时间分辨X射线衍射

原子和分子结构的进化

近年来，已经开发了一种新方法来研究原子和分子结构在100飞秒（1fs = 10-15s）的时间尺度上的时间演变，这是原子振动的典型时间尺度。该方法将为原子量表上物理，化学和生物过程的时间演变提供新的见解。新的开发项目，例如新的X射线源，飞秒激光器和X射线光学，对于本研究至关重要。但是，如果没有新的探测器发展，则无法进行此类实验。环形弯曲的晶体光学器件与CCD摄像头的组合可以同时测量瞬态晶体衍射曲线[1]。

使用脉冲飞秒X射线源在Jena中使用脉冲飞秒X射线源的时间分辨X射线衍射

图2A。

图1显示了用于时间分辨衍射的典型设置。短强度激光脉冲（t = 100 fs，i> 1015 w/ cm2）与固体物质的相互作用可产生薄的致密等离子体层加速到KEV甚至MEV能量。当与固体相互作用时，此类电子可以产生短的X射线脉冲。X射线源比激光焦点稍大，通常产生一些微米。来自激光基X射线源（例如Kα线）的强烈线辐射正以环形弯曲的晶体聚焦到所研究的样品上。然后，球形单色波落在样品上。来自样品中的衍射X射线信号（图2A）由Andor反击，深层耗尽X射线CCD摄像头记录，DX420-BR-DD，具有1024 x 255像素，提供了摇摆曲线的情况。单晶样品（图2B）。在X射线探针脉冲之前，通过第二激光脉冲激发样品的激发，使研究人员可以通过改变两种脉冲的延迟来遵循衍射信号的时间响应[2]。

图1.时间分辨X射线衍射设置

X射线CCD摄像机的性能

与其他X射线检测器相比，反向释放的深层耗竭CCD的重要特性具有以下优势[3]：

• 由于相机的低传感器温度，在各种暴露（通常为1 s -1,000 s）上积聚光子。
• 检测Kev-Photon-能量范围内的单个光子事件。超过250,000个单个固态检测器，每个像素，同时记录信号。
• 高检测效率，4.5 KEV光子的90％以上。
• 保持光子能量和检测到的电荷之间的极好线性
• 即使将一个光子的电荷分成四个像素，也可以重建光子能量
• CCD摄像机可用于真空实验以及小型柔性真空外壳（见图1）
• 质量相对较低，易于翻译和旋转。

时间分辨实验的申请

时间分辨的实验需要检测器的重要特性才能记录成功合理的数据。这些实验最重要的参数之一是时间平均X射线光子通量。高检测效率降低了驱动X射线源的飞秒激光器的高平均功率的极高成本。

X射线CCD在这些实验的各个步骤中应用：

• 作为单个光子计数模式（线光谱和Bremsstrahung）的记录X射线光谱仪，用于激光基于激光的X射线源优化
• 使用CCD，可以完成X射线光学元件的在线对齐（即弯曲的晶体），例如，Bragg角度旋转，晶体方位角旋转和聚焦对齐。
• 从晶体样品中记录了瞬态或静态的晶体摇摆曲线（图2（b））。

图2（b）。单晶摇摆曲线

使用反向释放的深层耗竭X射线CCD摄像机进行数据分析的优势是：

• 衍射的单光子可以以一个像素的精度放置。这对应于衍射实验中典型0.5弧形的角度分辨率。
• CCD温度给出的背景水平可以相对轻松地减去。
• 散射的硬光子不影响衍射信号，但是如果使用单个光子计数模式，则可以轻松去除测量。
• 从二维CCD图像（图2A中的Kossel锥）重建摇摆曲线的重建。
• 能够记录大型检测器区域的样品衍射的大固体角度。

感谢：

I. USCHMANN，FRIEDRICH-SHILLER-UNIVERITätJena，Friedrich-Shiller-Universität

1. ch。Rischel等人，自然390，490（1997）。
2. A. Morak等。，物理。统计Sol。，编号PSSB.200642387，（2006）。
3. F. Zamponi等人，Rev。Sci。Instrum。，76，116101（2005）。