Synchrontronstrahlung

1. Кольцо для хранения DORIS III было закрыто 22 октября 2012 года. Однако HARWI II будет перенесен в...
2. Настройка монохроматора:
3. Эксперименты:
4. Высокоэнергетическое материаловедение Beamline на PETRA III
5. Микро и нано томография
6. BioSAXS Beamline на PETRA III
7. Станция нанофокуса на линии DESY луча P03 на PETRA III

Кольцо для хранения DORIS III было закрыто 22 октября 2012 года. Однако HARWI II будет перенесен в дополнительный центр PETRA III как HARWI III.

Рисунок 1: Расположение линии луча

Высокоэнергетическая линия луча HARWI-II была предназначена для измерений текстуры, деформации и изображения для материаловедения. Схема линии луча, включая оптику линии луча, экспериментальные станции и контрольную клетку, представлена ​​на рисунке 1.

Описание инструмента:

Фронтальный фильтр:

Углерод 3 мм постоянно устанавливается в качестве фильтра верхних частот, чтобы снизить тепловую нагрузку на монохроматор. Для вариантов с жестким рентгеновским излучением дополнительно в тракт луча могут быть вставлены медный фильтр толщиной 1 мм и шириной 10 мм или шириной 2 мм и шириной 70 мм. Оба Cu-фильтра выдерживают тепловую нагрузку с углем 10 мм спереди.

Настройка монохроматора:

Рисунок 2: Эскиз установки монохроматора

Резервуар для монохроматора (рисунок 2) вмещает два разных типа монохроматоров. Первый тип монохроматора (тип А) представляет собой двойной монохроматор Лауэ в горизонтальной геометрии для анализа деформаций и напряжений и доставляет пучки размером 10 мм × 10 мм. Оба гониометра могут содержать множество кристаллов. Использование другой пары кристаллов осуществляется с помощью линейных ступеней поверх гониометров. С установленными в настоящее время закаленными кристаллами Si (111) может быть достигнут диапазон энергий 65-200 кэВ с динамической шириной качания 6 угловых секунд при 100 кэВ. Второй монохроматор оптимизирован для экспериментов по визуализации. Этот монохроматор производит пучок размером до 70 мм х 10 мм в вертикальной дифракционной геометрии. Диапазон энергий будет от 20 до 150 кэВ. Кроме того, для экспериментов может быть предусмотрен прямой белый луч размером около 0,5 мм × 0,5 мм.

Эксперименты:

Рисунок 3: Мощный дифрактометр

В экспериментальных клетках вдоль ямы выстроены три ямы. Ямы содержат различные эксперименты. Одним из экспериментов является сверхмощный дифрактометр, специально разработанный для исследований высоких энергий фотонов. Дифрактометр есть
установлен в яме 1 (см. рисунок 1).

Рисунок 4: Детекторный портал

Он оснащен различными этапами перемещения, поворота и наклона. Башня достаточно большая, чтобы вмещать тяжелые образцы и тяжелые условия эксплуатации до 600 кг. Поступающий и рассеянный луч может быть определен щелевыми системами, прикрепленными к дифрактометру. Дифрагированные фотоны могут быть обнаружены с помощью двухпозиционного чувствительного двумерного счетчика газовой проволоки, каждый с активной площадью 300 мм × 300 мм. Детекторы могут быть установлены на двух плечах 2θ для рассеяния в вертикальной плоскости. Расстояние между образцом и детектором регулируется дополнительными ступенями трансляции, которые установлены на плечах дифрактометра. Кроме того, детекторы могут быть установлены на большой подвижной раме (см. Рисунок 4), чтобы расположить их в любом желаемом месте за образцом.

Рисунок 5: Установка напряжения INSTRON

Максимальное расстояние образца-детектора может быть до 9 м. Таким образом, измерения с высоким угловым разрешением могут быть выполнены. Также доступны детектор энергии, сцинтилляционный счетчик и сканер с изображениями. Кроме того, детектор с плоской панелью заказывается. Для проведения экспериментов по анализу остаточных напряжений на месте была создана установка напряжения INSTRON (см. Рисунок 5). Он работает сервогидравлически и оснащен зажимами с водяным охлаждением. Установка может быть использована in-situ или ex-situ, т.е. для длительных экспериментов.
Второй постоянный эксперимент - это томографическая станция, которая устанавливается на подъемный стол (рисунок 1, позиция 3). Томографическая камера в основном состоит из эффективного детектора рентгеновского излучения и высокоточного каскада образца-манипулятора. Двумерный рентгеновский детектор специально оборудован для обнаружения высокоэнергетического рентгеновского луча. Система предназначена для работы с энергиями фотонов от 20 до 150 кэВ. Используя оптику с переменным фокусом, поле зрения можно адаптировать к диаметру исследуемого образца. Таким образом, с помощью томографической системы может быть достигнуто пространственное разрешение до 2 мкм. Образец-манипулятор обеспечивает высокую точность вращения, перемещения и перемещения образца.

Спецификация прибора

Параметры вигглера

Длина периода λu:

110 мм

Минимальный магнитный зазор:

14 мм

Параметр прогиба Kmax (среднеквадратичное значение):

20,3 (13,4)

Критическая Энергия Ec:

26,7 кэВ

Hor. дивергенция

30 кэВ: 3,4 мрад

100 кэВ: 3,3 мрад

верт. дивергенция

30 кэВ: 0,15 мрад

100 кэВ: 0,05 мрад

Стресс-параметры буровой установки

Рост :

≈ 2500 мм

Механическая нагрузка:

± 100 кН

Циклическая загрузка:

25 Гц при ± 1 кН

Максимум. длина образца:

600 мм

Максимум. толщина образца:

16 мм

Свободный угол обзора:

± 80 °

Общий поток от источника при 100 кэВ: 4x1014 с-1 в 0,1% массы тела

Литература по приборостроению

Местный контакт

Дифракция менеджера лучевой линии

Доктор Томас Липпманн

Тел: +49 (0) 40 8998-5311

Факс: +49 (0) 40 8998-5399

Beamline Ученый Томография

Доктор Феликс Бекманн

Тел: +49 (0) 40 8998-5309

Факс: +49 (0) 40 8998-5399

Высокоэнергетическое материаловедение Beamline на PETRA III

Рубцы

Высокоэнергетическое материаловедение Beamline HEMS в PETRA III имеет основную энергию 100 кэВ, настраивается в диапазоне от 30 до 200 кэВ и оптимизировано для фокусировки микрометров с помощью сложных рефракционных линз (CRL).
Проектирование, строительство, эксплуатация и основное финансирование находятся в ведении Helmholtz-Zentrum Geesthacht. Приблизительно 70% времени луча посвящено исследованию материалов, остальное зарезервировано для экспериментов по «общей физике», поддерживаемых DESY.
Деятельность в области материаловедения и общей физики состоит из трех частей:
1) Фундаментальные исследования охватывают металлургию, физику, химию, биологию и т. Д., Которые все больше и больше объединяются. Были проведены эксперименты по исследованию связи между макроскопическими и микроструктурными свойствами поликристаллических материалов, межзеренными взаимодействиями, процессами перекристаллизации, разработкой новых и более совершенных материалов или процессов и механизмами катализа in situ. Как правило, все виды вещества могут быть изучены с высокой точностью, высокой стабильностью и низким фоном: поверхности, границы раздела, объемные монокристаллы, порошки, а также аморфные материалы в большом обратном пространстве.
2) Прикладные исследования для оптимизации производственного процесса выигрывают от высокого потока в сочетании с быстродействующими системами детекторов, позволяющими проводить сложные и высокодинамичные исследования микроструктурных преобразований на месте, например, в процессе сварки и загрузки. Инфраструктура линии луча позволяет легко разместить большое оборудование, предоставляемое пользователем, такое как устройство для сварки трением с перемешиванием на месте, которое было построено в Helmholtz-Zentrum Geesthacht.
3) Эксперименты, нацеленные на сообщество промышленных пользователей, основаны на хорошо отработанных методах со стандартизированной оценкой, позволяющей проводить измерения с полным спектром услуг. Будут предоставлены условия для картографирования деформаций на крупных конструктивных элементах до 1 т, а также автоматизированные исследования большого количества образцов, например, томография и определение текстуры.
Линия луча (P07 в секторе 5 PETRA III Max von Laue Hall) состоит из ондуляторного источника, главной оптической клети OH1, собственной испытательной установки EH1 (HZG) и трех независимых экспериментальных клеток EH2 (DESY), EH3 (HZG) и EH4 (HZG) работают поочередно, плюс дополнительные фокусирующие оптические люки OH2 (DESY) и OH3 (HZG) с установкой и местом для хранения для длительных экспериментов.
Экспериментальные клетки EH2 и EH3 были доступны для проверенных пользовательских экспериментов с 2011 года. EH4 с его установкой микротомографии был введен в эксплуатацию в 2012 году (поглощение) и 2013 (фазовая контрастность), а его картографическая установка - во второй половине 2013. Средство тестирования EH1 недоступно для внешних пользователей.
HEMS в DESY

Местный контакт

Beamline Manager

Тел: +49 (0) 40 8998-3637

Факс: +49 (0) 40 8998-4203

Микро и нано томография

IBL - Beamline

Разработка новых материалов очень требует изучения их трехмерных внутренних структур. Таким образом, в частности, методы томографической оценки приобретают все большее значение в области характеристики материалов. Характерные масштабы длины, которые влияют на структурные свойства, часто находятся в диапазоне от нескольких микрометров до нескольких нанометров.
Благодаря необычайно высокому блеску нового накопительного кольца PETRA III, чрезвычайно низкому излучению в 1 нм и высокой доле когерентных фотонов даже в жестком рентгеновском диапазоне обеспечивается чрезвычайно интенсивный и резко сфокусированный рентгеновский свет.
Эти уникальные характеристики луча способствуют новым применениям томографических методов, обеспечивающих сверхбыстрые измерения на месте, а также высочайшее пространственное разрешение и разрешение по плотности. Кроме того, высококогерентный луч позволяет применять методы фазового контраста исключительным образом.
Таким образом, компания Helmholtz-Zentrum Geesthacht принимает активное участие в проекте PETRA III, управляя и финансируя Imaging Beam Line (IBL). Эта линия луча оптимизирована для микро- и нанотомографии.
Линия формирования изображений (P05) состоит из двухметрового ондуляторного источника, оптической камеры (OH), включающей два монохроматора (DCM и DMM) и двух независимых экспериментальных клеток EH1 и EH2, работающих поочередно.
IBL в DESY

Местный контакт

Beamline Manager

Тел: +49 (0) 40 8998-5309

Факс: +49 (0) 40 8998-5399

Beamline Scientist

Доктор Фабиан Уайлд

Тел: +49 (40) 8998-5334

Факс: +49 (40) 8998-4203

BioSAXS Beamline на PETRA III

EMBL - в сотрудничестве с учеными из Helmholtz-Zentrum Geesthacht - создал линию луча SAXS, ориентированную на биологию / мягкое конденсированное вещество.
Он будет обеспечивать широкий диапазон пространственных разрешений от 0,1 до 2000 нм и работать в диапазоне энергий от 4 до 20 кэВ.

• Фокусное пятно на детекторе составляет 0,2 (по горизонтали) x 0,1 (по вертикали) мм.
• Поток на образце составляет порядка 1013 при разрешении по длине волны 3 * 10-4 с двухкристаллическим монохроматором и рассчитывается равным 1015 при разрешении по длине волны 1 * 10-2 для возможного варианта розового луча или многослойного в будущем.
• Устройство для отбора проб на BioSAXS в PETRA III позволяет быстро смешивать растворы для измерений с разрешением по времени и автоматической смены образцов. Для быстрого скрининга роботизированная загрузка образца (5-20 мкл и цикл заполнения 20 с) включается в линию луча с использованием устройства, которое было сконструировано в сотрудничестве между EMBL (станции в Гренобле и Гамбурге) и ESRF.

Рис. 1: Экспериментальная схема прибора BioSAXS (P12) в PETRA III

Конструкция прибора показана на рис. 1. Вклад Helmholtz-Zentrum Geesthacht заключался в создании 5-метровой ступени детектора, которая позволяет регистрировать различные угловые режимы путем автоматического изменения расстояния от образца до детектора в течение нескольких минут.
Высококачественные диаграммы рассеяния регистрируются с помощью современного детектора PILATUS 2M с одним пиксельным счетчиком. Этот детектор сочетает в себе высокий динамический диапазон счета с низким уровнем шума.
На линии луча можно собирать данные малоуглового рентгеновского рассеяния для нескольких биологических и биоколлоидных систем в очень малых объемах. Для будущих экспериментов SAXS с ультрамалыми объемами образцов (<1 нанолитр), среды с микрожидкостными образцами и быстрое перемешивание с помощью метода остановленного потока находятся в стадии разработки.
Конечная станция полностью автоматизирована (загрузка образцов, сбор данных, обработка и предварительный анализ) и предоставляет пользователям стандартные данные о размерах рассеивающих структур (радиус вращения и максимальный размер).
Helmholtz-Zentrum Geesthacht отвечает за 15% общего времени работы луча в BioSAXS. Эта линия поддерживается персоналом Helmholtz-Zentrum Geesthacht и вкладом в эксплуатационные расходы.
Помимо экспериментов с мягким веществом, которые возможны на наших инструментах SANS в GEMS, большое внимание уделяется исследованиям в области материаловедения (например, биомембран), которые дополняют работу EMBL, сфокусированную на белках и биомакронолекулах.
Электронная форма заявки на луч

Местный контакт

Beamline Scientist

Тел: +49 (0) 4152 87-1290

Факс: +49 (0) 4152 87-1356

Станция нанофокуса на линии DESY луча P03 на PETRA III

Рис. 1. Конечная точка нанофокуса на линии луча P03 в PETRA III

Сканирующая рентгеновская нанодифракция (SXND) является отличным инструментом для материаловедения. Он предоставляет структурную информацию с разрешением менее 1 мкм из кристаллических и полукристаллических материалов (например, металлов, биоматериалов, синтетических соединений). Таким образом, ориентация зерен, профили остаточных напряжений, кристаллическая структура или текстура могут быть получены при неразрушающем анализе. Конечная точка нанофокуса P03 (MINAXS) обеспечивает условия для SXND даже в протяженных средах образца in situ из-за большого фокусного расстояния используемой рентгеновской оптики и высокой энергии рентгеновского излучения, которая доступна на линии луча. Станция нанофокуса начала работать в конце 2010 года и с тех пор резко увеличила время, выделенное пользователем, отражая высокую эффективность работы, несмотря на конкурентный режим распределения времени между двумя станциями P03. Линия луча P03 и ее микрофокусная станция управляются DESY (менеджером лучевой линии Стефаном Ротом), а станция Nanofocus, построенная в рамках финансируемого BMBF проекта в Кильском университете, в настоящее время управляется Гельмгольцем-Центрумом Гестахттом в сотрудничестве с Кильским университетом и DESY. ,

Нанолуч с размером обычно 350 x 250 нм2 генерируется с использованием системы зеркал с нанофокусировкой с большим фокусным расстоянием 10 см. На P03 постоянно разрабатываются новые методы, в которых особое внимание уделяется материаловедению, чтобы способствовать использованию SXND в материаловедении. Фокусировка 2D на основе рентгеновского волновода также доступна для меньших лучей. Конечная станция предлагает пучок размером 250 нм и энергию в диапазоне 8 - 23 кэВ.
Чистая рабочая дистанция в 8 см обеспечивает отличные условия для материаловедения, потому что она допускает расширенные образцы in situ. В экспериментах на конечной станции использовались конструкции для контроля давления, полей E / B, температуры, сдвига жидкости, силы растяжения или вдавливания in situ в экспериментах по нанодифракции. Выравнивание образца облегчается с помощью до трех видеомикроскопов, и возможна точность до 10 нм для позиционирования образца на гексаподах.
Конец нанофокуса линии луча P03 в DESY

контакт

Beamline Scientist

Доктор Кристина Кривка

Институт материаловедения

Тел: +49 (0) 40-8998 6903