1W1B-XAFS实验站

一、简介

X射线吸收精细结构谱(X-ray Absorption Fine Structure)是近四十多年来迅速发展起来的一个非常活跃的学科领域。它是研究、近邻原子作用的一种重要手段，是进行定量结构分析的有效方法。BSRF－XAFS实验系统始建成于1990年，束线为4W1B，是由单周期WIGGLER 4W1引出的一条非聚焦单色光束线，主要光学元件是双晶单色器。长期以来是国内唯一的一条XAFS专用光束线。2003年完成了系统更新改造。新XAFS专用束线1W1B由储存环中7周期WIGGLER 1W1引出，为聚焦单色光束线。该束线光强比4W1B提高了一个量级以上，2008年实验站建立了19元半导体阵列探测器，大大提高了痕量元素的测试能力。该束线一直稳定运行至今，2014年实现在专用和兼用两种模式下运行开放。有效机时利用率达到98％以上，每年完成的用户课题数为BSRF接受的总课题数的20％－30％，每年相关工作发表文章约为几百篇。

图1 XAFS实验站

二、研究范围

由于XAFS适合于所有样品的物理状态，如晶体、粉末，同时溶液样品也可以研究，在各种pH值、温度、压力下也可以应用，所以是对晶体学和核磁共振方法的有效补充。因此XAFS被广泛应用于生命科学、环境科学、材料科学、催化以及物理、化学、地矿、考古等多学科领域，是世界各同步辐射实验室涉及学科面最广、用户最多的实验方法之一。

三、研究方法发展方向

基于1W1B-XAFS线站，发展、建立、完善包括痕量、微区、时间分辨、极端条件的XAFS实验探测方法及分析手段，形成多方法高性能，稳定运行的XAFS实验平台，为生命科学、环境科学、材料科学、物理、化学、化工等学科领域做出国际一流的工作提供实验基础。

今后XAFS实验站重点发展方向如下：

（1）发展微区μ-XAFS+μ-XRF吸收谱的试验方法：

应用方面：环境, 毒理，医学，生物，地矿及生命科学等领域的MAPPING，对于样品开展吸收谱及荧光分析方法同步微区分析。

（2）发展时间分辨吸收谱试验方法：

应用方面：化学、化工、材料；动力学反应过程中的结构变化研究

主要指标：Q-XAFS方法达到秒量级

（3）发展原位，极端条件吸收谱试验方法：

应用方面：生命科学，化学，化工，材料科学等领域中高低温、高压条件下的吸收谱学结构研究

主要指标：温度上限：1000℃；温度下限：10K；压力上限：60 GPa

（4）发展联合在线测试方法：

发展XAFS-FTIR,XAFS-XRF, XAFS-XRD等联合测试技术

四、束线结构

1W1B-XAFS束线由BEPC储存环中新建七周期永磁WIGGLER（1W1）引出。束线采用国际高强度同类束线的基本结构设计，其主要光学系统由准直镜，双晶单色器,及超环面镜组成, 是一条高强度、高能量分辨、单色聚焦光束线。距光源 21.99 米处放置了准直镜；距光源 24.11m 处安装双晶单色器, 其下游距光源 25.82m 处安装超环面镜。束线从前端引出后, 首先经过准直镜,用以改善出射光的垂直发散度, 从而提高系统能量分辨率；出射光经由双晶单色器单色化后，最后由超环面镜做水平和垂直聚焦到样品处。双晶单色器使用 Si(111)双平晶晶体，采用了 T 机构设计，当步进电机驱动晶体做 BRAGG 角转动时，通过特定的机械传动，调节双晶间距，以保持固定光斑出口高度。角度调整范围为 3.8—32 度，能量扫描范围是 4.8-22.8 keV。XAFS 实验棚屋位于光束线末端，配备了透射及荧光探测系统，以实现 XAFS 信号的获取及处理。系统由一台微机控制，以 Labview 开发的实验采谱软件。

图2 光束线结构示意图

图3 主要光学系统示意图

五、样品处光源参数

能量范围: 4.8 — 22.8 keV

能量分辨率（ΔE/E）: <1-3 × 10^-4 @ 9 keV

光通量（photons/s）:>4×10¹¹photons/s @ 9 keV; 2.5GeV, 200 mA

光斑尺寸（H×V）:　0.9× 0.3 mm²

图4 1W1B实测铜K边吸收谱。吸收边上“小突起”清晰可见，由此可半定量表明1W1B束线能量分辨率达到了设计值： <1-3x10^-4(9KeV处)

六、实验站主要设备：

透射XAFS实验系统/LYTLE荧光电离室/19元高纯锗固体阵列探测器

低温样品室（最低温度为10K）

图6 19元高纯锗固体阵列探测器

七、人员队伍与人才培养：

实验站人员：张静  郑黎荣 储胜启 安鹏飞 黄换

八、联系方式：

线站负责人：张  静 研究员，010-88235980，jzhang@ihep.ac.cn

用户联系人：郑黎荣 副研究员，010-88235980，zhenglr@ihep.ac.cn