調(diào)光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不緊湊，調(diào)光步驟復(fù)雜，調(diào)光存在安全隱患……

圖2展示了利用平板探測(cè)器和MiniPIX對(duì)一個(gè)準(zhǔn)直型毛細(xì)管光源光斑測(cè)試的結(jié)果。可以看出，對(duì)于傳統(tǒng)平板探測(cè)器而言，受探測(cè)器靈敏度限制，要想獲得清晰的光斑圖像，需要較高通量的X射線照射或較長(zhǎng)的曝光時(shí)間。并且為了更好的保證毛細(xì)管耦合的X射線光源是否達(dá)到最佳輸出效果，還需要利用SDD探測(cè)器對(duì)X射線輸出的光通量進(jìn)行記錄。這個(gè)過(guò)程一般需要多次重復(fù)調(diào)試，極大地增加了調(diào)光操作的復(fù)雜性。

得益于高的探測(cè)靈敏度，MiniPIX探測(cè)器能夠在低功率X射線運(yùn)行條件下，實(shí)現(xiàn)在更短的曝光時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確獲得光斑的位置、尺寸和光通量信息，同時(shí)利用其閾值掃描功能還可以觀察不同能量X射線的光斑分布。

這很好地解決了傳統(tǒng)平板探測(cè)器低靈敏度和占空大等對(duì)X射線調(diào)光所帶來(lái)的阻礙，也減少了操作人員受輻射照射的劑量風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了調(diào)光操作的安全性。

除了實(shí)現(xiàn)日常實(shí)驗(yàn)調(diào)光應(yīng)用外，利用MiniPIX探測(cè)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前期射線束的精細(xì)調(diào)節(jié)，優(yōu)化系統(tǒng)空間幾何結(jié)構(gòu)對(duì)提升系統(tǒng)效率和分辨率也至關(guān)重要。  

2022年中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的研究小組利用WidePIX混合光子計(jì)數(shù)探測(cè)器探索了球面彎曲晶體對(duì)X射線的聚焦特性，裝置原理如圖5所示^[2]。在基于球面彎曲晶體的譜儀結(jié)構(gòu)中，由于X射線在沿弧矢方向和子午方向的光程差不同，在兩個(gè)方向表現(xiàn)出不同的聚焦長(zhǎng)度，常規(guī)的硅漂移探測(cè)器（SDD）只能夠?qū)崿F(xiàn)X射線的計(jì)數(shù)和能量分辨，不具備X射線焦斑的成像功能，因此在實(shí)際調(diào)光過(guò)程中無(wú)法利用SDD對(duì)X射線聚焦位置進(jìn)行可視化。

像素化的混合光子計(jì)數(shù)探測(cè)器具備X射線光子的計(jì)數(shù)、位置和能量探測(cè)功能，同時(shí)比SDD探測(cè)器具有更高的計(jì)數(shù)率。圖6展示了WidePIX探測(cè)器在羅蘭圓結(jié)結(jié)構(gòu)譜儀聚焦和離焦條件下對(duì)X射線焦斑的成像結(jié)果，通過(guò)可視化焦斑的形狀，能夠有助于精細(xì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的聚焦幾何，確定焦平面位置，保證系統(tǒng)的能量分辨率更接近理論值。

精細(xì)的光路調(diào)節(jié)對(duì)于同步輻射實(shí)驗(yàn)表征至關(guān)重要，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室X射線表征更是如此。相比于同步輻射光源，實(shí)驗(yàn)室X射線光管光通量低，光子的有效利用率直接決定了系統(tǒng)的效率和能夠?qū)崿F(xiàn)的時(shí)間分辨率。2022年赫爾辛基大學(xué)的Huotari團(tuán)隊(duì)成員采用了捷克Advacam公司提供的MiniPIX探測(cè)器，用于實(shí)驗(yàn)室X射線吸收譜儀的光路調(diào)節(jié)，并研究了CuI樣品原位加熱氧化過(guò)程的XANES光譜變化，如圖7所示。采用10°的掠入射方式能夠在樣品上獲得大面積的線焦照明光斑，以優(yōu)化測(cè)試樣品的熒光產(chǎn)額，最終在探測(cè)器上獲得了3700/s的高計(jì)數(shù)率。如圖8展示了CuI樣品原位加熱氧化為CuO的XANES光譜變化，能夠明顯觀測(cè)到Cu的K能量吸收邊的偏移。

得益于該光路結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)節(jié)，使得光子利用率和熒光產(chǎn)額都實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化，整個(gè)系統(tǒng)的效率得到了約300倍的提升^[3]。

通過(guò)以上幾個(gè)典型案例，我們可以發(fā)現(xiàn)，不管是基于同步輻射光源還是基于實(shí)驗(yàn)室X射線源的光路系統(tǒng)，光路的精細(xì)調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)高空間分辨率、高能量分辨率和高時(shí)間分辨率表征的重要前提。采用光子計(jì)數(shù)、像素化的X射線探測(cè)器進(jìn)行調(diào)光可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)光斑位置、形狀、光通量，甚至光子能量的探測(cè)，已經(jīng)成為X射線實(shí)驗(yàn)表征的重要輔助工具。

Advacam S.R.O.源自捷克技術(shù)大學(xué)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用物理研究所，致力在多學(xué)科交叉業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供硅傳感器制造、微電子封裝、輻射成像相機(jī)和X射線成像解決方案。Advacam最核心的技術(shù)特點(diǎn)是其X射線探制器（應(yīng)用CERN Timepix、Medipix芯片），沒(méi)有拼接縫隙（No Gap），因此在無(wú)損檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、地質(zhì)采礦、空間探測(cè)、藝術(shù)品鑒定及中子成像方面有極其突出的表現(xiàn)。Advacam與NASA（美國(guó)航空航天局）及ESA（歐洲航空航天局）保持長(zhǎng)期良好的項(xiàng)目合作關(guān)系。2021年，spin off子公司Advascope專為電子顯微鏡EM應(yīng)用提供定制化粒子探測(cè)系統(tǒng)。

北京眾星聯(lián)恒科技有限公司作為捷克Advacam公司中國(guó)區(qū)的總代理，也在積極推廣Timex/ Medipix芯片技術(shù)，并探索和推廣光子計(jì)數(shù)X射線探測(cè)技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用，目前已有眾多客戶將MiniPIX、AdvaPIX和WidePIX成功應(yīng)用于空間輻射探測(cè)、X射線小角散射、X射線光譜學(xué)、X射線應(yīng)力分析和X射線能譜成像等領(lǐng)域。同時(shí)我們也有數(shù)臺(tái) MiniPIX 樣機(jī)，及 WidePIX 1*5 MX3 CdTe 樣機(jī)，非常期待對(duì)我們探測(cè)器感興趣或基于探測(cè)器應(yīng)用有新的idea的老師聯(lián)系我們，我們可以一起嘗試做更多的事情。

[1] T.B. Garcia-Nathan, A. Kachatkou, C. Jiang, D. Omar, J. Marchal, H. Changani, N. Tartoni, R.G. van Silfhout. Compact and portable X-ray imager system using Medipix3RX. JINST, 2017, 12, C10011.

[2] Zhang KY, Liu X, Liu P, Yang XW, Weng T. X-ray focal properties of spherically bent crystals for synchrotron and XFEL spectroscopy. Proc. SPIE, 2022, 12169, 12169H.

[3] Kallio AJ, Wei? A, Bes R, Heikkil? MJ, Ritala M, Kemell M, Huotari S. Laboratory-scale X-ray absorption spectroscopy of 3d transition metals in inorganic thin films. Dalton Trans. 2022, 51, 18593.