论文部分内容阅读
X射线吸收精细结构(XAFS)是用于描绘局部结构最强有力的工具之一,它能够在固态、液态等多种条件下研究原子或粒子的化学状态和近邻结构。在荧光XAFS实验中,通过在荧光探测器前端安装滤片和Soller狭缝可以有效地降低杂散光对实验的影响。上海光源XAFS线站BL14W1的32元高纯锗固体荧光探测器在使用中,配套的Soller狭缝采用手动对焦的方式,调节繁琐费时,且很难发挥Soller狭缝的最佳效率。基于这个问题,本论文提出了一种用于多元荧光探测器Soller狭缝的自动对焦方法,并在上海光源BL14W1线站实现了Soller狭缝自动对焦系统。本论文的主要研究工作如下:第一,建立了多元荧光探测器的Soller狭缝自动对焦方法理论。首先通过模拟Soller狭缝对荧光光子的筛选过程,构建了最接近实际情况的荧光光强分布模型。通过分析该模型获得的荧光光强的分布数据,找出了Soller狭缝后端荧光光强分布的特点。接下来,此基础上对狭缝模型进行了近似处理,用几何方法构建了二维平面下Soller狭缝后端荧光光强分布模型,并将其推广到了三维,建立了荧光光强分布与荧光激发点坐标之间的函数关系。最后,通过模型的函数关系求解,得到了激发点坐标与荧光光强分布系数的函数关系,提出了通过最小二乘拟合法求解荧光光强分布系数,进一步得到激发点坐标,并用于对焦操作的Soller狭缝自动对焦方法理论。第二,在上海光源BL14W1线站实现了Soller狭缝自动对焦系统。根据对焦过程,将整个系统划分为四个部分:采集系统、主控程序、拟合计算程序以及机电系统。采集系统实现荧光探测器的配置和数据采集,由DXP-XMAP采集模块实现;主控程序实现各个部分之间的数据传输和对焦过程的控制,分别通过EPICS系统和LabVIEW在Linux和Windows环境下得到实现;拟合程序根据Soller狭缝后端荧光光强分布拟合出激发点坐标,通过MATLAB软件完成;机电系统控制样品台的移动实现对焦操作,通过EPICS下的Motor module实现。同时,实现过程中考虑到实验室计算机硬件资源有限的情况,讨论了运行程序的环境设置方法,降低了对焦系统的程序运行开销。最后,对上述自动对焦方法在上海光源BL14W1线站进行了验证。首先,通过比较拟合得到的荧光激发点坐标与实际值之间的关系,证明了本方法在荧光激发点靠近焦点的情况下有较好的精确度和线性度。然后,通过测量CuSO4溶液的荧光谱,分析了滤片和Soller狭缝对荧光谱的作用,证明了滤片和聚焦的Soller狭缝可以有效地降低杂散光的影响。最后,通过分别采集Soller狭缝对焦前后,MnCl2样品的三个XAFS谱,验证了对焦系统对荧光XAFS实验信噪比的影响:在Soller狭缝聚焦的情况下采集到的XAFS谱信噪比最高。