目 录 大会邀请报告 在中国同步辐射装置上开展生命科学研究工作的一些思考若干蛋白质晶体结构测定进展同步辐射与高温超导的电子结构纳米材料的同步辐射表征同步辐射在磁学中的应用用同步辐射研究液态及软物质同步辐射与医学成像研究的进展散裂中子源及其应用同步辐射光源新进展同步辐射在环境科学中的应用光束线技术中国

Transcription

1

2 目 录 大会邀请报告 在中国同步辐射装置上开展生命科学研究工作的一些思考若干蛋白质晶体结构测定进展同步辐射与高温超导的电子结构纳米材料的同步辐射表征同步辐射在磁学中的应用用同步辐射研究液态及软物质同步辐射与医学成像研究的进展散裂中子源及其应用同步辐射光源新进展同步辐射在环境科学中的应用光束线技术中国先进研究堆上的中子散射技术和前景展望 冼鼎昌等牛立文封东来吴自玉金晓峰陆坤权唐劲天方守贤赵振堂陈同斌等王秋平陈东风等 光源技术 BFEL 的应用研究中物院远红外自由电子激光研究及发展短波长自由电子激光研究上海深紫外 FEL 实验装置研制进展基于汤姆逊散射的 X 射线源远红外储存环的设想超短电子束装置及相干 T-ray 源的研制进展 Status and Challenges of XFEL R&D 戴建枰等金晓贾启卡上海深紫外 FEL 项目组唐传祥王琳等超短电子束装置及相干 T-ray 源项目组 X. J. Wang 基于超导加速器的 SASE 自由电子激光关键物理与技术问题的研究 BEPC-II 作为同步辐射光源的物理设计方案 NSRL 波荡器 UD- 研制第一台真空内扭摆磁铁的设计与研制可变椭圆极化波荡器及其相干太赫兹辐射的研究 鲁向阳加速器中心物理组贾启卡石才土等周巧根等 I

3 光束线技术和工程 X 射线光学元件及其在同步辐射中的应用 W-XAFS 束线束流监测系统 NSRL XAFS 数据处理软件包新进展 BSRF 新建光束线设备保护系统的研制北京同步辐射 WB XAFS 的实验控制系统新型大量程 LTP 控制系统及数据处理系统 BSRF-3B3 光束线双晶单色器控制系统设计北京同步辐射实验室生物大分子晶体学光束线与实验站基于 LabVIEW 的软 X 射线磁性圆二色实验数据采集和控制程序的编制加拿大光源高通量 中等分辨软 X 射线发射光谱光束线的概念设计平面变间距光栅单色器波长扫描机构的测试与标定国家同步辐射实验室 BL-U0B 光束线改造 X 射线超反射镜的设计与制备第三代同步辐射光源光束线工程技术的发展新建 W-XAFS 束线改进后的 4B9A 光束线北京生物大分子和 XAFS 光束线准直聚焦系统中压弯机构力学性能分析压弯聚焦镜自重平衡的研究同步辐射光束线中精密调整步进电机控制的电细分技术 BSRF 3BA 光刻束线反射镜扫描系统的改进 VUV 光束线 3BB 的改建水冷三角弯晶单色器的设计与性能测试提高 X 射线波段多层膜光谱分辨率的研究同步辐射正面屏蔽的 Monte-Carlo 计算新型大量程长程面形仪研制 BSRF-3B3 中能光束线聚焦镜压弯机构离线测试 王占山等谢亚宁等钟文杰等熊慎寿等刘涛等杜国浩等傅远等董宇辉等王劼吕丽军卢启鹏张国斌等张众等夏绍建等谢亚宁等吴忠华陈文元等周泗忠董健等伊福廷钱海杰等贾全杰等吴文娟等王传珊等温利等朱毅等 同步辐射应用 ( 包括自由电子激光 中子散射 相干 T-ray 等 ) Applications of Synchrotron Radiation to Materials Science X 射线粉末衍射的发展 Jiang Jianzhong 马礼敦 II

4 界面粗糙度对 Co/Cu/Cu/NiO 自旋阀磁电阻的影响 AlGaN/GaN 异质结结构的应变研究 NSRL 在半导体表面结构的光电子衍射研究光电子能谱原位研究 HfO 2 的生长机制及界面特性 Ge/Si(00) 量子点组分的掠入射 X 射线反常散射测量 La 2/3 Ca /3 MnO 3 薄膜结构与输运性质 Yb:YAG 晶体的生长缺陷及位错走向吸氘镧基合金微观结构及氘占位的中子衍射研究 TATB 含能材料微孔结构的小角 X 射线散射研究 Nd:SGG 晶体缺陷的同步辐射白光形貌术研究大块非晶合金 Zr 55 Cu 30 Al 0 Ni 5 结构弛豫的 SAXS 研究应用自由电子激光研究红外光电子半导体材料和器件的非线性效应 XAS investigations on Eu in compounds in Eu-Ga-Ge system 分子束外延生长 ZnO 薄膜的 XAFS 研究 Pr -x Sr x MnO 3 体系中 O2p 空穴参与的 Os 近边吸收谱 Co-C 60 和 Co-SiO 2 纳米复合膜局域结构的荧光 XAFS 研究掠入射荧光 XAFS 研究 Pt 超薄膜的局域结构多重散射 XAFS 方法研究 Si(00) 中的 Ge 杂质的局域结构半导体量子体系微结构的同步辐射研究 XAFS 和 XRD 研究高能球磨对 Fe 60 Ni 40 合金局域结构的影响 CuO/γ-Al 2 O 3 单分散催化剂的 XAFS 研究 X 射线谱学研究元素 B 和 P 对纳米非晶态合金 Ni-B 和 Ni-P 的影响原位 XAFS 研究熔态 Sb 和 InSb 的局域结构氯化铜水溶液微观结构的 XAFS 方法研究同步辐射应用于小晶体和不完善晶体的结构生物学研究 张爱梅等谭伟石等徐彭寿等徐闰等何庆等吴小山等杨培志等陈波等陈波等肖敬忠等柳义等陆卫 Jing-Tai Zhao 吴志浩等奎热西等盛斌等谢治等孙治湖等孙治湖等殷士龙等陈栋梁等姜政等闫文盛等孙民华等夏宗芗等 在北京同步辐射实验室生物大分子晶体学实验站开展 多波长异常衍射实验的研究在北京同步辐射实验室兼用模式下开展生物大分子晶体结构研究工作生物大分子溶液小角散射方法及在 BSRF 的进展同步辐射 ( 软 X 超软 X 射线 ) 辐照农作物种子的诱变效应两种含锌金属蛋白的 XAFS 研究 黄胜等刘鹏等洪新国唐掌雄李树军 III

5 微型反应器中丙烯酸甲酯的分散聚合研究 利用同步辐射和分子束质谱研究燃烧与火焰 SR-XRMP 研究海山富钴结壳微构造的元素分布特征 刘刚等 齐飞等 王晓红等 Analysis of the Distribution of Chemical Element in Adelie Penguin Bone Using Synchrotron Radiation X-ray Fluorescence Zhouqing Xie et.al. Synchrotron Radiation X-ray Fluorescence Analysis of Ancient Pottery Relics on Zhujiajian Island, Zhejiang Province, China Li-guang Sun et.al.. AXFS 技术应用于研究 NPME ( 或 OA) 溶液中杯芳冠醚与铯离子的配位化学用 X 射线吸收近边结构谱研究大气颗粒物中元素种态同步辐射 X 射线微束用于单颗粒大气气溶胶的研究同步辐射的医学应用两块晶体的硬 X 射线衍射加强成像小鼠正常肺 肺部病变同步辐射 X- 射线相衬成像的实验研究同步辐射相反衬成像在微米尺度上医学诊断的研究北京同步辐射硬 X 射线位相衬度成像股骨头缺损修复同步辐射 X 线相衬成像的实验研究用于大尺寸样品的同步辐射硬 X 射线衍射增强成像方法研究同步辐射 X 射线白光束位相衬度成象基于加速器中子源的快中子成象软 X 射线全息显微图像的实时记录 北京同步辐射硬 X 射线同轴位相衬度成像的新进展 微聚焦管硬 X 射线位相衬度成像 生物碱络盐的同步辐射 XPCI 研究北京同步辐射微束荧光分析进展相干 THz 辐射及其应用同步辐射高分辨 X 射线荧光谱仪及其应用进展高能量分辨率荧光谱学装置设计及性能的初步测试散裂中子源靶站和中子散射谱仪的概念设计 CARR 上的应力测量中子衍射谱仪概念设计和模拟研究成像板探测器在小分子晶体学中的应用同步辐射 X 射线掠入射小角散射实验技术及发展 高建勋等王荫淞等岳伟生等姜晓明黎刚等陈志华等张桂林等田玉莲等孙伟等袁清习等蒋诗平等蒋诗平等高鸿奕等陈敏等陈敏等魏逊等黄宇营等余笑寒华巍等郑文莉等王芳卫等郭立平等范荣等王玉柱等 IV

6 晶体热膨胀和机械不稳定性对衍射增强成像影响的定性分析 Mo/Si/C 多层膜退火后的同步辐射研究 X 射线滤光片的研制 王寯越等 朱杰等 张静等 过渡金属二硼化物 TB2(Ti Cr Zr Nb Ta) 的 扩展 X 射线吸收精细结构谱分析纳米 LaMnO 3 的 X 射线吸收精细结构研究钙钛矿结构的压制相变及总能量从头计算的研究过渡金属一维纳米材料及其同步辐射研究注氦钛膜的同步辐射 X 射线衍射研究 储旺盛等陈兴等巫翔等刘晨敏等郭立平等 V

7 在中国同步辐射装置上开展生命科学研究工作的一些思考 冼鼎昌吴自玉 ( 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 在世界范围内, 正在建设和运行的同步辐射装置已有 70 多个, 其应用领域和用户队伍仍在不断扩大, 新的第四代光源也正在设计和立项之中 我国自 90 年代以来相继建成了两个装置,BSRF( 北京 ) 和 NSRL( 合肥 ), 它们都有用于生物大分子晶体的专用光束线和实验站, 都充分发挥了自身加速器提供的研究能力 通过近半年来的运行和使用表明, 在这两个装置上已经可以进行 MAD(SAD) 的工作, 得到了一批达到国际先进水平的研究成果 ( 如中科院生物物理所 中国科技大学生命科学院 清华大学和北京大学等 ) 另外的一些线站, 如 X 射线吸收谱学实验站 小角衍射站 X 射线荧光站 真空紫外圆二色和形貌站等都有着进行生命和医学研究的能力, 此前的预研已经积累了一些初步的研究经验 如何将这些实验方法紧密地组合在一起, 遵照同步辐射应用发展的基本规律, 在设备研制 方法学的发展 应用方向的选择和组织上, 需要进行深入的思考和分析, 使得我国的两个大科学装置成为有效的生命科学研究平台

8 若干蛋白质晶体结构测定进展 牛立文 ( 中国科学技术大学生命科学院合肥 ) 2

9 同步辐射与高温超导的电子结构 封东来 ( 复旦大学物理系上海 ) 高温超导问题是凝聚态物理领域中一个非常根本但又非常困难的问题 同步辐射实验技术在研究高温超导体系的电子结构中起了关键的作用, 而对更精细电子结构的测量要求也促进了实验技术的发展 这里我将介绍目前高温超导电子结构的研究现状以及与之相关的几个重要的同步辐射技术 我将侧重于介绍光电子能谱的研究结果, 并介绍软 X 射线共振散射 非弹性硬 X 射线共振散射等新兴的实验技术在高温超导领域的应用 3

10 纳米材料的同步辐射表征 吴自玉 ( 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 纳米科技已成为 2 世纪最为主要的研究领域之一 在过去十几年间, 扫描隧道显微镜 原子力显微镜和近场光学显微镜等显微技术在这个研究领域扮演着重要的角色 这些显微技术虽然能够提供材料和器件的形态 大小和成分等表面信息, 但它们不能提供材料和器件内部及特殊环境下的信息, 也很难提供实时在线的结构信息 同步辐射装置可提供十分之一纳米到上千纳米波长的辐射, 这种辐射能够在倒易空间或实空间中来表征纳米尺度的结构 同步辐射光源能量的连续可调性, 使得用谱学方法可以表征金属 半导体等材料的电子结构, 而正是当尺度减小时的电子结构变化导致了材料的物性变化 ; 同步辐射的高通亮使得实时在线地观察纳米尺度的结构变化也成为可能 正是基于同步辐射光源的优异特性, 美国的五个国家纳米科学研究中心之中就有三个是依托于同步辐射装置的 同步辐射光源逐步成为研究纳米科学必不可少的实验工具, 弥补其它显微表征技术的不足 该讲座简单地介绍了我国纳米科技发展的现状, 提出如何联合基于同步辐射装置的多种实验方法, 并结合理论计算, 建立表征纳米材料和器件的同步辐射平台, 为中国纳米科技的发展提供新的支撑 4

11 同步辐射在磁学中的应用 金晓峰 ( 复旦大学物理系上海 ) 5

12 用同步辐射研究液态及软物质 陆坤权 ( 中国科学院物理研究所北京 00080) 对液态及软物质基本特性和研究意义作简略介绍, 概述了国际上应用同步辐射研究液态和软物质的现状, 并给出了具体例子 介绍了我们多年来用同步辐射 XAFS 研究液态, 特别是研究高温熔体结构和电子态等的实验方法和研究结果, 包括半导体熔体结构和电子态研究 ; 氧化物 GeO 2 等熔体结构研究 ; 低温液态 Kr( 氪 ) 结构的研究等 对同步辐射研究液态和软物质的发展提出一些看法 6

13 同步辐射与医学成像研究的进展 唐劲天 ( 中日友好医院中日友好临床医学研究所北京 00029) 高能量的同步辐射光具有高强度 宽波谱 高空间相干性, 可提供常规光源不能完成的医学成像诊断方法, 具有较好的应用前景 近年来同步辐射医学应用尤其是同步辐射医学成像研究已成为各国发展同步辐射装置时的重要内容, 并已进行了一系列成功的实验研究 其中同步辐射经静脉心血管造影术 支气管成像术, 乳腺成像术已进入人体和动物实验研究 近几年, 为了提高生物软组织成像的衬度, 基于同步辐射光源高空间相干性的相位衬度成像正在成为研究的热点 本文将探讨以上同步辐射相关医学成像方法的国内外研究进展 在医学诊断中的重要意义及其未来临床应用前景 7

14 散裂中子源及其应用 方守贤 ( 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 报告散裂中子源发展状况, 包括散裂中子源的最新技术进展, 国际散裂中子源设计建造 动态, 中国散裂是子源计划, 以及散裂中子源的重大应用前景 8

15 同步辐射光源新进展 赵振堂 ( 中国科学院上海应用物理研究所上海 20800) 结合上海光源报告第三代同步辐射光源最新发展, 方案优化及其新技术应用情况 结合 上海深紫外自由电子激光实验装置设计报告高增益自由电子激光光源发展状况 简要介绍能 量回收型光源的发展动态 9

16 同步辐射在环境科学中的应用 陈同斌黄泽春 ( 中国科学院地理科学与资源研究所环境修复室北京 000) 污染物在环境和生物体内迁移和转化的过程与机理研究是环境科学领域中的重点内容 但是, 由于环境样品中待测物的浓度通常较低, 而且不能对生物活体进行直接测定, 因而阻碍了该领域研究工作的深入 同步辐射 (SR) 具有高亮度 高灵敏度和无损等方面的优点, 特别适合于环境样品分析的需要, 目前在环境科学中引入基于同步辐射的 X 射线荧光分析 (XRF) X 射线吸收光谱 (XAFS) X 射线衍射 (XRD) 小角 X 射线散射 (SAXS) 等多种分析手段, 取得了许多突破性的科研成果 本文将对相关的理论进展做一个简要的回顾和展望 在环境科学中引入 SR 的主要研究方向集中于 : 土壤 沉积物等环境固体吸附介质的表面特征, 及其对重金属 有机污染物的吸附机理 ; 重金属和有机污染物在环境中的贮存形态 ; 污染物的植物体内的迁移和形态转化, 以及植物的解毒机理 ; 用于减少污染物的排放 治理水体和空气污染的催化剂 吸附材料的研究等方面 目前在某些研究方向上已经取得了突破性的进展 在国内, 陈同斌等人应用 BSRF 的实验装置, 研究用于 As 污染土壤植物修复的超富集植物的富集机理研究 目前已经在一定程度上揭示了 As 在植物体内的微区分布和转运的规律, 以及形态转化与植物富集能力的关系 这些研究成果对揭示 As 的植物生理功能 植物的富集和解毒机理以及进一步提高植物修复的效率, 具有重要作用 在环境科学研究中应用 SR 的时间还相对较短, 但是存在很大的发展潜力 通过环境科学与同步辐射领域的合作, 不仅可以促进环境科学的研究, 而且对发展同步辐射技术的应用方向和实验手段的改进具有很大的帮助 关键词 : 环境科学, 同步辐射, 污染物, 植物修复,As 0

17 光束线技术 王秋平 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) 光束线是连接光源和实验站的桥梁, 其基本问题是效率和分辨率, 核心是单色器 因为光源和用户的不同, 在很大程度上光束线不是标准产品 大多数同步辐射实验室, 都有与光束线有关的队伍, 在光束线技术集成 关键检测技术和关键技术研发方面发挥重要的作用 经过 0 多年的努力, 国内在光束线技术方面有了相当的技术进步 在基于光栅分光的软 X- 光波段的定包含角球面光栅单色器 变包含角球面光栅单色器 变间距光栅单色器等方面已经有了相当的基础 ; 在 X- 光波段的晶体单色器 弯镜机构方面积累了相当的经验 ; 对关键部件的离线调试及在线调试中, 建立了一些客观的或定量的检测方法或设备 今后, 光学元件 光束线中的离线和在线检测技术, 包括高亮度带来的热问题, 将是光束线技术上的主要挑战 目前, 我们有能力去接受和消化国外先进的光束线技术, 在经过艰苦努力以后, 可以达到与国内光源发展想适应的水平

18 中国先进研究堆上的中子散射技术和前景展望 陈东风勾成 ( 中国原子能科学研究院北京 0243) 中子散射利用中子不带电 穿透力极强 能直接鉴别核素 较之 X 射线对轻元素灵敏, 具有磁矩和粒子 波动二重性等特点, 使之成为一种独特的从原子和分子尺度上研究各种物质结构和微观世界运动规律的高新技术 在国际上, 目前正处于方兴未艾 蓬勃发展的阶段, 其在国民经济和国防工业应用中的重要性将越来越明显地表现出来 瑞典皇家科学院将 994 年诺贝尔物理奖授予为开拓中子散射技术做出重要贡献的两位科学家 美国的 Shull 教授和加拿大的 Brockhouse 教授, 这标志着中子散射的重要性已经得到国际学术界的公认 中子散射的应用领域及所提供的科学信息与同步辐射是互补的, 它们的发展水平和应用程度是衡量一个国家科技综合实力的主要标志之一 新的中国先进研究堆 (CARR) 于 200 年 9 月破土动工, 预计 2006 年临界 新建的 CARR 堆是个多用途堆, 开展中子散射工作是其主要目的之一, 其建立将为我国热中子散射事业的发展和赶上世界先进水平奠定下必要的基础 作为中子散射工程的第一阶段, 我们将充分利用提供的高通量 具有冷中子源 切向水平孔道等有利条件, 更新原有的五台谱仪 ( 粉末中子衍射仪, 四圆单晶中子衍射仪, 双转子中子飞行时间谱仪, 中子三轴谱仪, 小角中子散射谱仪 ), 新建三台谱仪 ( 高分辨粉末中子衍射谱仪 极化中子反射谱仪和应力测量中子衍射谱仪 ), 瞄准世界先进水平, 建立起研究手段基本配套, 基本上覆盖中子散射研究的主要领域, 强调应用又具备必要的基础研究能力的中子散射设备 为生命科学 材料科学 物理 化学 地矿 环境等各种学科及工程技术方面的研究, 为国防工业和国民经济的应用提供先进的中子散射技术 其最终目标是建立起符合我国国情 其综合研究能力将与世界先进水平接轨的中子散射国家重点实验室, 使之成为我国 2 世纪中子散射研究和应用的中心及人才培养基地 本报告将详细介绍在中国先进研究堆上的中子散射谱仪和即将开展工作 2

19 BFEL 的应用研究 戴建枰吴钢王鸣凯徐金强杨学平范耀辉 ( 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 自由电子激光同时具有波长可调 功率高 光束品质好等特性, 有着广泛的应用 本文简要回顾了国际上红外自由电子激光的应用现状, 介绍了 BFEL 的性能参数和发展规划, 描述了在 BFEL 已开展的应用研究工作, 包括 : 双光子吸收研究 高温超导材料 YBCO 薄膜的研制等 3

20 中物院远红外自由电子激光研究及发展 金晓 ( 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳 62900) 介绍中物院自由电子激光的研究现状, 包括热阴极微波电子枪 光阴极微波电子枪 光阴极注入器超导加速腔实验 L 波段 30MeV 加速器驱动的远红外自由电子激光实验 介绍中物院高功率自由电子激光初级实验装置 (CFEL) 研究计划及采用光阴极注入器 超导加速器 电子束能量回收技术开展高平均功率自由电子激光研究的设想 4

21 短波长自由电子激光研究 贾启卡 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) 介绍国家同步辐射实验室自由电子激光 (FEL) 研究工作, 包括储存环 FEL, 高增益 FEL 的实验和理论研究等 5

22 上海深紫外 FEL 实验装置研制进展 上海深紫外 FEL 项目组 ( 中国科学院上海应用物理研究所上海 20800) 上海深紫外自由电子激光实验装置 ( 简称 SDUV-FEL) 是一台单通高增益自由电子激光实验装置, 它可产生 500nm~88nm 的高亮度相干紫外光 SDUV-FEL 的设计及相应的预制研究 (R&D) 始于 2000 年 目前, 用于提供高性能电子束的 50MeV 电子直线加速器 ( 第一期 ) 正在建造中 本文将报告 SDUV-FEL 的总体物理设计和关键技术预制研究工作进展 6

23 基于汤姆逊散射的 X 射线源 唐传祥 ( 清华大学工程物理系北京 00084) 基于汤姆逊散射的新型 X 光源利用高功率的脉冲激光束与高亮度的相对论电子束以一定角度相互作用, 发生汤姆逊散射 (Thomson Scattering) 来产生峰值亮度高, 能量高的准单能 X 射线 通过汤姆逊散射产生的 X 射线可具有亚皮秒级的时间结构, 与物质内部原子振荡周期相当, 可以提供超快过程的动力学演变的信息, 在生物 物理 材料 光化学工程以及医学上有广泛的应用前景 相对论电子散射激光光子产生 X 射线的思想早在 60 年代就被提出了, 近几年, 随着加速器 激光技术的发展, 美国 日本等国的多个研究单位对汤姆逊散射产生 X 射线进行了实验, 并且提出了建设基于汤姆逊散射的 X 射线光源的计划 国内在此领域的相关技术逐渐成熟, 清华大学工程物理系与中国工程物理研究院合作正在开展这方面的相关研究工作 本文介绍了我们在汤姆逊散射理论方面的研究结果及计划建设的基于汤姆逊散射的新型 X 光源的设计指标 总体方案以及正在进行的利用现有条件进行初步实验研究的设计及准备情况 7

24 远红外储存环的设想 王琳刘祖平李为民徐宏亮 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) 远红外辐射 ( 又称之为太赫兹辐射 ) 是位于红外与微波之间的电磁辐射区域, 也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口 近年来随着高亮度 稳定的远红外光源的发展, 远红外技术引起人们越来越多的关注 窄带的远红外光源可以由自由电子激光和异相半导体二极管产生 ; 宽带的远红外光源可由高温热源 (000~2000K) 发射黑体辐射产生, 利用搀杂半导体材料结合飞秒激光技术可以产生高重复频率的宽带远红外辐射 但上述方法产生的太赫兹辐射, 或平均功率较低或重复频率较低 基于电子储存环的同步辐射光源, 具有辐射功率大 频谱宽和多用户等优点, 但目前第二代或第三代光源在远红外波段辐射功率比较低 当束团长度足够短时, 束团中电子的长波 ( 波长大于束团长度 ) 辐射相干迭加而产生长波辐射的相干增强, 辐射功率与电子数目平方成正比, 比非相干情况大大增强 利用电子储存环产生相干太赫兹辐射具有亮度高 频谱宽的优点, 又可以满足众多用户同时实验的需求, 这可能成为太赫兹辐射的主要发展方向之一 本文简要阐述了远红外储存环的物理设想 8

25 超短电子束装置及相干 T-ray 源的研制进展 超短电子束装置及相干 T-ray 源项目组 ( 中国科学院上海应用物理研究所上海 20800) 中国科学院上海应用物理研究所在知识创新工程的支持下, 正在积极开展超短电子束装置及相干 T-ray 源的研制 项目主要包括一台皮秒电子束装置 一台飞秒电子束装置及相干 T-ray 辐射器 其中, 皮秒电子束装置可产生脉冲长度为 0ps 的单脉冲电子束团, 用以开展皮秒级电子束脉冲辐解时间分辨实验 飞秒电子束装置可产生微脉冲长度 00fs 的电子束团串 飞秒电子束装置产生的 00fs 电子束团通过可调椭圆极化波荡器 弯转转磁铁及铝膜产生高亮度相干 T-ray, 以进行 T-ray 应用研究 本文将介绍皮秒电子束装置 飞秒电子束装置及相干 T-ray 辐射器的总体设计及研制工作进展 9

26 Status and Challenges of XFEL R&D X. J. Wang (Brookhaven National Laboratory, Upton, NY 973, USA) Significant progress was made in the last few years in experimental characterization of both SASE and HGHG. But many challenges remain to be addressed if X-ray Free Electron Laser (XFEL) can be successfully operated; such as electron beam generation and preservation. I will discuss major FEL experimental results, and present personnel (biased) view on how to address those challenges. 20

27 基于超导加速器的 SASE 自由电子激光关键物理与技术问题的研究 鲁向阳 ( 北京大学重离子物理研究所北京 0087) 在北京大学超导加速装置 PKU-SCAF 的基础上, 将建成一个红外 SASE 自由电子激光实验装置 PKU-SASE FEL 它可以提供高峰值功率 波长连续可调的 ps 脉冲自由电子激光 PKU-SASE FEL 是北京大学研究 SASE 机制 探索实现短波长激光途径的重要实验平台 目前, 超导 DC-SC 光阴极注入器测试装置的实验已经取得了较大的进展 驱动激光功率已达到.2W(266nm), 碲化铯光阴极也已可以满足实验的需要 其他系统在调试中, 近期将开展载束实验 关键词 :SASE FEL, 超导加速器,DC-SC 注入器 2

28 BEPC-II 作为同步辐射光源的物理设计方案 加速器中心物理组 ( 中国科学院高能物理研究所北京 00039) BEPCII 是北京正负电子对撞机 (BEPC) 的二期改造工程, 它将在现有老环的基础上再增加一个新的内环, 从而成为一个 工厂 型的正负电子对撞机, 建成后将能够提供质心能量从.0GeV 2 到 2.GeV 2 的对撞束流以供高能物理实验之用, 在优化能量.89GeV 上的对撞亮度为 0 33 cm -2 s -, 是 BEPC 的 00 倍 BEPCII 仍采用 一机两用 的方针, 建成后可在部分运行时间提供同步辐射专用束流, 主要设计指标为 : 电子束能量 2.5GeV, 流强 250mA, 束流发射度 90~00nm rad, 同时还将增加若干条光束线,BEPCII 作为同步辐射光源的性能也将大幅度提高 本报告简要介绍 BEPCII 作为对撞机的总体性能, 着重介绍 BEPCII 作为同步辐射光源的物理设计及其性能 22

29 NSRL 波荡器 UD- 研制 贾启卡 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) 介绍国家同步辐射实验室二期工程新建波荡器 UD- 的研制, 包括物理设计, 调试和测量 及结果 23

30 第一台真空内扭摆磁铁的设计与研制 石才土景毓辉李大仕陈绩王莫托彭全岭 ( 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 潘惠宝盛树刚 * 曹云 * ( 上海交通大学上海 ) 本文主要介绍了北京正负电子对撞机上为提高同步辐射光源性能而设计建造的第一台真 空内扭摆磁铁的概况, 论述了真空内扭摆磁铁的设计要求和参数, 以及研制过程中的关键技 术和难度, 并且给出了相应的磁场测量结果和同步辐射光谱性能 24

31 可变椭圆极化波荡器及其相干太赫兹辐射的研究 周巧根戴志敏张继东欧阳联华阎和平李宇 ( 中国科学院上海应用物理研究所上海 20800) 张红辉 ( 上海克林技术开发公司上海 ) 上海原子核研究所正在研制的相干太赫兹辐射装置是一台利用飞秒电子束团通过可变椭圆极化波荡器产生高亮度水平线极化光 垂直线极化光或各种椭圆极化光的强相干太赫兹辐射光源 本文描述了一台 5 个周期 周期长度为 00 mm 气隙为 36mm 的可变椭圆极化波荡器的设计, 以及其产生的相干太赫兹辐射的光通量密度空间分布 光谱 极化特性和相干性等的计算方法和模拟计算结果 计算结果表明, 对于能量为 20MeV 发射度为.5πmm mrad 束团长度为 200fs 电荷量为 50pC 的电子束团, 在距离 0.6m 长的波荡器中心 m 处可获得光通量密度峰值达 photons/mm 2 /0.%bw 量级的太赫兹水平线极化光或圆极化光 关键词 : 相干太赫兹辐射, 飞秒电子束, 极化光, 波荡器 25

32 X 射线光学元件及其在同步辐射中的应用 王占山 ( 同济大学精密光学工程技术研究所物理系上海 ) X 射线光学元件在同步辐射束线建设及应用上起着举足轻重的作用, 同步辐射束线建设和应用推动了 X 射线光学的发展,X 射线光学元件的发展又促进了同步辐射束线建设与应用的进一步深入 本文就同步辐射束线建设和应用中需要的几种光学元件 多层膜 Bragg-Fresnel 元件 波带板 复合折射透镜的发展与应用进行阐述, 重点放在多层膜光学元件, 尤其是同济大学精密光学工程技术研究所近来的研究工作上 在软 X 射线和 X 射线波段, 任何材料的折射率都小于, 且接近于, 同时有一定的吸收, 无法采用可见光中发展起来的折射透镜和正入射反射镜 因此, 在该波段必须采用特殊方法使 X 射线偏转 聚焦和成像 掠入射光学元件是发展最早的光学元件,K-B 系统和 Wolter 系统是最常用的校正掠入射像散的系统 软 X 射线和 X 射线多层膜的发展极大拓展了 X 射线光学的应用范围 波带板是 X 射线显微成像应用的关键元件 Bragg-Fresnel 元件集中了反射和衍射的优点, 可用平面元件实现聚焦和成像 复合折射透镜是最新的 X 射线光学元件, 它是在第三代同步辐射发展中诞生的, 有许多应用 同济大学精密光学工程技术研究所自 2002 年底开始开展了 Mo/Si W/C Ni/B 4 C 等多种多层膜的研制, 取得了较好的实验结果 关键词 :X 射线, 同步辐射, 多层膜 26

33 W-XAFS 束线束流监测系统 谢亚宁刘涛胡天斗张静 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射室北京 00039) WB-XAFS 束线是在北京同步辐射实验室新建造的一条 XAFS 专用束线 该束线中安装了多个束流探测器用以监测 X-RAY 束线的位置流强等参数 此外还发展研制了带有微机接口的束流探测器专用处理器, 由微机实时显示监控, 由此构成了一套完整的束流监测系统 本文介绍了系统的整体设计考虑, 各种探测器的原理, 束流探测器专用处理器的功能原理及测试运行的结果 27

34 NSRL XAFS 数据处理软件包新进展 钟文杰 * 潘志云韦世强 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) NSRL XAFS 数据处理软件包是我们自行开发的 XAFS 数据处理软件包, 具有易学 易用 可扩展性好等特点, 自 200 年第一个版本正式推出后, 已经供国内用户使用了两年多 与原来版本比较, 我们在这个版本中主要加入了三个新的功能 :() 加入拟合参数的不确定度, 采用 IXS 推荐的标准算法, 方便各工作组 光束线及不同程序间进行结果比较 ;(2) 完善的模拟退火算法, 模拟退火算法是解决大规模 NP 问题的有力工具, 具有不易陷入局部极小点的特点, 把这个算法引入到 XAFS 拟合计算中, 使得拟合过程更方便更可靠 ;(3) 反蒙特卡罗 (RMC) 方法, 对大无序体系只需要输入样品粒子密度和化学组成即可生成一系列三维粒子构型, 调整这些构型使得计算出的理论曲线与实验曲线相吻合, 最后通过对构型的统计得到各种结构参数 关键词 :NSRL XAFS 软件包, 不确定度, 模拟退火算法, 反蒙特卡罗算法 * 国家自然科学基金资助项目 ( 项目编号 :96040) 28

35 BSRF 新建光束线设备保护系统的研制 熊慎寿谭映雷 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射实验室北京 00039) 最近两年来, 北京同步辐射实验室建造了三个新的前端区 (2 个 wiggler 和 个弯铁前端区 ) 和 4 条新的光束线 为了保护 BEPC/BEPCII 电子储存环的真空系统和光束线设备, 在意外出现的某些事故 ( 如铍窗 波纹管的破裂和冷却水故障等 ) 中不会遭受到灾难性的破坏和经济上的重大损失, 并按照 wiggler 和弯铁光源的不同要求, 为每一个前端区及相应的光束线装备了一个独立的光束线设备保护系统 为了提高光束线设备保护系统的可靠性和集中监控管理的自动化水平, 在系统设计中采用了 PLC 和 SCADA 软件等先进控制技术, 其中用 PLC 构成统一的硬件平台, 而用 SCADA 软件做集中监控系统的软件开发平台 控制系统主要由基于 PLC 的设备保护系统和安装了 SCADA 软件的监控计算机等两大部分所组成 PLC 安装在每一个设备保护系统中的一个专用联锁控制机箱中, 并运行一个具有控制 设备联锁 数据采集和通信功能的程序, 而 SCADA 软件则安装在监控计算机上, 在 SCADA 软件环境下开发出来的监控系统, 负责集中监测和显示来自每一个设备保护系统中的各种运行状态和参数 监控程序通过图形界面可以实时显示出设备的状态和参数, 例如所有前端区上的各种阀门和水冷挡光罩等部件的运行状态 ( 开或关 ) 的全景图 集中显示全部前端区真空度数据的全景图等画面 另外, 在全景图的主画面上用鼠标点击某一个前端区名称的图标按钮, 可以方便地弹出某一个设备保护系统的实时监控显示画面, 观察和了解该系统的各种运行状态和详细信息 此外, 集中监控系统还具有报警 历史数据记录和网络通信等功能 BEPC 在升级改造成为 BEPCII(2.8Gev,300mA) 以后,wiggler 将会产生出更高功率的同步辐射光 在新建的 wiggler 光束线设备保护系统中, 为了防止快速阀这个关键性部件被高功率同步辐射所损坏, 在设计上对快速阀采取了相应的保护措施 因此, 在以后的 BEPCII 的运行模式下, 当出现真空事故时, 不需要清除 ( 打掉 ) 储存环中的电子束流, 设备保护系统既能够保护电子储存环的真空系统不会遭受到破坏, 又能够避免快速阀阀板被烧坏的情况发生 在冷却水出现故障的情况下, 高功率光束线设备保护系统能够自动保护出现水冷故障的光束线部件不会被损坏 本文将介绍系统的设计 研制和运行等情况 关键词 : 保护系统, 联锁, 监控程序 29

36 北京同步辐射 WB XAFS 的实验控制系统 刘涛 ( 中国科学院高能物理所同步辐射室北京 00039) 北京同步辐射实验室新扩展 X 射线吸收精细结构谱 (XAFS) 实验站的建立, 为广大用户提供了利用 XAFS 技术进行科学研究的更有力的手段 新束线和实验站采用从一个多极 Wiggler 引出的同步辐射光源, 经过前端区 前狭缝的发散度限制, 准直镜在垂直方向的准直, 单色器的单色化, 再经过一个聚焦镜的水平和垂直方向的聚焦, 最后到达实验站, 提供实验用单色光 WB 的实验控制系统包括准直镜 单色器和聚焦镜的电动控制, 光闸和光束位置监测器的控制, 前狭缝和出口狭缝的电动控制, 用 Labviews 开发的实验采谱软件等 实验控制系统的建立, 可方便的进行光束线上各光学元件的姿态调整, 设置实验条件和采谱, 为用户提供了方便的实验条件 在 WB XAFS 实验站上除了可实现常规的透射 荧光 XAFS 掠入射 XAFS 实验外, 还开发了快速 XAFS 的实验方法, 利用单色器晶体的连续扫描, 采集 XAFS 信号, 进行的实验表明, 可在 2 分钟左右的时间里采集到信噪比较好的 XAFS 谱, 可望在一些原位反应和对时间分辨要求较高的实验中得到应用 30

37 新型大量程 LTP 控制系统及数据处理系统 杜国浩肖体乔夏绍建温利徐洪杰 ( 中国科学院上海应用物理研究所上海 20800) 讨论了正在研制的新型大量程长程面形仪 (LTP) 中精密线性导轨扫描 定向移动以及高精度任意步长等运动的控制 ; 在准直激光光束照明条件下, 采用面阵 CCD 探测位相板衍射图像后, 经采集卡数字化, 通过计算机获取图像数据并完成数据处理 数据处理中实现了 MATLAB 与 VC++ 程序间的通讯, 采用质心法分离测量光斑以及参考光斑, 并利用 MATLAB 中神经网络算法求取位相板衍射图像中暗线位置, 达到了较高的精度 关键词 : 面阵 CCD, 线性导轨, 位相板, 通信, 衍射图像 3

38 BSRF-3B3 光束线双晶单色器控制系统设计 傅远 夏绍建 ( 中国科学院上海应用物理研究所上海市 20800) 讨论了北京同步辐射装置 (BSRF)3B3 中能光束线双晶单色器控制系统的设计 采用多媒体定时器以及多线程技术, 实现高速下数据在多串口系统中的传输以及多串口数据通讯问题 在双晶单色器调试系统中, 在 VC++6.0 中实现图形图像的实时绘制和动态缩放 关键词 : 多媒体定时器, 多线程技术, 串口通讯,VC++6.0, 动态缩放 32

39 北京同步辐射实验室生物大分子晶体学光束线与实验站 董宇辉刘鹏黄胜姚德强高增强冼鼎昌 ( 中科院高能物理所同步辐射室北京 00039) 北京同步辐射实验室生物大分子晶体结构分析光束线与实验站自 2000 年 3 月立项以后, 经过两年多的艰苦工作于 2002 年年底完成设计 建造工作, 并正式向用户开放使用 本文介绍了该线站的建造过程 相关性能指标以及当前的使用情况 33

40 基于 LabVIEW 的软 X 射线磁性圆二色实验 数据采集和控制程序的编制 王劼 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) 在 LabVIEW 5. 平台上开发了软 X 射线磁性圆二色实验站的数据采集和控制程序 利用 LabVIEW 强大的接口命令和方便的图形显示控件, 用户可以很快使用该程序 用户的界面分为 3 个部分 : 仪器参数设置 初始值输入和实验数据曲线的实时显示 最后实验数据可以存为标准的 ASCII 字符文件, 可以为其它专业处理软件所调用 关键词 : 数据采集,LabVIEW, 磁性圆二色 34

41 加拿大光源高通量 中等分辨软 X 射线发射光谱 光束线的概念设计 吕丽军 ( 上海大学精密机械工程系上海 ) 这条软 X- 射线光束线主要应用于荧光分析实验 由于荧光产率低 散射截面小, 以及需应用光谱仪对 X- 射线荧光进行光谱分析, 所以高通量是该光束线最重要的设计要求 对于 XES/RSXS 实验, 要应用光谱分析仪, 还要求样品上光斑尺寸小 因此, 我们必需应用波荡器光源, 才有可能做这种高亮度的实验 建议采用一变间距平面光栅单色仪光束线, 和一椭圆偏振波荡器光源 (EPU) 光束线的能量范围是从 80 到 2000 电子伏特 本文将介绍该光束线 的概念设计 理论分析计算结果表明光束线可以提供样品处束斑的光通量为 光子数 / 秒, 分辨率达到 5000 以上, 样品处光斑的大小约 0 40 微米 2 35

42 平面变间距光栅单色器波长扫描机构的测试与标定 卢启鹏 ( 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春 30022) 平面变间距光栅单色器具有波长范围宽 分辨率高 接收角大等优点, 因此在合肥国家同步辐射实验室二期工程磁性圆二色 (MCD) 光束线项目中得到采用 但是平面变间距光栅单色器的波长扫描要采用变包含角工作方式, 同时单色器的零级没有聚焦特性, 调试困难, 因此单色器的扫描机构只有经过精确的测试与标定, 才能获得良好的结果 在 MCD 光束线的单色器中光栅和前置平面镜两套正弦扫描机构均使用细分的步进电机驱动, 采用 0.5μm 精度的 HEIDENHAIN 公司的光栅尺作为位置闭环控制 测试和标定过程中, 正弦扫描机构的直线驱动杆与水平夹角采用专用角镜进行标定 ; 特制的两块不确定度好于 " 的多角棱镜进行光栅尺位置与扫描转角关系的标定 ; 独特的自准直方法对光栅和前置平面镜的转角配合精度进行了校验并通过大量的测试数据拟合出光栅和反射镜扫描工作方程 通过以上各种不同测试方法及早发现了扫描机构中机械 电控系统的问题并得到及时解决, 测试与标定后的扫描机构已应用在 MCD 光束线变间距光栅单色器中 36

43 国家同步辐射实验室 BL-U0B 光束线改造 张国斌石军岩戚泽明周红军霍同林符义兵 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) 合肥国家同步辐射实验室 BL-U0B 光束线是专门为真空紫外至可见区的荧光光谱及时间分辨光谱研究而设计的 它的设计指标是, 波长范围 50nm~400nm 光通量大于 0 0 光子数 / 秒 0.% 带宽 较高分辨 (~0.nm) 光斑尺寸小于 3 0.3mm 2 该光束线自建成以来, 性能始终达不到设计指标 主要的问题有两个 :) 样品处光斑面积过大 ( 约为 20mm mm);2) 真空紫外区光通量过低 ( 估计小于 0 7 光子数 / 秒 0.% 带宽 ) 这两大问题使得真空紫外光谱实验站长期不能开展工作 本文介绍了对该光束线的改造, 分析了存在问题的原因 ; 在此基础上, 结合现有光束线的情况提出了改造方案, 经过优化设计, 确定了光路设计及光学元件参数 实施改造后, 该光束线已达到原来的设计指标 37

44 X 射线超反射镜的设计与制备 张众王占山王风丽吴文娟王宏昌陈玲燕 ( 同济大学精密光学技术研究所物理系上海 ) 本文介绍了一种可用于第三代同步辐射光束线的高能 X 射线反射元件 X 射线超反射镜的设计方法和制备结果 首先, 本文依据材料在硬 X 射线波段的吸收特性 ( 复折射率的虚部 ) 和折射能力 ( 复折射率的实部 ), 采用计算 Frensnel 反射系数的方法, 选择 W C 作为多层膜超反射镜的组成材料对 其次, 利用周期多层膜的反射率峰值与膜对数的关系曲线, 确定超反射镜的膜对数 再次, 将 Frensnel 反射系数公式与单纯形调优法相结合, 从周期膜系出发, 经过优化计算, 设计得到了宽角度 X 射线超反射镜, 其对 Cu 的 Kα 线 (λ=0.54nm) 在掠入射角 0.5 ~0.9 范围内, 设计反射率达 38% 另外, 由于单纯形调优法在寻优过程中的局限性, 使其无法直接应用于宽光谱 X 射线超反射镜的设计, 因此本文提出了一种新的设计宽光谱 X 射线超反射镜的方法 它是基于理论公式的解析设计方法与基于自动寻优的数值优化设计法相结合的产物 利用前者提供比较好的初始膜系, 再利用后者进行进一步的优化处理, 从而获得更好的设计结果, 同时可以极大地节省计算时间 用这一方法设计的宽光谱 X 射线超反射镜在掠入射角为 0.5 时, 对光子能量在 4keV~26keV 范围内的 X 射线的计算反射率达 2% 最后, 本文讨论了多层膜表界面粗糙度和膜层材料之间的相互扩散对多层膜反射率的影响, 利用 Nevot-Croce 模型模拟计算了多层膜超反射镜的实际光学性能, 并通过进一步的优化多层膜结构部分弥补了粗糙度对反射率的影响 根据设计结果, 本文采用高精度磁控溅射方法, 制备出了宽角度 X 射线超反射镜, 其在 0.5 ~0.9 掠入射角度范围内, 测量反射率达 5% 左右 关键词 : 超反射镜, 单纯形调优, 粗糙度, 磁控溅射 国家自然科学基金项目资助项目 ( 批准号 ) 38

45 第三代同步辐射光源光束线工程技术的发展 夏绍建朱毅 ( 中国科学院上海应用物理所上海 20800) 上海光源 (SSRF) 作为即将建造的第三代同步辐射装置, 光束线设计与建造面临一系列新的技术 本文通过调研国外第三代光源光束线工程技术进展情况, 特别是插入件前端区高热负载缓释技术 光束位置精密监测技术 ; 光束线新型狭缝技术 高功率滤波技术 单色器高精度定位技术 基于机器人技术的自动更换样品技术以及先进的真空爆炸焊接技术等, 讨论对第三代光源光束线部件性能的评估概念和发展光束线技术新的设计理念 39

46 新建 W-XAFS 束线 谢亚宁刘涛胡天斗张静 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射室北京 00039) WB-XAFS 束线是在北京同步辐射实验室新建造的一条 XAFS 专用束线, 它的光强 能量范围等主要性能指标比原有的 4WB-XAFS 束线有很大提高 该束线已于 2003 年初完成了调试并投入运行 本文介绍了 WB-XAFS 束线结构 主要性能指标测试及可能发展的 XAFS 相关实验方法 40

47 改进后的 4B9A 光束线 吴忠华 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射室北京 00039) 4

48 北京生物大分子和 XAFS 光束线准直聚焦系统中 压弯机构力学性能分析 陈文元张卫平王俊杰 ( 上海交通大学微纳米科学技术学院上海 ) 在新建成的北京生物大分子和 XAFS 光束线的准直聚焦系统中, 采用了一种独特结构的镜子压弯机构, 这种压弯机构工作行程大 调整精度高 可方便的实现镜面的向上和向下弯曲 这种压弯机构利用滑动摩擦及杠杆反撬作用, 力学分析较为复杂 本文采用有限元接触分析的方法, 借助 Ansys6.0 软件, 对这种机构的力学性能进行了分析, 对于理解这种压弯机构的原理和改进设计都有一定的帮助 关键词 : 生物大分子,XAFS, 光束线, 压弯机构, 有限元, 力学性能 42

49 压弯聚焦镜自重平衡的研究 周泗忠 ( 中国科学院西安光学精密机械研究所西安 70068) 本文对 BSRF-3B3 中能 X 射线光束线中的压弯聚焦镜的作用 原理进行了介绍 ; 分析了镜体自重带来的面形误差, 并在此基础上, 给出了平衡镜体自重 减小面形误差的方法 ; 通过计算面形误差的均方根, 找到了使误差最小的平衡力作用点和大小 通过比较, 可发现采用以上计算的最佳平衡力, 这时的面形误差只有未平衡时的 /0 关键词 : 压弯聚焦镜, 镜体自重, 平衡力 43

50 同步辐射光束线中精密调整步进电机控制的电细分技术 董健张耀明邹丽新 2 夏绍建 ( 苏州大学现代光学技术研究所苏州 25006) (. 苏州大学物理系苏州 25006) (2. 中国科学院上海应用物理研究所上海 20800)) 同步辐射装置光束线中多种设备均需较高的位移与调整精度, 其精度直接影响到同步辐射装置光束线的光束质量, 为了实现高精度移动与调整, 可采用具有电细分的步进电机驱动技术 该技术为基于单片机直流电压控制的电细分驱动, 并通过电流补偿, 修正电机平衡位置 θ 与电流 I 的函数, 使定子的合成磁场矢量均匀旋转, 获得高精度的微步控制 单片机直流电压控制的步进电机细分驱动电路, 将细分状态通过 D/A 转换器输出, 经功率放大控制步进电机细分运行 为提高细分数, 选用高分辨率的 D/A 转换器 ; 由于绕组的互感对细分的精度影响很大, 采用直流电压控制可减少互感的影响 实验证明, 利用直流电压控制步进电机细分, 有效地避免互感产生的干扰, 成倍地提高细分精度 此外, 电机相电流产生的电磁转矩不仅与本相的电流有关, 还与邻相电流 转子的位置角有关 电磁转矩与电流之间存在非线性关系, 基于电机矩频特性的非线性, 采用改变电流控制策略, 修正电机平衡位置 θ 与电流 I 的函数, 减小电机非线性的影响, 实现电机均匀步距的细分控制 实验表明, 当采用精密丝杆机构, 螺距为 mm 步进电机步距角为.8, 调整组件位置移动每步为 0.04 μ m (28 细分 ) 时, 均方误差不大于 5.7%. 关键词 : 同步辐射光束线, 步进电机, 电细分 44

51 BSRF 3BA 光刻束线反射镜扫描系统的改进 伊福廷 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射室北京 00039) 45

52 VUV 光束线 3BB 的改建 钱海杰阎永廉陶冶 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射室北京 00039) 北京同步辐射实验室 3BB 光束线为 VUV 真空紫外软 X 光束线, 原束线存在接收度过小 ( 光强弱 ) 光学元件易污染( 真空差 ) 实验条件艰难等问题, 因此在 200 年对原束线进行改建设计 本文介绍了改建束线的光学设计以及建成后的束线性能测试结果 关键词 : 同步辐射, 光束线, 真空紫外 46

53 水冷三角弯晶单色器的设计与性能测试 贾全杰肖向辉杨世顺闫永廉姜晓明 ( 中国科学院高能物理所同步辐射室北京 00039) 介绍了北京同步辐射室 WA 光束线水冷三角弯晶单色器的设计方案, 以及 Si(220) Si(422) 晶体单色器的测试结果 ( 包括光通量 能量分辨率 热稳定性等 ), 并简单讨论了无 氧铜底座的散射问题 47

54 提高 X 射线波段多层膜光谱分辨率的研究 吴文娟王占山王洪昌王风丽张众陈玲燕 ( 同济大学精密光学工程技术研究所报物理系上海 ) 在极紫外 软 X 射线和 X 射线波段, 任何材料都是吸收的, 折射率 n 接近于, 且通常小于, 因而任何材料对 X 射线的折射能力很差, 不能制备单折射型透镜和单界面非掠入射的反射镜 多层膜的研制成功, 标志着这一波段有了非掠入射光学元件, 它已在同步辐射 等离子体诊断 X 射线微探针荧光分析 软 X 射线望远镜 软 X 射线显微镜 软 X 射线激光 极紫外光刻等研究领域获得了应用, 有力地推动了天文学 生物学 医学及材料科学的发展 然而, 由于多层膜带宽较大, 它不适于用在高分辨率的分光计上 要想提高多层膜的光谱分辨率, 即减小带宽, 就必须增加参加干涉的层数 因为多层膜的光谱带宽决定于参加干涉的有效多层膜周期数 Neff;Neff 值越大, 多层膜的光谱带宽越小, 即光谱分辨率越高 而为了增加有效周期膜数, 必须减少影响 Neff 的因素, 即使光的吸收系数 k 尽可能的小 由于光的吸收系数 k 和折射率小量 δ 都与材料的平均密度成正比, 所以可以通过采取减小材料密度的方法来提高分辨率 993 年, 人们提出了一种提高 X 射线多层膜单色器分辨率的方法, 它用一个平面多层膜调幅光栅 (LMAG) 零级次的光谱条件 这样的 LMAG 既可提高了光谱分辨率, 又可减小了光谱本底 这种 LMAG 是在常规周期多层膜上进行刻蚀完成 本文详细介绍了 LMAG 的原理及制作方法 制作时, 将多层膜沉积 光刻和离子束刻蚀三者结合起来 通过调节 Г( 栅距和凹槽的比例 ), 可相应地调整光谱带宽, 进而改变光谱分辨率, 得出了初步的实验结果 关键词 : 多层膜, 光谱分辨率, 离子束刻蚀 国家自然科学基金资助项目 ( 批准号 :607802) 48

55 同步辐射正面屏蔽的 Monte-Carlo 计算 王传珊 罗文芸 2 王保松 2 徐加强 ( 上海大学射线应用研究所上海 20800) (2 上海大学理学院上海 ) 同步辐射装置的正面屏蔽是整个装置屏蔽设计的重点 本文根据电子及韧致辐射光子角 分布的不同, 提出正面局部加强屏蔽的方法作为工程设计的参考 关键词 : 同步辐射, 正面屏蔽,Monte-Carlo 方法 49

56 新型大量程长程面形仪研制 温利肖体乔夏绍建杜国浩徐洪杰 ( 中国科学院上海应用物理研究所上海 20800) 大型非球面光学表面的掠入射反射镜在同步辐射光束线工程中的应用日益广泛 为了保证光束线的传输性能, 新一代同步辐射装置要求光学元件工作表面的倾斜误差为 ~3 μrad 如何高精度检测这类光学元件的形貌成为一项重要课题, 目前国际上公认采用长程面型仪进行轮廓测量 本文采用基于位相板衍射准直的 f-θ 透镜系统, 并解决了一系列关键技术, 研制了一台最大扫描长度为 200mm 的大量程长程面形仪 有别于目前国际上已有的其它长程面形仪, 该仪器用位相板衍射光束精确测定束斑位置, 降低了光源稳定性以及各种环境因素对测量精度的影响 整个系统由光学系统 支撑系统 运动系统 控制系统四部分组成 目前正在进行位相板空间姿态的调整 CCD 在焦调节以及 f - θ 线性关系标定等工作, 仪器的单点稳定性 测量精度 重复精度 测量分辨率等具体参数, 正在测试标定中 关键词 : 长程面形仪, 非球面光学表面, 位相板, 衍射准直, 线性传输台 50

57 BSRF-3B3 中能光束线聚焦镜压弯机构离线测试 朱毅 夏绍建 2 朱佩平 2 崔明启 3 周泗忠 (. 中国科学院上海应用物理研究所上海 20800) (2. 中国科学院北京高能物理研究所北京 00039) (3. 中国科学院西安光学精密机械研究所西安 70068) 聚焦镜是光束线中重要部件, 将从储存环中引出的同步辐射光在水平和垂直两个方向上聚焦, 以缩小象斑提高光子密度 聚焦镜的聚焦性能好坏直接影响到光束线的成像性能 目前, 国际上对聚焦镜压弯机构性能测试, 有些是采用长程面型仪 (LTP), 从微观上测量聚焦镜的面型, 而非从宏观的角度涉及聚焦镜成像性能的测试 ; 另外, 对于聚焦镜成像性能及规律的测试, 也大多采用在线测试的方法 在线测试, 一方面浪费大量的同步光机时, 另一方面对测试人员的身体造成一定量的伤害 为此, 在 BSRF-3B3 中能光束线安装调试过程中, 我们设计出一套完整的离线测试方法 这种方法采用激光模拟同步辐射光, 测试聚焦镜压弯机构性能, 并通过观察焦点处光斑变化规律测试压弯机构性能, 摸索压弯成像规律 ; 另一方面, 记录压力传感器读数, 为今后在线调试提供参考依据 关键词 : 聚焦镜压弯机构, 离线测试, 成像规律 5

58 Applications of Synchrotron Radiation to Materials Science Jiang Jianzhong (Department of Materials Science & Engineering, Zhejiang University, Hangzhou, 30027, China) In this talk, I will briefly mention the development of ESRF and SPring8, and what is the advantage of synchrotron radiation sources. Many examples using synchrotron radiation facilities in materials science will be presented. () How do encapsulated C 60 and C 70 molecules locate in single-wall carbon nanotube. (2) Why CeO 2 -ZrO 2 and Rh are good catalysts in automotive exhaust gases. (3) What are Li-batteries charge and discharge process. (4) What are the size, shape, and arrangement of quantum dots. (5) Can we in situ monitor nucleation and growth process during phase transformation. (6) What are the copper interconnect structures in integrated circuits. (7) Is it possible to non-destructively map the stress of railhead. (8) What do we understand the quasicrystal etc. Then, cutting edge research will be discussed in two research areas: bulk metallic glasses and nanomaterials. Pressure effect on the metastable structure of bulk metallic glasses is a key issue for the application of novel alloys in micromachine industries. In this talk, to elucidate the pressure effect, the results obtained from synchrotron radiation studies of four factors: () densification; (2) phase transformation; (3) atomic mobility, and (4) energy barrier in about ten bulk metallic glasses will be reported. It reveals that the applied pressure strongly affects the crystallization processes of the metallic glasses. The model of competing processes of the thermodynamic potential barrier of nucleation and the diffusion activation energy under pressure is able to explain the influence of pressure on crystallization processes of the metallic glasses investigated. We also found that the densification effect induced by pressure only plays a minor role for crystallization of the metallic glasses investigated and no phase transformation was detected in the systems we studied. Nanocrystals consisting of small crystallites of diameter -00 nm, often have novel physical and chemical properties, differing from those of the corresponding bulk materials. The issue of the effects of crystallite size on the structural stability in these nanocrystals is of considerable interest from a fundamental viewpoint, and also with respect to the applicability of these materials. How does the relative stability of different possible crystal structures change for nanocrystals with respect to 52

59 bulk materials? One way to answer this question is to use pressure to force nanostructured materials to convert from one crystal structure to another. In this talk I will present results of the grain-size effect on the phase transition induced by the pressure in various systems using in-situ high-pressure and high-temperature synchrotron radiation X-ray powder diffraction technique. We demonstrate that the grain-size effect on the structural stability in nanocrystals can be of either sign with respect to the change of the transition pressure, depending on the system under investigation. The effect will be further discussed from a thermodynamic theory. Three components: the volume collapses at the transition, the surface energy differences, and the internal energy differences, are identified to govern the change of transition pressure in nanocrystals. The competing processes can be applied to explain results reported in the literature and to uncover the major factors underlying the change of the transition pressure in nanocrystals as compared with the corresponding bulk material. 53

60 X 射线粉末衍射的发展 马礼敦 ( 复旦大学同步辐射研究中心上海 ) X 射线粉末衍射的发展大致可分为三个时期 : ( 一 ) 初期 : 自 96 年 Debye. Scherrer 和 Hull 发明粉末衍射技术至约 20 世纪 40 年代 此段以照相法实验技术为其特征 初期主要用来研究晶体结构, 只能做些简单结构 30 年代,Hanawalt 将此法用来作物相鉴定, 使得将粉末衍射用来研究多晶聚集态结构的工作得到了发展 ( 二 ) 中期 : 以计数器代替照相底片作为探测器的衍射仪的发展与广泛使用作为这一时期的特点 衍射仪技术使衍射谱的质量得到了大的提高, 推进了用粉末衍射作为多晶聚集体结构表征的深度与广度, 并开始用来研究实际晶体的结构, 也即研究晶体缺陷 ( 三 ) 现代 : 以高强度 X 射线源 ( 同步辐射 ) 及计算机技术的发展与应用为特征 由于高强度光源的使用, 发展了各种高分辨技术, 如角度高分辨 空间高分辨 时间高分辨 能量高分辨等, 大大拓展了实验的精度与可研究的方面 计算机技术的发展与应用, 不但使实验装置进一步自动化, 更主要的是, 使数据处理和分析技术得到了大的发展 Rietveld 全谱拟合技术的发展, 使用权对粉末衍射数据可以进行更精确的处理和分析, 使粉末研究的结果更深入 更可靠 特别对于实际晶体结构的研究以及使用粉末衍射从头测定晶体结构, 这已经成为 X 射线衍射技术发展的两个重要方向 54

61 + 界面粗糙度对 Co/Cu/Cu/NiO 自旋阀磁电阻的影响 张爱梅吴小山孙亮蔡宏灵杜军胡安蒋树声 ( 南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京 20093) 谭伟石 ( 南京理工大学理学院应用物理系南京 20094) 陈中军陈兴孙民华吴忠华 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射实验室北京 00039) 利用磁控溅射方法制备了一系列含 NiO 反铁磁层的 Co/Cu/Co 自旋阀磁电阻材料 NiO 反铁磁层可以位于自旋阀结构的顶部 (TSV) 底部(BSV) 外加磁场扫描的四端点法测量表明, 尽管上 下磁层 Co 有相同厚度, 且为同一种磁性材料, 自旋阀仍有很好的磁电阻特性, 其值达到 5.3%( 对 TSV) 和 6.3%( 对 BSV) 这主要归功于 NiO 反铁磁层与 Co 铁磁层的磁交换作用 由于实验中未观测到 NiO 对 Co 的反铁磁钉扎效应, 磁电阻的产生可能与 NiO 层诱导的 Co 层矫顽场变大有关 X 射线的原位反射率和横向漫散射测量表明,TSV 中 NiO/Co 界面粗糙度远大于 BSV 中 NiO/Co 界面粗糙度, 且随着退火时间的延长, 界面粗糙度变小 这些结果可以用来解释 BSV 与 TSV 磁电阻的差别及不同的热稳定性 通过改变样品制备的溅射条件来改变界面粗糙程度, 我们将 TSV 和 BSV 磁电阻提高近一倍, 而在此基础上制备的对称自旋阀磁电阻值则达到 5% + 国家自然科学基金资助项目 (No , ,002300,00200,00CB60602) 55

62 AlGaN/GaN 异质结结构的应变研究, 2 谭伟石 蔡宏灵 沈波 吴小山 蒋树声 3 郑文莉 3 贾全杰 ( 南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京 20093) (2 南京理工大学理学院应用物理系南京 20094) (3 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 在 (000) 取向的蓝宝石 (α-al 2 O 3 ) 基片上用 MOCVD 方法生长了势垒层厚度为 000 Å 的 Al 0.22 Ga 0.78 N/GaN 异质结构, 利用高分辨 X 射线衍射 (HRXRD) 技术测量了其对称反射 (0002) 和非对称反射 (04) 的倒易空间 Mapping(RSM) 结果表明, 势垒层内部微结构与应变状态和下层 i-gan 的微结构与应变状态互相关联 势垒层的微应变已经发生弛豫, 而且具有一种 非常规 应变弛豫状态, 这种状态的来源可能与 n-algan 的内部缺陷以及 i-gan/α-al 2 O 3 界面应变弛豫状态有关 掠入射 X 射线衍射研究表明样品内部的应变是不均匀的, 由表层的横向压应变状态过渡到下层的张应变状态, 与由倒易空间 Mapping 得到的结果一致 关键词 :AlGaN/GaN 异质结构, 倒易空间 Mapping, 应变弛豫, 掠入射 X 射线衍射 56

63 NSRL 在半导体表面结构的光电子衍射研究 徐彭寿邓锐潘海斌徐法强李拥华 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) 光电子衍射技术是研究固体表面结构的重要手段 中国科学技术大学国家同步辐射实验室 (NSRL) 近几年来通过实验技术和理论计算两方面的努力, 建立了较为完整的光电子衍射技术 本文综述了 NSRL 利用新建立的光电子衍射技术在半导体表面结构方面开展的研究工作 一 对于 GaAs(00) 表面, 其丰富的再构吸引了大量研究者的兴趣, 从理论上和实验角度都提出不少的结构模型 但是还没有一种结构模型得到了一致的认同 我们利用 APRPEFS 和 XPD 实验技术研究了 GaAs(00) 面, 验证了 Biegelsen 提出的 Ga 双层模型的正确性, 拟合结果显示最外层构成二聚体的两个 Ga 原子沿 [0] 方向移动聚拢, 偏离体材料格位 8.3% 同时最外层的 Ga 原子向内收缩 2.% 二 硫钝化技术对于改善 GaAs 材料和器件的性能具有重要意义 但至今人们还尚未对硫原子在表面的键合状态, 如 S-Ga 键的键长和键角进行过定量分析或详细研究 我们用光电子衍射实验技术研究了用我们自己的硫钝化方法处理过的 GaAs(00) 表面结构, 确定了钝化的 S 原子位于第一层 Ga 原子的桥位上 与 Ga 原子成键的键长为 3.62Å 键角为 6.2 三 对于六方 GaN 晶体, 在沿 [000] 方向的极性面上有两种不同的极化状态, 即 Ga 在最外层的正极化和 N 在最外层的负极化 初始外延层的极化性质对进一步的外延生长起重要作用, 因此判断 GaN 的表面极性具有重要意义 我们使用与能量和角度有关的光电子衍射技术并结合多重散射团簇模型计算对 Al 2 O 3 衬底上生长的 GaN 单晶薄膜表面的极化性质进行了研究, 确定了该 GaN 表面为 Ga 在最外层的正极化性 57

64 光电子能谱原位研究 HfO 2 的生长机制及界面特性 徐闰陈圣阎志军樊永良蒋最敏 ( 复旦大学应用表面物理国家重点实验室上海 ) 李喆深 ( 奥尔胡斯大学存储环设备研究所丹麦 DK-8000) 随着 MOS 元器件进入亚微米 (0.μm) 时代, 采用高介电常数的材料 ( 高 k) 替代 SiO 2 作 为栅极介质材料的需求越来越大 在候选的材料中,HfO 2 由于具有高介电常数 ( 大于 8), 在 Si 衬底上有良好的热稳定性, 与多晶硅栅电极良好的兼容性以及相对较大的禁带宽度等优点, 成为现在介电材料中的研究热点 本文采用高真空电子束蒸发方式沉积 HfO 2 薄膜, 并采用原 位的同步辐射光电子谱 (SRPES) 研究探讨了其生长机制及 HfO 2 /Si 界面的物理化学性质 整个实验在丹麦 Aarhus 大学同步辐射站 (ASTRID) 的 SGM- 光束线上进行 实验中使用 的衬底是低阻 p-si(00), 电阻率为 0.05Ω cm Si 基片在真空室中经过表面清洁处理, 并用光电 子能谱确定表面无 SiO 2 及其他 Si 氧化物后, 采用电子束蒸发 Hf 源, 并即时的通入 O 2 气, 分别在 室温和 350 o C 沉积 HfO 2 薄膜, 并在生长的不同阶段原位测其光电子能谱 对 Si 2p 峰的光电子能谱进行研究表明, 界面处硅的氧化物的峰位 (Si*) 在距离衬底 Si 2p 0 峰 位 3.42eV 处, 而 SiO 2 中 Si 2p 4+ 的峰位应在距离 Si 2p o 峰位 eV 处, 所以此处的 Si * 的峰位应 是硅酸铪中的 Si 峰, 也即表明了在界面处存在的是硅酸盐物质 同时, 由于此 Si * 峰与 Si 4+ 距离 不远, 所以可以认为此处的硅酸盐是含少量 Hf 富 Si 的硅酸铪 对 Hf 4f 峰的光电子谱分析表明, 在整个过程中,Hf 4+ 的峰位略微向高束缚能方向迁移, 峰 的半高宽也逐步变窄, 由此可见 Hf 的氧化状态逐步完善 Hf 4+ 的峰位与其他研究者报导的值一 致, 表明 HfO 2 薄膜已经较好的沉积于 Si 基底上 对 Hf 4f 和 Si 2p 0 的光电子能谱强度分析表明, 界面层的硅酸盐物质主要在最初阶段形成, 整 个过程中界面层厚度增加的速度逐渐变缓 界面生长的机理可能是氧通过晶粒间界扩散到界 面处并与界面处的 Si 发生反应形成硅酸盐物质 关键词 : 同步辐射光电子谱, 介电材料,HfO 2 薄膜 58

65 Ge/Si(00) 量子点组分的掠入射 X 射线反常散射测量 何庆贾全杰姜晓明 ( 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 利用掠入射 X 射线衍射和反常散射 / 衍射实验技术对 Si(00) 上生长的单层和双层 Ge 量子点的组分分布进行了直接测量, 结果显示在 Si 间隔层厚度达到 90nm 后再生长的 Ge 量子 点与单层 Ge 量子点的组分分布是几乎相同的, 即 90nmSi 层对上层的量子点相当于体材料 59

66 + La 2/3 Ca /3 MnO 3 薄膜结构与输运性质 吴小山徐金蔡宏灵张爱梅蒋树声 ( 南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京 20093) 谭伟石 ( 南京理工大学理学院应用物理系南京 20094) 黄军平罗广圣 ( 江西南昌大学材料系江西 ) 陈中军陈兴孙民华吴忠华 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射实验室北京 00039) 高炬 ( 香港大学物理系, 中国香港 ) 利用偏轴磁控溅射方法制备了 La 2/3 Ca /3 MnO 3 (LCMO) 特大磁电阻薄膜材料, 利用同步辐射结合实验室光源对制备的各薄膜样品进行了晶体结构及界面微结构研究 研究表明,LCMO 薄膜在 SrTiO 3 衬底上具有最佳的晶体质量 呈 (00l) 外延取向, 而在蓝宝石衬底上则呈多晶状态 LCMO 晶格应变随衬底材料薄膜厚度而变化 原子力显微镜测量则表明,LCMO 的表面形貌与衬底及薄膜厚度密切相关, 可以是竹笋状分布在表面, 也可以呈二维波浪状结构 X 射线掠入射反射与横向漫散射测量说明,LCMO 薄膜可分为三个亚层结构 三个亚层的厚度与衬底及薄膜厚度也是相关的, 表层结构可能与晶格驰豫相关, 底层则可能是由于薄膜与衬底间的相互作用 用渗流模型可以对薄膜的电输运测量曲线进行拟合 拟合参数可用结构参数进行对比说明 衬底与 LCMO 的中间层可能对应于电测量的死层 ( 绝缘层 ) + 国家自然科学基金资助项目 (No , ,002300,00CB60602) 和教育部博士点基金 60

67 Yb:YAG 晶体的生长缺陷及位错走向 杨培志 2 田玉莲 (. 中国科学院上海硅酸盐研究所晶体中心上海 ) (2. 中国科学院北京高能物理所国家同步辐射实验室北京 00039) 近年来, 随着 InGaAs 激光二极管 ( 发射波长为 0.9.μm) 的发展, 掺 Yb 3+ 激光材料引起了人们的浓厚兴趣, 其中,Yb:YAG 晶体由于具有稳定的物理化学性能和良好的光学 光谱特性而倍受人们重视 对 Yb:YAG 晶体的光谱和激光特性, 目前已进行了较全面系统的研究, 但对其生长缺陷的研究, 则鲜有报道 众所周知, 激光材料中的缺陷研究是非常重要的, 缺陷对激光材料的光学均匀性 光损耗 激光输出功率和效率 光束质量以及光损伤均有影响, 晶体中位错密度的增加将会引起明显的应力双折射效应, 并进而影响晶体的激光性能 本文用同步辐射透射白光形貌相和应力双折射法研究了沿 <> 方向生长的 Yb:YAG 晶体的生长缺陷 晶体中的位错起源和走向 Yb:YAG 晶体中的生长缺陷主要有 : 生长条纹 核心和位错等 晶体中的位错主要起源于籽晶 杂质粒子以及生长初期的晶种和固液界面处位错成核 位错的走向垂直于生长界面, 符合能量最低原理 采用凸界面生长工艺可以有效的消除晶体中的位错 关键词 :Yb:YAG 晶体, 生长缺陷, 同步辐射形貌相, 应力双折射, 位错走向 6

68 吸氘镧基合金微观结构及氘占位的中子衍射研究 陈波樊志剑刘汉刚陈喜平龙兴贵 ( 中国工程物理研究院核物理与化学研究所绵阳 62900) 陈东风张百生薛艳杰 ( 中国原子能科学研究院北京 0243) 镧基贮氢合金是聚变能开发中的重要材料, 它对氢及其同位素具有良好的贮存 净化和运输能力 这种材料也是新型无污染电池的候选材料之一 因此, 开展镧基贮氢材料的结构研究有着重要的实际需求背景 中子衍射技术在测量重金属材料中的轻元素分布方面具有独特的优势 应用中子衍射技术分析测量吸氘镧基合金材料的微观结构及氘的微观分布, 可为进一步研究镧基合金材料的微观结构特性与其吸氢 储氢性能的关系提供数据 利用金属充氢系统制备了不同吸氘量的 LaNi 4.25 Al 0.75 D x 镧基贮氢合金实验样品 中子衍射实验测量在中子粉末衍射仪上进行, 实验条件如下 : 晶体单色器为铜单晶, 反射面为 (220), 晶体的镶嵌半宽度 β=20, 起飞角为 54, 单色中子波长 λ=.59å, 探测器为圆柱形 3 He 正比计数管, 探测器扫描范围为 0 2θ 89, 扫描方式为步进式, 步距是 0. 在室温条件下获得了样品的中子衍射谱 采用基于 Rietveld 峰形分析方法的 FullProf 2000 程序对中子衍射谱数据进行分析处理, 得到了样品材料的晶胞参数以及各原子的占位位置和占位数 比较了不同吸氘量情况下样品晶胞参数的变化, 结果表明, 随着吸氘量的增加, 晶胞参数变大, 即晶体发生膨胀, 当吸氘原子比 x 由 0 增加到.6 时, 晶体的晶胞参数 a 和 c 分别增加了 4.5% 和 2.9%, 体积增加了 2.3% 62

69 TATB 含能材料微孔结构的小角 X 射线散射研究 陈波 夏庆中 刘汉刚 2 董宝中 2 荣利霞 3 曾贵玉 (. 中国工程物理研究院核物理与化学研究所绵阳 62900) (2. 中国科学院高能物理研究所同步辐射实验室北京 00039) (3. 中国工程物理研究院化工材料研究所绵阳 62900) 小角散射是测量物质几纳米至几百纳米微观尺度的不均匀性和长周期结构的重要手段之一 TATB 材料是一种钝感高能炸药, 其主要特点是机械感度和热感度都很低, 耐热性能好, 对机械刺激高度钝感, 特别是亚微米颗粒的 TATB 对冲击起爆的敏感性得到明显改善 TATB 的微结构特征 ( 如粒度大小和分布 微孔及缺陷的状况等 ) 对于它的一些宏观性能有着明显的影响 实验选用的 TATB 炸药样品包括不同制备条件和不同平均粒径的晶体粉末 X 射线小角散射实验测量在北京同步辐射装置小角散射实验站上进行 同步辐射光束经聚焦 单色化及准直后照射在样品上, 通过二维成像板面探测器测量散射光强度随散射角度的变化, 得到所测样品小角 X 射线散射空间分布谱 将成像板上的小角散射信号灰度图像转换为初始散射曲线数据, 再根据散射几何关系将初始散射曲线转换为相应的散射强度与散射矢量的关系曲线, 并采用逐步回归法进行反演即可求得粒度 ( 或孔径 ) 分布等微观结构参数 对 TATB 样品的小角散射实验谱数据进行处理计算, 获得了样品材料微孔平均孔径 分形维数 Porod 常数 界面参数 回转半径等微结构参数 由结果可知, 不同粒径的样品材料其微孔平均尺度有一定的差异, 平均粒径较大的 TATB 晶粒上的微孔, 其平均孔径也较大 不同的制备工艺和条件是造成不同大小和分布的微孔的主要原因之一, 但这些工艺和条件对微孔尺度的影响关系尚需进一步探讨 另外, 研究 TATB 微孔大小 数量和分布等微结构状况对该材料的某些宏观性能 ( 如感度和爆轰性能等 ) 的影响是十分有意义的, 很有必要进一步开展相关研究工作 63

70 Nd:SGG 晶体缺陷的同步辐射白光形貌术研究,2 肖敬忠 2 徐家跃 2 丁嘉瑄 3 田玉莲 3 朱佩平 3 袁清习 张新夷 (. 复旦大学物理系上海 ) (2. 中国科学院上海硅酸盐研究所上海 ) (3. 中国科学院高能物理研究所同步辐射国家实验室北京 00039) 应用同步辐射 X 射线形貌术对用坩埚下降法 (Bridgman) 生长的 Nd:SGG 晶体的缺陷进 行了研究 观察到该晶体中存在较为明显的镶嵌结构晶界缺陷和位错缺陷, 并分析了上述缺 陷的形成原因, 可为生长大尺寸高质量的 Nd:SGG 晶体提供经验和理论指导 64

71 大块非晶合金 Zr 55 Cu 30 Al 0 Ni 5 结构弛豫的 SAXS 研究 柳义 2 柳林 2 吴志方 3 王俊 3 董宝中 (. 中国科学院上海应用物理研究所上海 20800) (2. 华中科技大学材料学院武汉 ) (3. 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 大块非晶合金不但由于具有优异的机械 物理性能而具有广阔的应用前景, 而且其具有明显的玻璃转变温度和宽广的过冷液相区也为进一步研究玻璃转变特性和过冷液态的结构提供了理想材料 本实验应用同步辐射 X 光小角散射法和差热扫描分析法对大块非晶合金 Zr 55 Cu 30 Al 0 Ni 5 在远低于晶化温度条件下结构弛豫过程中的微结构和热性能进行研究 实验中样品的退火温度为 340, 退火时间分别为 小时 同步辐射 X 光小角散射测试在中科院高能物理所同步辐射实验室小角散射实验站上进行, 实验表明散射强度随退火时间的增加而变化, 进一步计算表明 : 在退火时间 2-24 小时范围内, 样品中电子密度涨落随退火时间的增大而增大, 退火时间 24 小时时, 电子密度涨落减小 差热扫描分析测试在 Perkin-Elmer DSC-7 上进行, 结果显示出吸热峰随退火时间的增加变的更加尖锐,Kissinger 方程计算表明 : 在退火时间 2~24 小时范围内, 焓弛豫峰的表观激活能不断下降, 退火时间 24 小时时, 焓弛豫峰的表观激活能增大 两种测试结果表明样品内部的电子密度涨落与热性能存在一定的联系 关键词 : 大块非晶合金,X 光小角散射, 结构弛豫, 表观激活能 65

72 应用自由电子激光研究红外光电子半导体材料和器件的 非线性效应 陆卫 ( 中国科学院上海技术物理所红外物理国家重点实验室上海 ) 应用北京自由电子激光, 我们对关键红外光电子半导体材料 Hg -x Cd x Te 和 InSb, 以及重要的红外光电器件 Hg -x Cd x Te 红外探测器和 GaAs/AlGaAs 量子阱红外探测器件 (QWIP - quantum well infrared photodetectors) 进行了非线性特性的研究 利用自由电子激光的高光子密度和皮秒量级的短脉冲宽度特性, 我们在不损害样品的前提下观测到了 Hg -x Cd x Te 和 InSb 材料中的双光子吸收 (Two-Photon-Absorption, TPA) 过程以及 TPA 诱导的光吸收饱和过程和自由载流子雪崩电离过程, 建立实用的理论模型规范了 TPA 光生载流子吸收和自由载流子雪崩电离效应的共同作用机理, 获得了 TPA 吸收系数, 自由载流子吸收截面和雪崩电离参数, 首次确证了雪崩电离与自由载流子吸收过程之间的关系 采用光电导实验构型, 研究了自由电子激光诱导的 Hg -x Cd x Te 红外探测器和 QWIP 器件的光电导特性 实验观测了单光子吸收 (One-Photon-Absorption, OPA) 诱导的 QWIP 光电响应饱和行为和 TPA 诱导的 Hg -x Cd x Te 与 QWIP 器件光电响应过程, 并首次观测到了 TPA 诱导的 QWIP 器件光生载流子雪崩电离过程 利用光电导响应诱导器件电场重分布的机制, 解释了 OPA 诱导的 QWIP 响应饱和, 讨论了应用微扰理论计算量子阱器件光电响应的适用范围, 确认了 QWIP 器件的线性响应范围和响应极限 建立理论模型解释了分别基于带间跃迁和子带间跃迁的 Hg -x Cd x Te 红外探测器与 WIP 器件的 TPA 响应机制, 获得了 TPA 吸收系数 此外, 应用光场加速的原理, 准确解释了 TPA 诱导的载流子雪崩电离机制, 首次揭示了雪崩电离过程与激发光强的关系 66

73 XAS investigations on Eu in compounds in Eu-Ga-Ge system * Jing-Tai Zhao, Walter Schnelle 2 and Yuri Grin 2 State Kay lab for High Performance Ceramics and Superfine Structures, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai , China 2 Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe, Nöthnitzer Strasse 40, 087 Dresden, Germany Among the rare earth - based intermetallic compounds, europium in many cases has shown to be stable as divalent or mixed valence cations. In our systematic studies of systems of the ternary Eu with main group triels and tetrels elements, three new compounds were synthesized by induction melting and structurally characterized by X-ray diffraction methods. The XAS were measured on the HASYLAB beamlines E4 recording the transmission absorption spectra. The samples were diluted by BC 4 powder. The magnetic properties were measured using a SQUID magnetometer (MPMS-XL7, Quantum Design). Magnetic susceptibility results of Eu 2 Ga 3 Ge, EuGaGe and Eu 3 Ga 2 Ge 2 all show Curie-Weiss behavior with μ eff = 7.96 μ B, 7.79 μ B and 7.94 μ B respectively corresponding to Eu 2+. XAS on the Eu L 3 -edge of all the compounds also shows clearly Eu 2+. The intermetallic compounds show very different chemical bonding from the reference compound (EuF 3 ) which has well defined valence state. * Project supported by Fund for Distinguished Young Scholars from the NNSF of China. 67

74 分子束外延生长 ZnO 薄膜的 XAFS 研究,2 吴志浩,2 周映雪 3 韦世强 3 陈栋梁 俞根才 2 张新夷 (. 复旦大学物理系应用表面物理国家重点实验室, 上海 ) (2. 复旦大学同步辐射研究中心, 上海 ) (3. 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 合肥 ) ZnO 超薄膜和多层膜, 因其巨大的应用前景, 是世界上的研究热点之一 本工作利用同步 辐射 X 射线吸收精细结构 (XAFS), 比较在不同条件下分子束外延生长的纳米晶 ZnO 薄膜样品, 如分别在蓝宝石 (000) Si(00) 衬底上, 生长温度为 下得到样品的局域结构 发现这些 ZnO 薄膜样品的 k 2 权重之后的 XAFS 函数, 其振荡周期 幅度并没有显著的差别, 说 明各个样品都具有较为相近的基本结构 然后, 由 XAFS 函数 k 2 χ (k) 经傅立叶变换后, 得到径向分布函数 (RDF), 结果表明样品的局域结构越有序, 相应的配位峰幅度就越大 对生长温度为 200 时得到的 ZnO 薄膜, 比较在蓝宝石衬底上的样品与 Si(00) 上的, 其第一配位峰的幅度增长了 2%, 而第二配位峰的幅度增长了 20%, 第一配位峰的无序度则分别为 Ų Ų; 而同在蓝宝石衬底上生长的 ZnO 薄膜, 当生长温度从 200 增加到 300 时, 其第一配位峰的幅度增长了 6%, 而第二配位峰的幅度增长了 25%, 第一配位峰的无序度从 Ų 降低到 Ų 另外, 在我们选用条件下分子束外延生长 ZnO 薄膜时, 衬底与 ZnO 的晶格失配度和生长温度对 ZnO 薄膜的配位数影响不大, 但较小的晶格失配度和较高的生长温度都有利于降低样品的无序度, 从而提高 ZnO 薄膜的晶体质量 68

75 * Pr -x Sr x MnO 3 体系中 O2p 空穴参与的 Os 近边吸收谱 ) 奎热西 ) 钱海杰 ) 买买提明 ) 巫翔 ) 苏润 ) 王嘉鸥 ) 洪才浩 ) 钟俊 ) 董宇辉 ) 吴自玉 2) 王雨田 2) 魏龙 (. 中国科学院高能物理研究所同步辐射实验室北京 00039) (2. 中国科学院高能物理研究所核分析实验室北京 00039) 对于 Pr -x Sr x MnO 3 体系 x=0.0 和 0.3 以及 MnO 2 在 O K 边进行了吸收谱实验研究 锰氧化物体系中对 x=0.0 的 PrMnO 3 端点化合物进行空穴掺杂使 x=0.3, 当体系成为 Pr 0.7 Sr 0.3 MnO 3 时, 实验结果显示其在 Mn 3d 轨道上的电子数目不是随空穴掺杂减少, 相反有增加的趋势 对该结果基于 O 2p 与 Mn 3d 轨道的杂化和共价键特性进行了探讨 * 自然科学基金 和 资助 69

76 Co-C 60 和 Co-SiO 2 纳米复合膜局域结构的荧光 XAFS 研究 盛斌 陈栋梁 ) 姜泳 江玮 ) 闫文盛 2 刘文汉 )* 韦世强 张新峰 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) (2 中国科学技术大学物理系合肥 ) 荧光 XAFS 研究 Co-C 60 (70nm) 和 Co-SiO 2 (72nm) 纳米复合膜的局域结构 结果显示 Co-SiO 2 薄膜中 Co-Co 第一配位壳层的键长 R 和配位数 N 分别为 2.49 Å 和.8, 这表明 Co-SiO 2 纳米复合膜中 Co 原子的局域结构与金属 Co 薄膜的相似 Co-C 60 薄膜的 XAFS 结果与 Co-SiO 2 薄膜的有很大差异,Co-C 60 薄膜中 Co 原子的第一近邻有 Co-C 和 Co-Co 两个子配位壳层, 其键长 R 配位数 N 和无序度 σ 分别为.88Å Å 和 2.47Å Å Co-C 60 薄膜的 Co-Co 第一壳层的配位数减小 4.0 和平均键长收缩 0.04Å, 表明 Co 纳米颗粒和 C 60 基质之间存在着较强的相互作用 XANES 谱进一步证实在 Co-C 60 薄膜中存在电子从 Co 原子转移到 C 60 分子 Co 原子和 C 原子之间的相互作用距离 R Co-C 和电子转移的结果有利于揭示 Co-C 60 纳米复合薄膜中经 Co 原子改性的 C 60 的电子结构 关键词 : 荧光 XAFS,Co-C 60, 纳米复合薄膜 * 国家自然科学基金资助项目 ( 项目编号 : ) 70

77 掠入射荧光 XAFS 研究 Pt 超薄膜的局域结构 谢治 Isao Kojima 2 3 谢亚宁 贺博 3 刘涛 3) 胡天斗 4 张新夷 * 韦世强 (. 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) (2. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST Tsukuba Central 5, --, Higashi,Tsukuba , Japan) (3. 中国科学院北京高能物理研究所北京 00039) (4. 复旦大学同步辐射研究中心上海 ) 本文利用掠入射荧光 XAFS 研究了 298 K 下生长的厚度在 3 至 05 nm Pt 薄膜的局域结构 结果表明,05 nm 和 30 nm Pt 薄膜中 Pt 原子第一近邻除了无序度增大了 8% 外, 键长 (R =2.77 Å) 和配位数 (N =2.0) 与 Pt 箔的完全一样 05 nm Pt 薄膜和 30 nm Pt 薄膜的径向结构函数曲线在 2.77 Å,3.96 Å,4.80 Å 和 5.55 Å 处的配位峰表明其保持了长程序 随着厚度从 05 nm 2 减到 0 nm,debye-waller 因子 σ 增至 Å 2 (Pt 箔的 σ 2 = Å 2 ) 对于 3 nm 厚的 超薄 Pt 膜,R,N 和 σ 2 分别为 2.78 Å, 0. 和 Å 2,N 减小很多, 而 σ 2 显著增加, 并且其径向结构函数曲线中高壳层配位峰全部消失, 表明 3 nm 厚的超薄 Pt 膜晶格有很大的扭曲, 中程有序完全被破坏了 我们认为 3 nm 厚的超薄 Pt 膜晶格扭曲起因于 Pt 金属颗粒和 SiO 2 衬底的相互作用和小尺寸 Pt 晶粒存在表面结构缺陷 关键词 : 掠入射荧光 XAFS,Pt 超薄膜 * 国家自然科学基金资助项目 ( 编号 : ) 7

78 多重散射 XAFS 方法研究 Si(00) 中的 Ge 杂质的局域结构 孙治湖 Hiroyuki Oyanagi 2 钟文杰 陈栋梁 * 韦世强 (. 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) (2. Photonics Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST Tsukuba Central 2, -- Umezono, Tsukuba , Japan) 利用荧光 XAFS 方法研究 Ge 杂质掺入到 Si(00) 中得到 Ge Si 合金中的 Ge 原子的局域结构特点, 通过多重散射 XAFS 数据分析方法得到 Ge 原子近邻三个壳层的结构参数 前三个壳层的 Ge-Si 键长分别为 2.38, 3.83 和 4.49 Å, 都不随温度而变化 第一壳层的 Ge-Si 键长 2.38 Å 比晶态 Si 中的最近邻 Si-Si 键长 2.35 Å 增加 0.03 Å, 而第二和第三壳层键长则分别与晶体 Si 中的相应 Si-Si 键长相等, 说明少量 Ge 原子掺入到 Si 晶格中以后,Ge 原子取代了部分 Si 原子的晶格位置, 引起围绕 Ge 原子的最近邻的局域结构扭曲, 扭曲产生的应力在第二和第三壳层已经完全被释放,Si 基体的晶格仍然得以保持 θ Ge-Si-Si 键角的平均值在 20,00 及 300 K 下均为 08.º, 其平均键角伸展 (variation) 分别为 3.4º,3.5º 和 5.0º, 从另一方面再次表明了 Ge Si 合金中晶格的高度有序性 从 20 到 00 K, 各壳层的 Debye-Waller 因子随温度的增加变化很小 ; 从 00 K 增加到 300 K,Debye-Waller 因子则随温度的增加迅速增加 根据关联 Einstain 模型, 我们得到最近邻的 Ge-Si 键的 Debye 温度约为 367 K, 非常接近于晶体 Ge 的 Debye 温度 360 K, 很好地解释了在不同温度区间内 Debye-Waller 因子的不同温度依赖性 关键词 : 多重散射 XAFS 方法, 局域结构,Ge Si 合金 * 国家自然科学基金资助项目 ( 项目编号 :96040) 72

79 半导体量子体系微结构的同步辐射研究 * 孙治湖韦世强 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) 利用同步辐射方法研究了半导体量子体系的微结构 :Ge/Si(00) 量子点,(Ge 4 Si 4 ) 量子阱, 镶嵌在 SiO 2 基体中的 Ge 纳米晶和 InSb 纳米晶 对自组装生长的 Ge/Si(00) 量子点的掠入射荧光 XAFS 测量结果证实在 Ge/Si(00) 量子点中存在着强烈的 Ge/Si 互扩散 利用弹性理论讨论了量子点内四面体扭曲情况, 计算所得键长与多重散射 XAFS 分析给出的各壳层的的键长结果吻合得很好 利用掠入射荧光 XAFS 测量了 (Ge 4 Si 4 ) 量子阱的局域结构, 得到的键长 (R Ge-Ge =2.42 Å, R Ge-Si =2.38 Å) 表明失配应力来源于 (Ge 4 ) 层中的键长压缩和键的弯曲 根据得到的 Si/Ge 配位数之比 (N Si :N Ge =2.2:.8) 提出了一种位置交换和表面聚集的互扩散机理 TEM 和 XAFS 结果表明退火导致镶嵌在 SiO 2 介质中非晶 Ge 相转化形成 Ge 纳米晶, 其尺寸强烈地依赖于衬底类型 最近邻 Ge Ge 键长 2.45 Å 与体相 Ge 中的键长相同, 表明 Ge 纳米晶的结构是弛豫的 从 Raman 散射谱观察到了 Ge 纳米晶中的量子限制效应 镶嵌在 SiO 2 基体中的 InSb 颗粒的 Raman 光谱显示出明显的量子限制效应 (TO 模的显著非对称宽化以及峰位置的蓝移 ) XAFS 结果显示在 InSb 纳米晶中还存在着 Sb-O 配位, 我们认为这是由于表面悬键导致 Sb 与 SiO 2 介质中的 O 相结合而形成的 纳米晶 InSb 的结构参数则与 InSb 体相相同 关键词 : 同步辐射 XAFS 方法,Ge/Si(00) 量子点,(Ge 4 Si 4 ) 量子阱,Ge 纳米晶,InSb 纳米晶, 局域结构 * 国家自然科学基金资助项目 ( 项目编号 : ) 73

80 XAFS 和 XRD 研究高能球磨对 Fe 60 Ni 40 合金局域结构的影响 殷士龙, 谢治 2, 张静 3, 卞清 4, 闫文盛 2, 姜政 2 2*, 韦世强 ( 河海大学数理系, 南京 20024) (2 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) (3) 中国科学院高能物理研究所北京 00039) (4 中国人民解放军理工大学理学院南京 2006) 利用 XRD 和 XAFS 方法研究机械合金化 Fe 60 Ni 40 二元合金的结构随球磨时间的变化 XRD 结果表明, 球磨 0 小时后,α-Fe 的 bcc 结构特征衍射峰基本消失, 只存在 fcc 结构的衍射峰 ; XAFS 结果进一步表明, 经过 0 小时球磨后,Fe 原子的径向结构函数 (RSF) 曲线与 Fe 60 Ni 40 球磨合金中的 Ni 原子相似, 拟和得到的 Fe 和 Ni 的 Debye-Waller 因子 σ 分别由 Å 增加到 Å, 这说明经过 0 小时的球磨后,Fe 60 Ni 40 合金中大部分 Fe 原子由 bcc 结构转变为 fcc 结构 当球磨时间增加到 40 小时,Fe 原子和 Ni 原子的径向结构函数 (RSF) 曲线中的高壳层配位峰也几乎完全消失, 拟和得到的 Fe 60 Ni 40 的 Fe 原子和 Ni 原子的无序度 σ 都增加到 0.7 Å; 而且 Fe 原子和 Ni 原子第一壳层配位键长和配位数也都为 2.48 Å 和.9 这些结果表明随着球磨时间的增加 Fe 60 Ni 40 机械合金中 Fe 原子和 Ni 原子的局域结构趋于一致, 当球磨 40 小时后, 形成单一物相的 fcc 结构 Fe 60 Ni 40 固溶体 关键词 :XAFS,XRD,Fe 60 Ni 40 合金, 机械合金化 国家同步辐射实验室中科院知识创新项目 74

81 CuO/γ-Al 2 O 3 单分散催化剂的 XAFS 研究 陈栋梁 2 胡玉海 2 陈懿 3 张新夷 * 韦世强 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) (2 南京大学化学系, 介观固体化学研究所南京 20093) (3 复旦大学同步辐射中心上海 ) 采用 XAFS 方法研究浸渍法制备并于低温焙烧的 CuO/γ-Al 2 O 3 催化剂的局域结构 对于 CuO 负载量小于单层分散阈值的 CuO/γ-Al 2 O 3 (0.4 mmol/00m 2 ), 结果表明 CuO 物种是以层状分散的孤立原子团簇 (CuO +n 4 ) 存在于 γ-al 2 O 3 载体表面, 其第一近邻 Cu-O 配位环境的结构与晶态 CuO 的相似, 键长和配位数分别为 0.95 nm 和 4 对于 CuO 负载量等于单层分散阈值的 CuO/γ-Al 2 O 3 (0.8 mmol/00m 2 ), 已有少量的 CuO 纳米颗粒生成 对于 CuO 负载量大于单层分散阈值的 CuO/γ-Al 2 O 3 (.2 mmol/00m 2 ), 其结构与多晶 CuO 的相近 基于 CuO 在 γ-al 2 O 3 载体上的三种不同分散状态的结构特点, 我们提出了 CuO/γ-Al 2 O 3 催化剂的单层分散结构模型 关键词 : 单层分散,CuO,XAFS * 中国科学技术大学一流大学建设重点项目 75

82 X 射线谱学研究元素 B 和 P 对纳米非晶态合金 Ni-B 和 Ni-P 的影响 姜政 韦正 2 张新夷 邹少波 韦世强 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) (2 复旦大学基础物理国家重点实验室 同步辐射研究中心上海 ) 通过 XAFS XRD 和 TEM 研究了元素 B 和 P 对不同退火温度下的纳米非晶态 Ni-B 和 Ni-P 合金 结构的影响 结果表明, 初始制备的 Ni 70 B 30 和 Ni 80 P 20 样品为纳米非晶态结构,Ni-Ni 第一近邻 壳层的结构无序分别为 0.33 Å 和 0.28 Å 573K 退火后,Ni 70 B 30 样品晶化生成了亚稳的晶态 Ni 3 B 和纳米晶 Ni 的混合物, 平均粒径约为 30 nm; 而 Ni 80 P 20 样品则晶化生成了粒径 20 nm 左右的 晶态的 Ni 3 P 和大颗粒晶态 Ni 这表明与元素 P 相比, 元素 B 的存在抑制了初始制备的纳米非晶 态 Ni 70 B30 合金颗粒的长大 当退火温度大于 773K 时, 大部分晶态 Ni 3 B 分解生成大颗粒的晶态 Ni, 而晶态 Ni 3 P 几乎没有分解仍保持相对稳定 ;XAFS 结果进一步表明, 此时 Ni B 样品中 Ni 原子的局域环境和 Ni 箔相似, 结构无序较小, 为 Å, 而 Ni 80 P 20 样品由于中仍有相当比例 的晶态 Ni 3 P 的存在, 结构无序仍然较大, 为 0.25Å 这些结果表明元素 B 和 P 的存在使得纳米 非晶态 Ni 70 B30 和 Ni 80 P 20 合金的退火晶化行为产生了显著的差异 关键词 :XAFS, 纳米非晶态合金,Ni-B,Ni-P 国家自然科学基金资助项目 ( 编号 : ) 76

83 原位 XAFS 研究熔态 Sb 和 InSb 的局域结构 闫文盛 2 陆坤权 2 李晨曦 3 吴忠华 2 牛小娟 2 陈唯 * 韦世强 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) (2 中国科学院北京物理研究所北京 00080) (3 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 利用高温原位 XAFS 技术研究半金属 Sb 和半导体 InSb 在固态和液态时的局域结构特点 利用反 Mont Carlo 方法拟合计算半金属 Sb 中的 Sb 原子的 K 边 XAFS 函数 kχ(k) 和半导体 InSb 中的 In 和 Sb 原子的 K 边 XAFS 函数 kχ(k) 在 Sb 样品中, 其拟合结果表明, 固态 Sb 在 893 K 的高温条件下, 热无序度较大 随着测量温度进一步升高到熔化后的 93 K 时,Sb 的第一近邻配位的第一次壳层的键长与固态的 Sb 相一致仍为 2.90 Å, 但其配位数从固态时的 3.0 降为.5; 其第二次壳层的键长由 3.36 Å 增加到 3.50 Å, 配位数由 3.0 增大到 7.5, 说明较弱的共价键基本断裂 在 InSb 样品中, 在 723 K 下的固态 InSb 比 300 K 下的 InSb 具有更大的热无序, 但是 723 K 下最近邻 In-Sb( 或者 Sb-In) 壳层的平均配位数 N (4.0) 和键长 R (2.80Å) 均与 300 K 下的相应值 (N 和 R 分别为 4.0 和 2.79Å) 非常接近 在 828 K 的高温下 (InSb 的熔点为 798 K), 熔态 InSb 的最近邻 In-Sb 壳层的 N 和 R 分别为 5.8 和 2.90 Å, 最近邻 Sb-In 壳层的 N 和 R 则分别为 5.5 和 2.90 Å 另外, 在熔态 InSb 的第一近邻还出现有少量的 In-In 和 Sb-Sb 配位 这些结果表明在熔化过程中固态 InSb 中的 In-Sb( 和 Sb-In) 共价键的四面体结构被破坏 关键词 : 高温原位 XAFS,Sb,InSb, 熔体, 局域结构 * 国家自然科学基金资助项目 ( 项目编号 :96040) 77

84 氯化铜水溶液微观结构的 XAFS 方法研究 孙民华吴忠华陈兴陈中军 ( 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 用 x 射线衍射精细结构的方法对氯化铜含量在 ~6% 范围内的水溶液进行了研究, 通过对衍射数据的分析, 得到了溶液中铜离子的键长, 配位数等相关结构信息, 以及这些参数随成分的变化, 这有助于人们认识溶液的物理化学特征 关键词 : 溶液,x 射线衍射精细结构, 氯化铜 78

85 同步辐射应用于小晶体和不完善晶体的结构生物学研究 夏宗芗单丽甘建华陈微言 ( 上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室上海 ) 结构生物学研究需要蛋白质晶体的高分辨率衍射数据 然而, 蛋白质的晶体有时尺寸太小或晶体很不完善, 用实验室 X 光源所能达到的衍射分辨率较低 利用同步辐射的高强度可获得此类晶体的高分辨率衍射数据, 满足结构生物学研究的需要 能模拟糖的功能的寡肽称为拟寡肽 我们制备了 α- 淀粉酶与拟糖三肽的复合物, 以便研究他们之间的相互作用, 但所得复合物的晶体尺寸较小, 衍射弱, 分辨率低 在日本 KEK 用同步辐射采集了复合物的高分辨率衍射数据 基于已知的 α- 淀粉酶的晶体结构, 用差值付立叶法进行了结构解析, 并进行了精修 三肽结合于 α- 淀粉酶的活性中心口袋内, 结合部位与糖类抑制剂的结合部位相似 细胞色素 b 5 是广泛存在于自然界的氧化还原蛋白, 其野生型和突变体的晶体通常衍射分辨率高, 适于结构功能关系研究 但其 F58W 突变体的晶体易长成孪晶, 或衍射分辨率很低 只得到两个可用的单晶, 用实验室光源和 CCD 衍射仪采集了 2.3Å 分辨率衍射数据, 不对称单位含 6 个分子, 分子置换法结构解析复杂, 最终获得成功 在日本 KEK 用同步辐射采集了高分辨率衍射数据, 高分辨率精修结果表明, 该突变体蛋白分子中少数氨基酸残基在 6 个分子中具有多种不同构象 溶液中不同构象的存在导致单晶生长困难和衍射分辨率低 79

86 在北京同步辐射实验室生物大分子晶体学实验站 开展多波长异常衍射实验的研究 黄胜刘鹏董宇辉姚德强高增强冼鼎昌 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射室北京 00039) 同步辐射多波长异常衍射实验是当前测试生物大分子晶体结构的主要手段 北京同步辐射 实验室生物大分子晶体结构分析实验站在今年 0 月份的开放运行期间, 成功地完成多波长异 常衍射实验并获得满意结果 本文详细地介绍了首次 MAD 实验的过程及数据处理结果 80

87 在北京同步辐射实验室兼用模式下开展 生物大分子晶体结构研究工作 刘鹏董宇辉黄胜姚德强高增强冼鼎昌 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射室北京 00039) 北京同步辐射实验室作为第一代同步辐射装置, 每年向来自全国各个单位的用户提供 3-4 个月的专用实验机时 2003 年 4 月 ~5 月的高能物理实验期间, 首次利用 3W-Wiggler 的兼用光模式开展实验研究 本文详细介绍了在兼用模式下北京生物大分子晶体学线站的光束性能计算和测试情况, 以及部分实验结果 8

88 生物大分子溶液小角散射方法及在 BSRF 的进展 洪新国 ( 中国科学院高能物理研究所同步辐射室北京 00039) 本文介绍生物大分子溶液小角散射技术及 BSRF 小角站在这一方向的工作现状 目前测定了几个蛋白质溶液的小角散射, 如在清洁剂溶液中细菌捕光天线色素蛋白 (LH2) 的小角散射 结果表明 LH2 蛋白分子在清洁剂溶液中的单分子具有椭球结构, 与环状 9 对称的晶态结构不同, 但与单分子光谱学对孤立的 LH2 单分子测量结果一致 82

89 同步辐射 ( 软 X 超软 X 射线 ) 辐照农作物种子的诱变效应 唐掌雄 ( 中国农业科学院原子能利用研究所北京 00094) 利用同步辐射软 X 射线 (3.5~22keV) 和超软 X 射线 (0.62~3keV) 辐照农作物种子 ( 小麦 大麦 高梁 玉米 ), 从形态学 细胞学上研究了当代 (M ) 生物损伤和第二代 (M 2 ) 的诱变效应 辐照前先采用辐射变色剂量片作相对吸收剂量的测定 实验结果表明 : 同步辐射抑制了 M 代幼苗 植株的生长, 引起育性 结实率下降等生理损伤 ; 在其幼苗第一叶片的中央主脉处, 均出现条状叶绿素缺失损伤, 其缺失率与 X 射线能量有关联, 其中小麦的缺失率为 : 在 3~22keV 时为 5~0%, 而在 0.62~3keV 时则增大到 80~00%, 而在 γ 射线中未见这现象, 国内外未见类似的报导, 这现象在用不同质子能量 (3~8MeV) 辐照上述种子中也出现类似的结果 这现象值得深入研究, 即采用注入能量一射程末端小于种胚尺寸, 此时 LET 增加, 也可提高相对生物效应, 从而获得明显的诱变效果 从细胞学研究表明, 同步辐射抑制了细胞有丝分裂, 明显地降低了细胞分裂指数, 引起染色体的结构损伤, 其染色体畸变类型不同于 γ 射线, 生物损伤大于 γ 射线 同步辐射诱发了 M 2 代较宽的突变谱, 在小麦中出现有 9 种类型的突变体, 而 γ 射线辐照只有 5 种突变体, 同步辐射最高总突变率为 γ 射线的 2.7 倍, 有益突变率为 γ 射线的 5.7 倍 另外, 从同步辐射不同能量引起的突变效应看, 软 X 射线在单株上可同时出现较多的多个性状的突变, 而超软 X 射线引起的突变则以单性状变异为主 由此可见同步辐射应用于农作物改良和植物的改性方面将有很大的发展潜力和前景 83

90 两种含锌金属蛋白的 XAFS 研究 李树军 ( 中国科学院高能物理研究所北京 00039) 本文测试了两种含锌金属蛋白样品的 XAS 曲线, 分别为去甲酰化酶 (PDF) 的干粉样品和蛇毒蛋白 Acutolysin A 在不同 ph 值下的样品 实验结果表明, 不同的 ph 值对 Acutolysin A 样品的结构有一定的影响 EXAFS 模拟的结果显示, 两种蛋白晶体 PDB 数据的精度都不足以给出其中锌离子的精细局域结构 而利用从头计算方法对样品的 XANES 谱进行拟合, 可以得到非常好的拟合结果 实验还发现 X 射线辐照对样品的损伤较小 84

91 微型反应器中丙烯酸甲酯的分散聚合研究 刘刚 2 常振其 田扬超 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥 ) (2. 中国科学技术大学高分子系合肥 ) 微米尺度的聚合物小球在很多新技术领域中有着非常广泛的应用前景, 可用于标准物 色谱柱的填充物 生化的支撑体 临床检测 催化剂载体 油墨添加剂以及信息存储等 所有应用都依赖于聚合物小球的尺寸 尺寸的分散性和其表面性能, 合适尺寸和高度单分散性的聚合物小球是成功应用的重要保证 目前, 微米尺度的单分散聚合物小球主要利用复杂的乳液聚合来进行制作, 实验过程复杂 实验条件苛刻, 并且很难对聚合物小球进行表面修饰 本文中, 我们采用简单的分散聚合来进行聚丙烯酸甲酯小球的制作 但是, 分散聚合通常难以得到单分散性的聚合物小球 为了提高聚合物的单分散性, 我们利用微型反应器来进行丙烯酸甲酯的分散聚合研究 实验结果表明 ( 如图 图 2 所示 ), 微型反应器的使用大大提高了聚合物小球的单分散性, 利用微型反应器来提高聚合物的单分散性是有效的 图 聚合物小球的 SEM 照片 ( 常规反应容器中 ) 图 2 聚合物小球的 SEM 照片 ( 微型反应器中 ) 85

92 利用同步辐射和分子束质谱研究燃烧与火焰 齐飞盛六四张允武 ( 中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽合肥 ) 燃烧提供了世界能源消耗总量的 90%, 然而燃烧也会产生各种各样的污染物, 如 :CO2, 各种碳氢化合物, 芳香烃, 氮氧化物和二氧化硫等 为了发展和测试化学动力学机理, 低压的层流预混火焰是一种理想的模型 分子束质谱技术在该火焰中的应用已经有了 40 年的历史 传统的四极质谱结合电子轰击电离 (Electron Impact Ionization), 限制了该技术在燃烧研究中的应用, 例如 : 容易使大的碳氢化合物解离, 有限的电子能量分辨, 在 6~4 ev 电子束的强度较低, 而大部分化合物的电离能恰好在该能量区域 利用飞行时间质谱结合单光子电离可以克服上述困难 早期利用真空紫外激光作为电离光源, 然而, 真空紫外激光系统具有较低的光子强度 (~0 光子 / 秒 ) 和较窄的调谐范围 (8~0.5 ev) 以及造成大分子的多光子解离 我们新的分子束系统利用国家同步辐射的同步辐射光源, 结合 3 米的光栅单色仪, 可以提供高亮度 (0 2-3 光子 / 秒 ) 高分辨(0.0 ev) 及连续可调 (5~30 ev) 的真空紫外光源 同步辐射光电离是一种 软 电离技术, 尤其适合探测燃烧中产生的多环芳香化合物 自由基和燃烧的中间物 我们已经研究过多种火焰 :( 两种 C 2 H 4 /O 2 火焰, 两种 C 4 H 6 /O 2 火焰, 三种 C 6 H 6 /O 2 火焰等 ), 实验结果显示该技术可以探测燃烧产生的各种化合物, 包括稳定的和不稳定的, 而且具有较高的灵敏度和选择性 目前报告人正在中国科技大学国家同步辐射实验室建立一套燃烧实验装置, 将利用我国的同步辐射光源研究低压预混火焰, 该仪器在今年下半年可以投入运行 另外, 正在建立一套研究 High Temperature Air Combustion 的装置, 同样利用同步辐射和分子束质谱 86

93 * SR-XRMP 研究海山富钴结壳微构造的元素分布特征 王晓红 詹秀春 2 黄宇营 2 何伟 3 刘淑琴 樊兴涛 唐力军 王毅民 (. 国家地质实验测试中心北京 00037) (2. 中国科学院高能物理研究所北京 00039) (3. 矿产资源研究所北京 00037) 海山富钴结壳是大洋锰结核之后的又一储量巨大的深海矿产资源 由于它富含经济价值比结核更高的钴和铂, 又生长在水深较浅的海山上, 由开采带来的环境问题更小 人们普遍认为它将会比结核更早投入商业性开发, 因而成为当今大洋矿产开发研究的重点 海山富钴结壳具有与大洋锰结核相似的叠层石微构造, 并显示明显的韵律特征 本文利用具有 20μm 空间分辨率的同步辐射 X 射线微探针 (SR-XRMP) 研究了采自西太平洋海山区两个完整板状结壳 ( 从基岩到最外层 ) 样品切片中纹层状 柱状 树枝状 手指状 化瓣状和流动等多种微构造及其整个样品剖面的元素分布特征, 特别是发现了 Mn 和 Fe,Co 和 Ni 等元素的相关关系的变化及其韵律特征, 为结壳成因 矿物学 生长速率及古海洋环境变迁研究提供了新资料 * 本项研究由 大洋 协会国际海底区域研究开发 十五 专项基金和北京正负电子对撞机国家实验室重点课题资金共同资助 87

94 Analysis of the Distribution of Chemical Element in Adelie Penguin Bone Using Synchrotron Radiation X-ray Fluorescence Zhouqing Xie, Liguang Sun *, Nanye Long 2, Li Zhang, Shixiu Kang 3, Ziqin Wu 3, Yuying Huang 4, Xin Ju 4. Institute of Polar Environment, School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, , P R China 2. School of Life Science, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, , P R China 3. Department of Astronomy and Applied Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, , P R China 4. Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 00039, P R China We have performed synchrotron radiation X-ray fluorescence (SR-XRF) analysis of Adelie penguin bones, collected in the maritime Antarctic. This method enables us to find out the microscopic concentration profiles of chemical elements in transverse bone sections. Results show that () there are different concentration profiles for elements in the bones; (2) The inter-correlation of elements in the bones is complex; (3) some trace elements including toxic ones like Rb, Sr, Fe, Mn, Cu, Co, Ni, Ti, Zr, Br, As, Hg and Cr are also detected somewhere in the cross section of the bones. The authors suggest that further studies be conducted to establish a SR-XRF database for polar and non-polar animals. This will be greatly beneficial for characterizing penguins by the microscopic distribution of elements in bone and the understanding of elements' roles in animal metabolism. 88

95 Synchrotron Radiation X-ray Fluorescence Analysis of Ancient Pottery Relics on Zhujiajian Island, Zhejiang Province, China Li-guang Sun, Li Zhang, Zhou-qing Xie, Yu-hong Wang (Institute of Polar Environment, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, , P R China) Shi-xiu Kang, Zi-qin Wu (Department of Astronomy and Applied Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, , P R China) Yu-ying Huang, Xin Ju (Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 00039, P R China) Synchrotron radiation X-ray fluorescence (SR-XRF) method is an ideal method for analyzing and identifying precious ancient samples in archaeology because it is able to detect multiple trace elements in the samples with minimal damages. In this paper, we proposed and applied SR-XRF method for analyzing element compositions of four ancient pottery relics, collected from Zhujiajian Island, Zhejiang Province, China. Quantitative correlation analysis of the SR-XRF spectra of these pottery relics samples confirmed that they came and were fired from the earth in the island around 2597±556a.B.P., the era of former Ch'in. Key Words: Pottery relics,synchrotron Radiation,X-Ray Fluorescence Analysis,Zhujiajian Island 89