Przejdź do głównej treści
Wersja kontrastowa
en English Menu

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

POLYX – multimodalna linia do mikroobrazownia i mikrospektrometrii rentgenowskiej

ZPS sprawuje merytoryczną opiekę nad projektem budowy linii w Solaris.

Oficjalna strona linii POLYX w synchrotronie Solaris

Linia POLYX (obecnie w budowie, uruchomienie planowane jest na lato 2022 roku) będzie linią badawczą przeznaczoną do obrazowania z wykorzystaniem twardego promieniowania rentgenowskiego (4-16keV). Polichromatyczne promieniowanie rentgenowskie (POLYchromatic X-rays) oraz achromatyczna optyka polikapilarna (POLYcapillary optics) [1] pozwolą na uzyskanie wiązki twardego promieniowania rentgenowskiego o intensywności typowej dla synchrotronów znacznie większych od SOLARIS, jednak rozdzielczości przestrzenne technik obrazowania (wynikające z rozmiarów zogniskowanej wiązki) będą mniejsze niż w przypadku najnowszych synchrotronów [2,3]. 

Głównym elementem linii (rys. 1) będzie hybrydowy monochromator składający się z  pary kryształów (Double Crystal Monochromator – DCM)  i pary wielowarstw (Double Multilayer Monochromator – DMM).  Maksymalny rozmiar wiązki rentgenowskiej wyniesie 20 mm × 4 mm, a wiązka zogniskowana z użyciem optyki polikapilarnej będzie miała wymiary od 5 µm do 50 µm.  Liczba fotonów na sekundę w zogniskowanej wiązce, w zależności od stopnia monochromatyzacji, będzie na poziomie 108-1010. W przyszłości, zastosowanie kompaktowych luster Kirkpatrick-Baez’a może umożliwić skupienie wiązki do rozmiarów poniżej mikrometra.

Uproszczony schemat linii POLYX

Rys. 1 Uproszczony schemat linii POLYX.
DMM/DCM - hybrydowy monochromator rentgenowski. 

 

 

 

 

 

Techniki badawcze:
• µXRF  - rentgenowska mikro-analiza fluorescencyjna 
Informacja o przestrzennym (w geometrii skaningowej) oraz głębokościowym (w geometrii konfokalnej ) rozkładzie pierwiastków  próbkach. 
Na przykład:
P. M. Wróbel et. al.,
Towards histopathological analysis based on X-ray fluorescence elemental
imaging supported by multivariate analysis - Case study of ovarian cancers,
Spectrochimica Acta Part B 155, 4–11 (2019),
doi: 10.1016/j.sab.2019.02.009
• µXAFS - spektroskopia progu absorbcji rentgenowskiej 
identyfikacja stanu chemicznego pierwiastków w próbce.
Na przykład:
M. Szczerbowska-Boruchowska et. al.
An integrated experimental and analytical approach to the chemical state imaging of iron in brain gliomas using X-ray absorption near edge structure spectroscopy,
Analytica Chimica Acta 699, 153-160 (2011),
• µCT - standardowe pomiary mikro tomograficzne w wiązce równoległej z rozdzielczością na poziomie 1 mikrometra. 
Ze względu na niską energię krytyczną SOLARIS, tomografia rentgenowska (z kontrastem absorpcyjnym i fazowym) możliwa będzie dla stosunkowo małych lub słabo absorbujących próbek np. materiałów biologicznych. 
• obrazowanie plenoptyczne  z użyciem optyki polikapilarnej.
Możliwość obrazowania struktury warstwowej próbek na podstawie pojedynczej ekspozyji rentgenowskiej (bez obrotów próbki) z rozdzielczością obrazowania na poziomie 150 nm.
Na przykład: 
K. M. Sowa, M. P. Kujda, and P. Korecki,
Plenoptic x-ray microscopy,
Appl. Phys. Lett. 116, 014103 (2020),
• tomografia stożkowa w geometrii wielowiązkowej z użyciem optyki polikapilarnej.
Obrazowanie z rozdzielczością na poziomie 150 nm.
Na przykład:
K. M. Sowa, P. Korecki,
X-ray tomography with multiple ultranarrow cone beams,
Optics Express 28, 23223,
 
Stanowiska badawcze na linii POLYX będzie można w łatwy sposób modyfikować co będzie się łączyć z możliwością testowania nowych rozwiązań dotyczących optyki rentgenowskiej i detektorów jak i dedykowanych metod spektroskopowych, jak również umożliwi stosowanie innych synchrotronowych metod pomiarowych, takich jak:
 
• reflektometria rentgenowska, 
 
• topografia rentgenowska,
 
• XFH - rentgenowska holografia fluorescencyjna służąca do trójwymiarowego obrazowania lokalnej struktury atomowej.
Więcej w:  
K. Hayashi, P. Korecki,
X-ray Fluorescence Holography: Principles, Apparatus and Applications, 
Journal of the Physical Society of Japan 87, 061003 (2018),
doi:  10.7566/JPSJ.87.061003
Planowane parametry linii POLYX:

Źródło

magnes zakrzywiający

Zakres energii

4 – 16 keV

Natężenie

DCM - Si(111) - 109 fot./s/mm2 (@8 keV)

DMM - 1011 fot./s/mm2 (@8 keV)

Biała wiązka – 1013 fot./s/mm2 (6-12 keV)

Rozdzielczość energetyczna

DCM: 1.5×10-4

DMM: 2.5×10-2

Optyka/rozmiar ogniska/

apertura/transmisja

 

optyka

polikapilarna

30 µm

8×4 mm2

30%

12 µm

4x3 mm2

10%

5 µm

2x2 mm2

2%

lustra KB (faza 2)

<1 µm

0.5x0.5 mm2

90%

Detektory

detektory FAST SDD 50mm2  x 4

detektor z hybrydowymi pikselami 0.5M

kamera rentgenowska (scyntylacyjna)

komory jonizacyjne, fotodiody

Środowisko

powietrze, He, LV, cryo-stream

Techniki pomiarowe

µXRF (+ mod konfokalny, TXRF),µXAFS, µXRD, µCT

Zastosowania 
na podstawie ankiet wypełnionych przez potencjalnych użytkowników

nauki fizyczne, nauki chemiczne, nauki biologiczne, nauka o materiałach, badania dzieł sztuki, geologia, archeologia, kryminalistyka
 
Rys. 2 Porównanie przewidywanej intensywności promieniowania rentgenowskiego generowanego przez linię POLYX  z natężeniami innych laboratoryjnych źródeł promieniowania (lampa rentgenowska z ciekłą anodą MetalJet, standardowa lampa rentgenowska).