、化工、材料；動(dòng)力學(xué)反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)變化研究

主要指標(biāo)：Q-XAFS方法達(dá)到秒量級(jí)

（3）發(fā)展原位，極端條件吸收譜試驗(yàn)方法：

應(yīng)用方面：生命科學(xué)，化學(xué)，化工，材料科學(xué)等領(lǐng)域中高低溫、高壓條件下的吸收譜學(xué)結(jié)構(gòu)研究

主要指標(biāo)：溫度上限：1000℃；溫度下限：10K；壓力上限：60 GPa

（4）發(fā)展聯(lián)合在線測(cè)試方法：

發(fā)展XAFS-FTIR,XAFS-XRF, XAFS-XRD等聯(lián)合測(cè)試技術(shù)

四、束線結(jié)構(gòu)

1W1B-XAFS束線由BEPC儲(chǔ)存環(huán)中新建七周期永磁WIGGLER（1W1）引出。束線采用國(guó)際高強(qiáng)度同類束線的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其主要光學(xué)系統(tǒng)由準(zhǔn)直鏡，雙晶單色器,及超環(huán)面鏡組成, 是一條高強(qiáng)度、高能量分辨、單色聚焦光束線。距光源 21.99 米處放置了準(zhǔn)直鏡；距光源 24.11m 處安裝雙晶單色器, 其下游距光源 25.82m 處安裝超環(huán)面鏡。束線從前端引出后, 首先經(jīng)過準(zhǔn)直鏡,用以改善出射光的垂直發(fā)散度, 從而提高系統(tǒng)能量分辨率；出射光經(jīng)由雙晶單色器單色化后，最后由超環(huán)面鏡做水平和垂直聚焦到樣品處。雙晶單色器使用 Si(111)雙平晶晶體，采用了 T 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)晶體做 BRAGG 角轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過特定的機(jī)械傳動(dòng)，調(diào)節(jié)雙晶間距，以保持固定光斑出口高度。角度調(diào)整范圍為 3.8—32 度，能量掃描范圍是 4.8-22.8 keV。XAFS 實(shí)驗(yàn)棚屋位于光束線末端，配備了透射及熒光探測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn) XAFS 信號(hào)的獲取及處理。系統(tǒng)由一臺(tái)微機(jī)控制，以 Labview 開發(fā)的實(shí)驗(yàn)采譜軟件。