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日本开发出高效高分辨率的X射线成像新技术

 日本理化学研究所2016年2月17日宣布,在利用X射线相干性(Coherence)的“X射线Ptychography”成像技术方面,实际验证了高效利用相干性X射线的方法。此次证实,通过运用可凭借局部相干性X射线对试样图像实施重构的算法,与完全相干性X射线相比,可提高分辨率。

X射线成像新技术


 X射线Ptychography成像技术通过X射线衍射强度图进行相位恢复计算,对试样图像实施重构,特点是原理上能够实现X射线波长程度的空间分辨率。但测定时需要使用高强度的相干X射线,即便使用拥有世界最高X射线强度的大型辐射光设施“SPring-8”来重构具有高分辨率的试样图像,要想获得X射线衍射强度图,也需要很长的时间。

 此次采用的是“混合状态重构算法”,该算法将局部相干性X射线的强度分布设定为互不相干的多种模式的相干性X射线的总和。不过,随着相干性变差,模式数量增加,所需要的衍射强度图数量也随之增加,因此通过对局部相干性X射线实施聚光来抑制模式数量的增加,同时通过计算模拟来决定对于高效利用第一模式的相干性X射线而言为最佳的测定条件。

 此次验证实验以厚12nm的钽制测试图像为试样,对几乎完全相干性的X射线和局部相干性X射线做了比较。原来的方法只在照射完全相干性X射线时才能重构试样图像。而使用混合状态重构算法时,两种X射线均可对试样图像实施重构,但最终证实照射局部相干性X射线具有更高的空间分辨率。

 这表明,与完全相干性X射线相比,局部相干性X射线中含有的第1模式的相干性X射线的强度较高。此次比较了被重构的入射X射线的波场向试样照射的第一模式相干性X射线的光子数,结果显示与完全相干X射线相比,局部相干X射线大6倍左右。也就是说,这意味着能够以6倍左右的高效率来使用相干性X射线。

 通过使用此次验证的方式,有望提高X线Ptychography的测定效率,尤其是在轻元素构成的生物试样的测定,以及多种入射X射线角度的测定所需要的三维成像方面,可获得出色的效果。另外,通过使此次方法标准化并促进普及,还有望创造出更多的成果。此次成果已刊登在美国科学杂志《Applied Physics Letters》2月15日刊及在线版(2月16日刊)上。

 


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