徐慧超,4.doc-上海应用物理研究所

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1、第6期Error!Referencesourcenotfound.等：题目3YAG晶体在软X射线荧光靶探测器中的应用徐慧超周剑英龚培荣朱周侠张永立黎忠（中国科学院上海应用物理研究所上海光源束线工程部上海201204）摘要荧光靶探测器是同步辐射光源光束位置定位的重要设备之一，本文在96−500eV软X射线内对CVD金刚石薄片和Ce:YAG晶体薄片进行光致发光亮度的测试，观察到Ce:YAG在该能量段的发光亮度比金刚石高，完成了上海光源软X射线荧光靶探测器靶材的实验研究与探测器的设计；同时给出了YAG晶体荧光靶探测器在线使用时观察到的相干光的衍射图像。关键词荧光靶，YAG晶体，金刚

2、石薄片，软X射线中图分类号TL814第8期徐慧超等：YAG晶体在软X射线荧光靶探测器中的应用3目前，上海光源(SSRF)光束线站的X射线光束位置监测(XBPM,X-raybeampositionmonitor)系统使用三种X射线位置探测器，即刀片式探测器、荧光靶探测器和丝扫描探测器。其中荧光靶探测器主要用于光束位置寻找和粗略定位，用X射线打在荧光靶上（如晶体或荧光粉），观察其发出的可见光，可确定X射线的位置和空间分布。上海光源一期7条光束线站的荧光靶材料为荧光粉或CVD金刚石薄片，涂覆或固定在底座上，其机械结构见图1。靶片安装在水冷支架上，置于光路中真空腔体内，由气缸驱动将荧

3、光靶放下置于光路中，观测窗口外用CCD摄像头观察可见光光斑，测量其光束的位置参数，测量完毕后提起荧光靶，让开光路[1]。荧光粉型发光效率高，多用于低能量、低光通量位置上，如白光区，但荧光粉易脱落，给使用带来较多不便，所以新光束线站建设须设计新靶片型探测器。图1上海光源荧光靶结构Fig.1ThestructuresketchofFSBPMinSSRF.1软X射线荧光靶探测器靶材实验上海光源一期工程光束线站多数为硬X线站，其X射线能量较高(大于2keV)，而新建的软X射线干涉光刻(XIL)线站，最低能量为85eV，对软X射线被激发产生荧光的材料和硬X射线的不同，因此选择荧光靶材料

4、是关键。Ce:YAG是一种高效的闪烁体材料，多用作LED发光器件的荧光粉，可将其粉末涂层用于X射线医学成像[2]，或将其单晶体与光电倍增管结合用于核辐射探测[3,4]。为确认这种荧光靶材的发光效率，将Ce:YAG晶体片(Ф35mm×0.5mm，Ce:0.3%−0.5%)和CVD金刚石薄片(Ф35mm×0.3mm)分别安装在实验线站的光路上，在96−500eV能区进行光致发光效率的比较测试。测试装置的原理与图1相似，但入射光为单色光，所以不使用碳滤膜。测试时，首先调节椭圆极化波荡器(EPU)的磁隙，使入射光达到指定能量，再调节光路中光栅找到光束中心使入射光强度最大；光束调整好后

5、将测试样品引入光路，X射线打在测试样品上即产生可见光光斑；真空腔外的观察窗口用CCD摄像头记录测试样品上的光致发光图像，见图2。图2(a)−(d)分别为CVD金刚石薄片的无入射光和入射光能量为96、300和500eV的实验结果，图2(e)−(h)为相应的Ce:YAG晶体的发光图像。用ImageJ软件（美国全国卫生研究所开发的公共软件，主要用于医学图像分析）读出光斑处的灰度，全黑为0度，全白为256度，由于测量光斑仅为Ф200μm，故随机读出光斑内5个相近点的灰度值，然后取平均。由图2。96−500eV软X射线对第8期徐慧超等：YAG晶体在软X射线荧光靶探测器中的应用3Ce:Y

6、AG晶体的发光效率远高于金刚石，这是由YAG石榴石结构的复杂氧化物特性（发光性能、光电性能等）决定的[3−5]。另外Ce3+的加入使YAG晶体的发光效率得到很大提高，达2500ph/keV[6]。实验结果还表明，YAG晶体从96eV起发光亮度就已饱和，完全满足要测量的能量范围要求(96eV是测试时实验线站能产生的最低能量)。CVD金刚石片在能量增加时其发光亮度变化不大，其灰度值均较YAG晶体的小，不适合作低能软X射线的荧光靶探测器靶材。选择荧光靶材除考虑发光效率外还要考虑材料的耐辐照性能，YAG晶体在96−500eV的软X射线范围内发光效率远高于金刚石膜；但金刚石片的机械性能

7、、热学性能及耐辐照性能优于YAG。因此对观测高能量的光子或高功率密度的前端区束流，金刚石膜是更合适的选择。两种材料的特性参数见表1。第8期徐慧超等：YAG晶体在软X射线荧光靶探测器中的应用3图2CCD记录的光致发光图像Fig.2ThephotographofphotoluminescencebyCCDcamera.表1金刚石膜与YAG晶体的材料特性[7−11]Table1CharacteristicsofCe:YAG,CVDdiamond[7−11]荧光靶材料Fluorescencescreenmate