1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院 上海同步辐射光源上海 201204
3 中国科学院大学北京 100049
与白光X射线动态显微CT（Micro Computed Tomography）相比，单色光X射线动态显微CT具有较低的辐射损伤和较高的密度分辨率，但是更难以平衡其空间和时间分辨率。目前，单色光X射线动态显微CT的最高时间分辨率可达到13.3 Hz，探测器有效像素尺寸为5 μm。为了构建具有更高时空分辨率的单色光X射线动态显微CT系统，基于上海光源快速X光成像线站（BL16U2）的高通量密度单色光，将高速转台与三镜头大数值孔径快速X射线成像探测器相结合，构建了实验系统。以速发型聚氨酯材料为研究对象进行了验证实验，在15 keV单色光下动态显微CT的时间分辨率达到了20 Hz，探测器有效像素尺寸为2.2 μm。对气泡运动进行相关定量分析，证明该系统具有高时空分辨率和高对比度分辨率，可以对复杂运动系统进行四维时空定量分析，为BL16U2线站用户进行高时空分辨率的复杂原位研究提供了强大的实验平台。
X射线动态显微CT 快速X射线成像 X射线单色光显微CT 同步辐射 X-ray dynamic Micro-CT Fast X-ray imaging Monochromatic X-ray Micro-CT Synchrotron radiation
1 中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心，上海 201204
2 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
全场透射X射线显微镜（TXM）具有纳米量级空间分辨、原位、无损和三维（3D）成像等优点，目前已被广泛应用到多个研究领域中。纳米三维成像线站是上海同步辐射光源（SSRF）二期工程建设内容之一，该线站瞄准前沿领域中的科学问题和国家战略需求，主要实验方法为TXM和纳米计算机断层扫描（CT），能量范围为5~14 keV，空间分辨率的设计指标为20 nm。该线站基于弯铁光源，光束线采用柱面准直镜、双晶单色器和超环面聚焦镜设计方案。实验线站采用自主设计、整体集成的全场TXM系统，实验站中单毛细管聚焦元件、TXM机械系统、纳米CT控制及数据采集软件均为自主研发。2021年SSRF纳米三维成像线站（BL18B）完成了带光调试与性能测试，实现了20 nm分辨率的TXM成像，是国际上首条基于弯铁光源并实现20 nm分辨率成像的光束线站，测试结果全部达到线站设计指标，2022年该线站将对用户开放使用。
X射线光学 透射X射线显微镜 同步辐射 单毛细管聚焦镜 自主研发 光学学报
2022, 42(23): 2334001
1 上海光源科学中心, 中国科学院上海高等研究院, 上海 201204
2 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
3 中国科学院大学, 北京 100049
针对复杂体系弱信号的成像难题,本课题组提出并发展了运动衬度X射线成像方法。该方法利用各运动组分对入射光场的调制随时间的演化规律的不同,将其分离开来、分别成像,从而消除各组分间的相互干扰、提高成像灵敏度。低造影剂浓度血管造影、植物微导管输水无造影剂成像、电化学反应离子迁移高灵敏成像等实验结果表明,运动衬度X射线成像可实现传统方法无法实现的有效衬度的复杂体系弱信号成像。因适用于任意波长,运动衬度成像原理也有望在红外、可见光等其他波段获得广泛应用。
光学学报
2022, 42(11): 1134001
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Shanghai Synchrotron Radiation Facility/Zhangjiang Lab, Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201204, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
At present, reconstruction of megapixel and high-fidelity images with few measurements is a major challenge for X-ray ghost imaging (XGI). The available strategies require massive measurements and reconstruct low-fidelity images of less than pixels. Inspired by the concept of synthetic aperture radar, synthetic aperture XGI (SAXGI) integrated with compressive sensing is proposed to solve this problem with a binned detector in the object arm. Experimental results demonstrated that SAXGI can accurately reconstruct the pixels image of a binary sample of tangled strands of tungsten fiber from 660 measurements. Accordingly, SAXGI is a promising solution for the practical application of XGI.
X-ray ghost imaging compressive sensing megapixel imaging Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 033401
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Shanghai Synchrotron Radiation Facility/Zhangjiang Lab, Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201204, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Carbon fiber (CF)/pyrolytic graphite (PG) composites are promising structural materials for molten salt reactors because of their superior performance. Due to the minor density difference between CF and PG, existing methods are impractical for efficient three-dimensional characterization of CF/PG composites. Therefore, in this study, a method based on in-line phase-contrast X-ray microtomography was developed to solve the aforementioned problem. Experimental results demonstrate that the method is suitable for comprehensive characterization of CF/PG composites. The relationship between the microporous defects and fiber orientations of such composites was also elucidated. The findings can be useful for improving the manufacturing process of CF/PG composites.
X-ray imaging C/C composite 3D characterization Chinese Optics Letters
2021, 19(7): 073401
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院, 张江实验室上海光源科学中心, 上海 201210
3 北京师范大学, 北京 100875
X射线荧光成像是一种可无损获得样品内部元素空间分布信息的实验技术, 可分为荧光mapping扫描成像与荧光CT成像, 其空间分辨率由X射线聚焦束斑的大小决定。 上海光源成像线站已建立X射线荧光成像系统并对用户开放, 在多个领域取得较好的研究成果, 该系统基于狭缝限束获取微束X射线, 束斑为150 μm, 限制了该方法的广泛应用。 椭球聚焦镜是反射面为椭球面的单次反射单毛细管光学元件, 基于全反射原理, 具有反射效率高、 工作距离长、 接收角宽、 适用X射线能量范围宽、 体积小等优点, 已应用到X射线聚焦、 全场纳米成像等领域。 由于对面型精度的要求较高, 制备椭球聚焦镜难度较大。 为满足广大用户对微束荧光成像的需求, 自行设计并成功研制了针对微束荧光成像系统的单毛细管椭球镜, 并对其进行了X射线聚焦性能检测, 结果显示可获得14 μm聚焦光斑, 焦点处增益可达255倍。 基于自主研制的椭球镜, 在上海光源BL13W搭建微束X射线荧光成像系统, 并开展了微束荧光mapping成像与微束荧光CT实验研究: (1)对中风鼠脑切片的荧光mapping扫描成像, 得到中风鼠脑中微量元素铜、 铁、 钙与锌的元素分布荧光光谱图； (2)对鼠脑及毛细管中浓度为0.5 mg·L-1的标准砷溶液进行同步辐射微束X射线荧光CT成像, 利用OSEM重构算法重构投影数据, 获得了鼠脑中铜元素和毛细管中砷元素二维分布的切片图。 两组实验表明, 基于自行设计与研制的单毛细管椭球镜的微束X射线荧光成像系统, 样品处的光通量密度增加, 空间分辨率得到提高, 单张荧光光谱的获取时间显著减少, 同时也提高了系统的元素探测限。
单毛细管椭球镜 荧光成像 元素分布 同步辐射 Ellipsoidal sing-bounce mono-capillary X-ray fluorescence imaging Distribution of element Synchrotron radiation 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2011
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 上海科技大学, 上海 201210
3 中国科学院上海高等研究院上海光源, 上海 201204
4 中国科学院大学, 北京 100049
同步辐射红外(SRIR)光具有光谱范围宽、发散角小、亮度高以及信噪比高等优点,结合传统红外谱学技术,采用SRIR谱学显微技术对样品进行红外谱学显微,可以获得样品微米级别的空间光谱信息。利用MiTeGen聚亚酰胺小环作为样品,以上海光源BL01B1线站的SRIR光为光源,通过点扫描采样方式进行同步辐射红外三维谱学显微实验研究。通过获得聚亚酰胺小环在不同角度下的SRIR二维显微光谱信息,选取波数范围为1495~1485 cm -1的显微光谱信息处理,用代数迭代算法对聚亚酰胺小环的化学组分酰胺Ⅱ进行SRIR三维显微重构,获得了完整的三维重构图。实验表明本文方法能够以较高的信噪比重构出样品化学组分的三维红外显微结构。
X射线光学 同步辐射 三维谱学显微 高分辨率光谱学 断层图像处理
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 中国科学院大学, 北京 100049
X射线小角散射显微层析成像(SAXS-CT)是一种无损的结构表征技术,用于研究非均匀物质纳米结构信息及其空间分布;在上海同步辐射光源(SSRF)设计并搭建了基于Kirkpatrick-Baez(KB)镜聚焦的SAXS-CT成像系统,并选取毛竹和注塑聚乳酸样品进行实验验证。结果表明:该SAXS-CT成像系统的聚焦光斑尺寸可以达到20 μm以下;对于毛竹样品,得到了其内部维管束和薄壁细胞的位置分布及散射差异,同时获取了内部纳米纤维的取向特点;对于注塑聚乳酸样品,发现其内部片晶结构具有分层分布特征,获取了片晶结构的分布图像以及长周期分布图像;实验结果验证了该SAXS-CT成像系统的可靠性及实用性。
X射线光学 X射线小角散射显微层析成像 Kirkpatrick-Baez镜 同步辐射 旋转不变性
中国科学院上海应用物理研究所 上海光源,上海 201204
为了提高同步辐射红外光源的光子通量和亮度以及改善光学元件的热稳定性,同步辐射光源现多采用恒流注束(Top-Up)模式,以保持储存环内部束流的稳定.在增强器向储存环注束时,储存环电流的瞬时起伏及电子束团位置的变动等会使同步辐射红外线站所用红外傅立叶变换(FTIR)光谱仪所采的干涉图上出现较大的波动,形成噪声；本文根据该噪声的特点,以及全域中值滤波算法处理该类型的噪声的不足,提出使用区域中值滤波算法对红外谱学线站使用的FTIR光谱仪所采的干涉图进行预处理,以消除由Top-Up模式引入的噪声的影响；并根据该型噪声的特点和区域中值滤波算法的处理过程,设计了一套去除由Top-Up模式引入的同步辐射红外谱学噪声的流程,使该区域中值滤波算法的处理过程无需人工干预；使用该区域中值滤波算法对具有该型噪声的干涉图进行了降噪处理,计算结果表明：使用该滤波算法可消除由Top-Up模式引入噪声的影响,提升Top-Up模式下所采光谱的信噪比.
同步辐射红外光源 恒流注束 噪声消除技术 区域中值滤波 synchrotron radiation infrared source constant current injection elimination technology of noise zone median filtering
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 国际竹藤中心, 北京 100102
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。
铜唑防腐剂 竹材 同步辐射 双能减影 相衬成像 CuAz preservative Bamboo Synchrotron radiation Dual energy subtraction imaging Phase contrast imaging
