同步辐射X射线相衬显微CT在古生物学中的应用

X射线无损成像技术在古生物化石标本研究领域中应用十分广泛.近几年来,随着技术的不断革新,同步辐射X射线相衬显微断层成像技术(SRX-PC-μCT)也被引入到这一领域.由于同步辐射光源产生的硬X射线具有高亮度、高准直性和高空间相干性等优点,可以实现化石标本高分辨率(亚微米级)的无损三维显微成像,给古生物学的发展带来了新的机遇.文章简要回顾了用于古生物化石标本无损成像技术的发展历程,并在此基础L综述了同步辐射X射线断层显微成像技术在古生物学领域的应用现状和前景.     

利用X射线相衬显微研究野山参的特征结构

利用X射线的空间相干特性,可实现低Z介质内部结构的高衬度成像.人参主要由碳、氢、氧、氮等轻元素组成,原则上可以利用相衬成像来实现其特征结构的无损成像.由于具有更高的相干通量,利用第三代同步辐射光源成像可获得更高的时间和空间分辨,可用于研究更高分辨的人参特征显微结构.本文利用新建成的上海光源,较为系统地研究了野山参的显微特征结构.作为比较,给出了相应的园参特征结构,并与野山参进行了比对、分析.发现了一种未曾报道过的结构,这很可能是一个新的人参特征结构.研究结果表明,X射线相衬显微有望成为野山参鉴定的一种新的手段. 关键词： X射线相衬显微 同步辐射 显微鉴定 人参特征结构     

铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究

第三代同步辐射光源X射线具有高亮度、光谱连续、宽频谱范围、高空间分辨率、高衬度分辨率等独特优越性,可实现光谱精准计算及能量可调,对低Z材料内部结构边缘增强图像方面也具有很强的优势。利用上海同步辐射光源X射线双能减影和相衬成像技术,实现铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究,并获得了Cu的分布图和处理材的内部结构,该技术为防腐处理竹材解剖学研究提供了一个重要无损检测手段。     

上海光源X射线成像及其应用研究进展

作为具有国际先进水平的第三代同步辐射光源,上海光源的X射线亮度比普通X光管高12~16个量级,基于它的X射线成像具有高空间分辨、高衬度分辨和快时间分辨的特点,同步辐射X射线可对样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像,而且可以实现相位衬度成像,从而将X射线成像的应用领域拓展到软组织、聚合物等低Z材料。自2009年正式向用户开放以来,上海光源已在生物医学、材料科学、古生物学、土壤学等领域取得了一大批重要研究成果。为更好地支持用户,上海光源X射线成像组在定量成像、CT成像、快速CT重构等成像方法学领域开展了较为全面、系统的研究,大幅提高了实验效率和对不同样品的适应性。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及相关应用研究进展。     

同步辐射软X射线显微成像

软X射线显微成像是同步辐射最主要的应用之一,本文简明介绍软X射线显微成像的衬度机制,光源,成像方法和一些应用结果。     

上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探

相干X射线衍射成像方法是一种先进的成像技术,分辨率可达纳米量级.国际上大多数的同步辐射装置和自由电子激光装置都建立了该成像方法,并有将其作为主要成像技术的趋势.上海光源作为目前国内唯一的一台第三代同步辐射光源,尚未建立基于硬X射线的相干衍射成像实验平台.随着一批以波荡器为光源的光束线站投入使用,使得该方法的建立成为了可能.本文基于上海光源BL19U2生物小角散射线站,通过有效的光路设计,搭建了相干衍射实验平台,在12 keV和13.5 keV能量点均获得了硬X射线相干光束,并基于小孔衍射测量了入射光束的空间相干长度.该平台支持常规和扫描相干衍射实验模式,对小孔衍射图样及波带片扫描衍射图样实现了正确的相位重建,证明了该平台初步具备开展硬X射线相干衍射成像实验的能力.硬X射线相干衍射成像实验平台为国内首次建立,将为国内该实验方法的发展和应用提供有效的软硬件支持.     

强吸收介质内部低Z材料结构的X射线显微成像研究

惯性约束核聚变靶室靶丸位置的原位无损检测是目前的研究热点和难点.针对此需求,建立了强吸收介质包裹的低Z材料X射线显微成像物理模型.通过计算机模拟和实验,较为系统地考察了光子能量、成像距离以及强吸收介质尺度等参量对成像质量的影响.结果表明,利用X射线相衬成像技术来实现惯性约束核聚变靶室靶丸的高分辨无损检测是可行的. 关键词： X射线显微 位相衬度 核聚变靶 无损检测     

合肥同步辐射软X射线显微术研究

合肥国家同步辐射实验室首期建设的光束线之一用于软Ｘ射线显微成像研究。实验站现已装置初型的扫描透射Ｘ射线显微镜，并正在进行亲一代的扫描显微建设，同时还使同步辐射光进行接触软Ｘ射线呈微成像研究，并对选取的一些生物样品进行了成像试验。本文介绍了合肥同步辐射光源上软Ｘ射线显微术实验线站的建设及完成的一些实验结果。     

同步辐射计算机断层技术光源误差机理分析

基于同步辐射X射线的优越特性及计算机断层重建技术对材料无损检测等优点,同步辐射计算机断层重建技术被广泛应用于很多领域.本文对光源非均匀、过饱和以及过穿透的三种情形所引起同步辐射计算机断层技术重建误差的形成机理进行了分析研究,给出了三种情形所引起误差的基本形式.在此基础上,对这三种误差进行了数值模拟,模拟结果证实了分析的正确性. 关键词： 同步辐射 计算机断层 光源 误差     

软X射线显微术

一、引 言 X射线作为一种显微工具已研究多年,且早有介绍[1].但以前的研究大多使用波长在0.1-1nm的较硬的X射线,这主要是受到X射线光源的限制.硬X射线与物质作用比较复杂,不利于得到好的衬度.七十年代以来,同步辐射光源的发展,提供了具有高强度的连续可调波长的软X射线光源.软X射线显微术(波长范围大约在 1—10 nm)具有电子显微术所不具备的优点,尤其是在研究生物物质(特别是活的物质)及轻元素方面.因此,近年来X射线显微术的研究重新活跃起来,而且软X射线光学也有了新的发展.现在使用软X射线光学直接成像的分辨率已经超过光学显微镜的分…     

木材、竹材密度的CT技术检测

CT在木质材料无损检测中应用日趋广泛,其密度检测是这一应用的关键技术之一。本文用CT对木材、竹材气干材密度进行了研究。通过分析气干材密度(0.303～1.061 g·cm-3)与相应CT值的相互关系,获得24种木材气干材密度与相应CT值之间的线性模型,以及25种木质材料(24种木材及1种竹材)气干材密度与其CT值的混合数学线性模型,相关系数R均达0.99以上,实现了木质材料密度的高效连续精确无损检测,是木质材料CT技术量化检测的突破,为CT技术更好应用于木竹材科学研究与生产加工提供了技术支持和参考依据。     

基于SR-WAXS技术的竹材纤维素晶胞模型研究

竹材中纤维素聚集态结构的不同,将直接影响到竹纤维复合材料性能,对于竹材纤维素晶胞单元的认识主要基于Meyer-Misch模型,由于天然纤维素的同质异构体,在每种植物中存在比例不同,所以竹材中纤维素应有其特有的晶胞模型。以毛竹(Phyllostachys edulis (carriere) J. Houz)为研究对象,通过同步辐射广角X射线散射技术对毛竹纤维素晶胞模型进行研究,利用单斜晶系晶面间距公式与毛竹纤维素衍射峰,精确计算晶胞模型。结果显示,若以b轴为纤维轴的单斜晶系纤维素单元,则晶胞参数为：a=8.35 ,b=10.38 ,c=8.02 ,β=84.99°,该晶胞包含四个葡萄糖基,由两条反向平行分子链构成。研究结果可为开发制作高性能竹纤维复合材料等高附加值应用提供理论依据。     

Nanoindentation mapping of a wood-adhesive bond

A mapping experiment of a wood phenol–resorcinol–formaldehyde adhesive bond was performed by means of grid nanoindentation. The variability of the modulus of elasticity and the hardness was evaluated for an area of 17 μm by 90 μm. Overall, the modulus of elasticity of the adhesive was clearly lower than the modulus of wood cell walls, whereas the hardness of the adhesive was slightly higher compared to cell walls. A very slight trend of decreasing modulus of elasticity was found with increasing distance from the immediate bond line. However, the trend was superimposed by a high variability of the modulus of elasticity in dependence on the position in the wood cell wall. The unexpectedly high variation of the modulus between 12 and 24 GPa may be explained by the interaction between the helical orientation of the cellulose microfibrils in the S2 layer of the wood cell wall and the geometry of the three-sided Berkovich type indenter pyramid used. Corresponding to the very slight decrease in modulus with increasing distance from the bond line, a similar but clearer trend was found for hardness. Both trends of changing mechanical properties of wood cell walls with varying distance from the bond line are attributed to effects of adhesive penetration into the wood cell wall. PACS 81.70.-q     

Synchrotron-Based Capabilities for Studying Engineering Materials at PETRA-III

Scientists and engineers are increasingly using synchrotron radiation, largely due to its special characteristics, including high flux (intensity, high temporal resolution), low divergence (high spatial resolution, efficient focusing), linear polarization, and high penetration power. While surface-sensitive optical, electron microscopy and certain X-ray techniques (grazing incidence diffraction, reflectivity) tackle many problems, materials engineering largely relies on the volume properties of materials: residual strains and textures in the interior of building structures, overall phase composition, slip systems, etc.     

竹材的纳米TiO_2改性及抗菌防霉性能研究

竹材是一种重要的森林资源,但容易腐朽霉变,在户外使用受到限制。可采用溶胶-凝胶法,在低温条件下制备了TiO2溶胶,并通过浸渍提拉的方式,完成了竹材的纳米TiO2改性。同时利用电子核磁共振波谱仪(NMR)、场发射环境扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDAX)对TiO2进行形态和结构表征,重点研究了温度对TiO2薄膜形态、晶型及抗菌防霉性能的影响。研究结果表明,3种温度(20,60,105℃)处理的TiO2改性竹材不仅完全保持了竹材的天然颜色、纹理、结构,而且抗菌性能由不具抗菌性变为对大肠杆菌的杀菌率超过99%,防霉性能提高了10倍以上。这种方法有望成为竹材功能性改良的新手段,并对包括木材在内的其他天然生物质材料保护和改良也具有借鉴意义。     

同步辐射显微技术在高分子材料结构研究中的应用

高分子材料以其优异的性能广泛应用于人类生活的每个角落,但其发展受限于研究手段.基于同步辐射先进光源的研究方法(如散射、吸收和成像等)具有高的空间、时间和能量分辨的优势,是揭示高分子材料多尺度结构形成和演化动力学最有效的工具之一.文章结合作者和国内外同行的工作,以具体案例的形式介绍了同步辐射技术在高分子材料结构研究中的应用.希望能起到抛砖引玉的作用,吸引更多的从事高分子材料结构研究的同行利用同步辐射开展科学研究,同时希望更多的进行物理学研究的同行来帮助回答高分子物理的一些基本科学问题.     

Cultural heritage and archaeology materials studied by synchrotron spectroscopy and imaging

The use of synchrotron radiation techniques to study cultural heritage and archaeological materials has undergone a steep increase over the past 10–15 years. The range of materials studied is very broad and encompasses painting materials, stone, glass, ceramics, metals, cellulosic and wooden materials, and a cluster of organic-based materials, in phase with the diversity observed at archaeological sites, museums, historical buildings, etc. Main areas of investigation are: (1) the study of the alteration and corrosion processes, for which the unique non-destructive speciation capabilities of X-ray absorption have proved very beneficial, (2) the understanding of the technologies and identification of the raw materials used to produce archaeological artefacts and art objects and, to a lesser extent, (3) the investigation of current or novel stabilisation, conservation and restoration practices. In terms of the synchrotron methods used, the main focus so far has been on X-ray techniques, primarily X-ray fluorescence, absorption and diffraction, and Fourier-transform infrared spectroscopy. We review here the use of these techniques from recent works published in the field demonstrating the breadth of applications and future potential offered by third generation synchrotron techniques. New developments in imaging and advanced spectroscopy, included in the UV/visible and IR ranges, could even broaden the variety of materials studied, in particular by fostering more studies on organic and complex organic–inorganic mixtures, while new support activities at synchrotron facilities might facilitate transfer of knowledge between synchrotron specialists and users from archaeology and cultural heritage sciences.