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同步辐射自1947年被发现以来,至今已有60余年的历史,随着应用研究的不断深入,应用范围的不断拓展,同步辐射光源已经历了三代的发展。第三代同步辐射光源上,软x射线光束线发展的一个核心问题是提高光束线的能量分辨能力。作为光束线的重要指标之一,能量分辨能力很大程度上决定了实验站的性能(例如M.M.Brzhezinskaya等人利用高分辨软x射线吸收谱和光电子谱研究了氟化碳纳米管中氟原子与碳原子间共价键的形成)。提高能量分辨率的主要手段为提高储存环电子束的稳定性、通过使用插入件获得高质量同步辐射以及提高光学元件的精度等等。
上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)是国内首台三代同步辐射装置,储存环电子束能量为3.5GeV。作为上海光源首批建造的七条光束线站之一,软x射线谱学显微光束线(BL08U)是唯一一条运行在软x射线波段的光束线。如何检测光束线的能量分辨率是上海光源建成后的核心问题之一,也是为其今后继续发展,建造更高性能光束线所必须要解决的问题。
在软x射线能量范围内,国际上普遍使用的评估光束线能量分辨能力的方法为测量标准气体的电离激发谱或电离吸收谱,通过分析测量所得谱线得到光束线的仪器展宽,进而可以计算出它的能量分辨率。目前常被用来测量激发谱(吸收谱)的探测器分为气体电离室与单通道电子倍增器(CEMs)两大类。本项研究采用国内使用较为成熟,并且在国际上还广泛使用的气体电离室作为探测器,对上海光源软x射线光束线的能量分辨率进行了测量。早在1964年,气体电离室就被报道用来测量氮气的吸收谱,而早期测量的主要目的是为了得到光吸收系数,直到二十世纪八十年代才开始用于定量评估光束线的能量分辨能力。与CEMs相比,气体电离室的优点为具有相对简单的结构与电子学设备,且收集极不易损坏,所以时至今日它仍然在世界范围内多个同步辐射装置上被广泛应用,其中不乏一些高能量分辨率的光束线。然而为了保证采集的信号具有较好的信噪比,电离室内待测气体的压强往往相对较高,这也同时增加了气体碰撞展宽对最终结果的影响,降低了测量的准确度,而关于气体压强对能量分辨率的影响的研究目前还未见报道。
本文实验配合上海光源软x射线谱学显微光束线站的安装调试及测试验收同时进行,研究内容主要包括气体电离室的设计与安装调试,气体电离激发谱的测量以及通过分析谱线对光束线能量分辨能力做定量评估。本文创新点在于,在评估能量分辨能力时讨论了气体压强对它的影响,并首次给出了二者之间的关系式及碰撞展宽的修正方法。通过在处理过程中加入碰撞展宽修正项,碰撞展宽对最终结果的影响可以有效的消除,并通过自行设计的气体电离室进行了验证。