X 射線與晶體作用原理

由于 Si 和 Ge 等晶體的原子間距和X射線的波長相當，都在埃量級，所以 X 射線與晶體作用時就相當于是一個三維的體光柵，根據布拉格定律，X 射線會在晶體的晶格平面發(fā)生衍射，并滿足以下公式。

2d sinθ = kλ

其中，

• λ 是入射 X 射線光束的波長；

• θ 被稱為布拉格角，即滿足上述布拉格公式時，X 射線被晶體衍射時的角度；

• λ 和 θ 兩個參數通過晶面間的原子間距 d，在物理上聯(lián)系在了一起。一旦為特定的衍射選擇了確定的晶體材料后，晶面間距d就確定了；

• 2d 值則規(guī)定了該晶體能發(fā)生衍射的最長波長；

• 一般而言, 常用的布拉格角被限制在85°以內。

從布拉格定律出發(fā)， X 射線光學晶體材料的選型原則如下：

• 波長范圍和布拉格角共同決定了 2d 值的選擇；

• 材料能夠耐受 X 射線束的通量及能量的能力；例如，有機晶體不能耐受高通量的 X 射線束，或反復的（較高通量的）X 射線束曝光；

• 當需要對其進行彎曲時，有足夠的機械能力；

• 晶體的衍射/反射能力；

• 然后可以通過晶體的成本來確定最經濟的選擇。

Si、Ge 和 Quartz被公認為是具有最高質量晶格的晶體，在耐受高通量 X 射線光束的同時，其力學特性使得它們可以被加工成各種形狀。同時，它們完全與傳統(tǒng)晶體的波長范圍范圍相當。所以法國 Alpyx 公司選擇了這三類晶體來制作高性能的 X 射線晶體光學元件。

• 定向精度（二維）： +/- 5 min of arc （+/- 30 sec of arc 可咨詢）

• 取向，尺寸及厚度靈活可選

?? 一維、二維 Johann 和 Johansson 型晶體

Johann 和 Johansson 晶體理論上可以在 X 射線束的子午方向上產生聚焦。Johann 構型也可用于 Von Hamos 結構中，垂直于 Rowland 圓平面以產生聚焦光譜。這兩種可能性之間的選擇很大程度上取決于羅蘭圓的半徑值和晶體的長度。只有 Johansson 才能完美聚焦，它要求高精度的加工，而 Alpyx 正是這方面的專家。

下圖是使用 Alpyx 生產的大尺寸 Si(111) Johansson 晶體的測試結果，可以看到 Johansson 晶體絕佳的單色性：

除常見的柱面 Johann /Johansson 外，二維聚焦的 Johann / Johansson 對 Alpyx 來說也是可能的。

對于二維的 Johann / Johansson 來說，有子午面半徑 R_m 和弧矢面半徑 R_s 兩個概念：

• R_m = 2 x R_rowland

• R_s = R_m x sin2θ （θ為布拉格角）

從以上公式可以看出

1. 對于低布拉格角，R_s <<< R_m, 那么雙曲就變得不可能了；

2. 弧矢曲率的使用僅限于一個布拉格角；

3. 弧矢曲率會給晶格帶來額外的應力。

基于目前的二維聚焦鏡片的局限性，Alpyx 提出了兩種專利新構型以解決以上問題：1. 當弧矢彎曲困難時，晶體將工作在固定的布拉格角度；2. 將多塊晶體固定在測角儀上，以適用于一定范圍內的每個布拉格角度。

典型應用：

• 粉末衍射

• Simultaneous WDXRF/EDXRF

• 精細光譜

??? Channel cut

由于 channel cut 晶體是從一塊晶體切割來的兩個面，故兩個面的物理性質完全一致，每次衍射曲線完全重合，有很高的積分反射率；經過多次衍射后能夠有效減小晶體自身的角寬度，因此，降低光束線的各級單色器的衍射角分辨可以有效提高出射線的能量分辨率。

channel cut 具有調諧快、傳輸效率高、能帶窄、準直性高、消色散和結構簡單等優(yōu)點。Alpyx 擁有切割和生產各種幾何形狀和尺寸的 channel cut 的專有技術，且其自有的 channel cut 表面處理工藝在晶體表面不拋光的情況下也能獲得良好的強度和分辨率。

交付實例：

典型應用：

• X 射線微探針

• 掃描 X 射線光刻

• HRXRD，SAXS

• 常規(guī)和同步加速器上的光束聚光器

???? 零背景衍射板

利用單晶衍射只產生衍射斑的原理，只需要選定合適的晶面切割便可在探測器上避開特定位置的衍射。使用晶體作為背景板，得到的 XRD 圖是絕對干凈的(X 射線上沒有衍射)。即使在非常低的強度下，也可以很輕易地探測到樣品的布拉格反射。零背景衍射板是粉末 XRD 完美的樣品支架（在10 ~ 120°(2θ角Cu Ka)無背景噪聲），且與大多數 XRD 設備兼容。