時(shí)間分辨X射線衍射--原子及分子結(jié)構(gòu)的革命

近幾年，研究者們開始研究原子及分子結(jié)構(gòu)在100飛秒的時(shí)間尺度上隨著時(shí)間的變化，而這正是原子震動(dòng)的時(shí)間尺度。通過這種方法可以在原子尺度觀察物理、化學(xué)以及生物過程中的時(shí)間變化。在這個(gè)新的方法中，X射線源、飛秒激光器以及X射線光學(xué)元件都需要用到。另外，如果沒有一種新型的Kev能量范圍的光子探測(cè)器，這個(gè)實(shí)驗(yàn)仍然無法實(shí)現(xiàn)。而采用集成了環(huán)形彎曲晶體的CCD可以對(duì)動(dòng)態(tài)晶體衍射曲線進(jìn)行同步測(cè)試。

時(shí)間分辨衍射的典型配置如圖1所示。短脈沖激光器（脈寬100fs，強(qiáng)度1015W/cm2）與固體物質(zhì)相互作用可以產(chǎn)生高密度等離子體薄層，等離子體中的電子可以被加速到KeV甚至MeV。加速電子與固體相互作用可以產(chǎn)生短脈沖X射線。X射線的光斑比飛秒激光器的光斑稍大一些，大約在數(shù)十微米量級(jí)。來自于X射線源的高強(qiáng)度輻射線，比如K?線，通過環(huán)形彎曲晶體被聚焦到研究樣品上。來滋養(yǎng)品的衍射X射線信號(hào)被Andor 背感光深耗盡型CCD DX420-BRDD采集。在X射線探測(cè)脈沖到達(dá)之前某一個(gè)時(shí)間，通過第二束激光激發(fā)樣品，通過調(diào)整兩個(gè)脈沖的時(shí)間延遲可以研究衍射信號(hào)的時(shí)間響應(yīng)。

在本實(shí)驗(yàn)中與其他X射線探測(cè)器相比背感光深耗盡CCD的優(yōu)點(diǎn)如下：
1.    由于暗噪聲很低，探測(cè)器可以設(shè)置積分時(shí)間來（1s~1000s）累計(jì)足夠多的光子
2.    記錄單光子事件。超過250000個(gè)獨(dú)立像元同步采集信號(hào)
3.    高的量子效率，對(duì)于4.5KeV的光子有大于90%的效率
4.    光子能量與探測(cè)到的電荷之間有很好的線性關(guān)系
5.    可以推算探測(cè)光子能量，即便一個(gè)光子信號(hào)分散到四個(gè)像素內(nèi)
6.    CCD相機(jī)可以很方便的在真空環(huán)境下使用