直接和間接探測

針對不同的x射線應(yīng)用，不管是影像，還是光譜，Andor都可以提供全面的CCD探測系統(tǒng)。根據(jù)應(yīng)用和能量不同，這些系統(tǒng)可以放置在真空內(nèi)使用，或者通過法蘭和真空腔相連，也可以是單獨(dú)使用。另外，如果您的應(yīng)用需要對x射線進(jìn)行間接探測，Andor 也可以提供各種光纖耦合的CCD相機(jī).
Andorx射線探測方案有益于如下各種應(yīng)用：

1. X射線/中子斷層掃描

2. X射線光譜

3. X射線顯微

4. X射線光斑檢測

5. X射線衍射

6. X射線平板印刷術(shù)

7. X射線地形學(xué)

8. 等離子體研究

9. 醫(yī)療影像

湯姆森散射

X射線可以大致可以分為幾個(gè)范圍，雖然幾個(gè)范圍沒有嚴(yán)格清晰的定義，但是大致可以如下分類：

1. VUV 到XUV= 0.01 - 0.1 keV

2. XUV 到 軟X射線 = 0.1 - 1 keV

3. 軟x射線到硬x射線 = 1 - 10 keV

4. 硬x射線 = 10 - 100 keV 

 電磁波及能量

公式1：單位換算

直接探測

在這類應(yīng)用中，相機(jī)的感光芯片是直接暴露在入射射線中，這些射線光子被芯片中的靈敏的摻雜層所吸收，這樣就產(chǎn)生幾個(gè)電子空穴對。和間接探
測及傳統(tǒng)的膠片成像相比，這種方法有如下優(yōu)點(diǎn)：

1. 更高的量子效率

2. 單光子的靈敏度，且無需采用EMCCD或者ICCD

3. 更好的空間及能量分辨率

直接探測相機(jī)中的量子效率

量子效率是光子被CCD探測到的可能性概率。然而我們要記住，在對x射線束流進(jìn)行直接探測時(shí)，一個(gè)入射光子，能夠產(chǎn)生幾個(gè)光電子，這樣就可以達(dá)到單光子的靈敏度。光電子產(chǎn)生的數(shù)量，和射線的能量有關(guān)，參見公式2.

公式2： 每個(gè)光子所能產(chǎn)生的光電子
直接探測中，每個(gè)像素所能產(chǎn)生的光電子數(shù)量=x射線光子能量/3.65
下圖所示，是幾款直接探測CCD的量子效率曲線。

FI 是前照明的芯片，F(xiàn)I-DD表示深度摻雜的選項(xiàng)，和前照的芯片相比，這個(gè)選項(xiàng)對于硬x射線有更好的響應(yīng)。BN是背照明的芯片，只是沒有增透膜（和BV選項(xiàng)恰恰相反），對于軟x射線和中x射線有更好的響應(yīng)。和前照明的芯片相比，BN選項(xiàng)除了有更高的響應(yīng)外，BN選項(xiàng)對于芯片的保護(hù)有大幅提高的作用，可以有效防護(hù)因?yàn)檫^飽和所造成的芯片老化。對于直接探測，我們推薦BN選項(xiàng)的芯片。
CCD相機(jī)直接探測的優(yōu)缺點(diǎn)：

間接探測

當(dāng)您需要測量硬x射線，并且有如下要求時(shí)：（甚至在大的縮比光錐情況下，也需要單光子的靈敏度（EMCCD是更好的選項(xiàng)））

1. 量子效率好，且能延伸至硬x射線范圍

2. 大面積（通過縮比光錐）

3. 更高能量時(shí)，需要高的動態(tài)范圍

4. 需要對CCD進(jìn)行防護(hù)時(shí)

直接探測用CCD相機(jī)，是利用在光錐前端面的熒光涂層，把x射線轉(zhuǎn)換成可見光進(jìn)行探測。對于間接探測用CCD，它的主要性能，比如量子效率，空間分辨率等等，取決于所選熒光屏的參數(shù)，比如，屏的厚度，化學(xué)成分以及顆粒大小等。
由Andor供應(yīng)商提供的*的熒光材料沉積方法，用于間接探測所用的光纖面板前，可以達(dá)到其的分辨率：和傳統(tǒng)的批量沉積方法相比，分辨率可以提高四倍。量體裁衣，能夠良好的匹配您的應(yīng)用。

右圖所示，加涂了熒光層的光纖面板CCD,對于入射光子的探測 效率，系統(tǒng)增益有了大幅提高。所謂的系統(tǒng)增益，是指對于每個(gè)入射射線光子，系統(tǒng)所能測試到的光電子。這里的系統(tǒng)增益，也和熒光涂層的類型，厚度及顆粒大小有關(guān)。也與CCD芯片的量子效率和光纖面板有關(guān)。

面所說的例子，是指在1：1光纖面板的涂層。熒光涂層優(yōu)化用于5-25keV的能量，其轉(zhuǎn)換峰值在15keV。 對于大面積的，縮比的光纖錐，系統(tǒng)增益自然會下降，這時(shí)，可以采用EMCCD的技術(shù)來把這種稍高高于噪聲水平的弱信號進(jìn)行放大，而讀出速度可以達(dá)到幾MHz，這對于快速的斷層掃描類的應(yīng)用非常適合。

間接探測的優(yōu)缺點(diǎn)

EMCCD在X射線探測中開創(chuàng)性的應(yīng)用：
在x射線間接探測中，開創(chuàng)性的方法之一，就是一代的光纖耦合的EMCCD在其中的應(yīng)用。通過大比例的縮比光纖，可以實(shí)現(xiàn)單光子的靈敏度及幾MHz的讀出速度。

Andor X射線應(yīng)用相機(jī)

Andor 提供一系列的CCD和EMCCD相機(jī)，可以用于直接和間接探測，同時(shí)具有光譜和影像類的芯片格式。多個(gè)相機(jī)設(shè)計(jì)平臺，可以適用于不同種類和尺寸的芯片，從128*128的EMCCD,到2K*2K的CCD. Andor針對不同的實(shí)驗(yàn)研發(fā)了各種x射線相機(jī)，系統(tǒng)包括獨(dú)立使用的相機(jī)，真空腔耦合的相機(jī)，或者真空腔內(nèi)使用的相機(jī)。

應(yīng)用案例研究

射線激光器研發(fā)

貝爾法斯特女王大學(xué)的等離子體與激光反應(yīng)物理研究分部的研究人員，在實(shí)驗(yàn)中采用了x射線相機(jī)。 其研究重點(diǎn)包括：

1. 激光誘導(dǎo)等離子體（0.05-1KeV）

2. X射線結(jié)晶學(xué)（1KeV左右）

3. X射線激光研究（0.06-0.3keV）

4. X射線光譜（0.04-0.4keV）

研究團(tuán)隊(duì)使用了多個(gè)X射線CCD相機(jī)。在如瑟夫阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室利用Vulcan玻璃激光器裝置，團(tuán)隊(duì)所從事的一個(gè)研究領(lǐng)域，就是研發(fā)x射線激光器。
研究所主要采用的芯片為1024*2048個(gè)像素，13um大小，背照明的量子效率。這款相機(jī)的量子效率很高，分辨率非常理想，并且靶面很大。相機(jī)采用開口設(shè)計(jì)，直接采用法蘭連接到真空腔。同時(shí)使用平場譜儀和CCD相機(jī)對射線激光器光束進(jìn)行分析。和相機(jī)連用的還有x射線光學(xué)器件，把x射線激光器成像到出口，從而實(shí)現(xiàn)激光器光斑的分析。

高能激光反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

在如瑟夫阿普爾頓試驗(yàn)，在Vulcan和ASTRA這兩個(gè)激光器裝置上，高能激光相互作用的試驗(yàn)大量采用了基于CCD的探測器。他們包括：

1. 在（2-6keV）范圍的單光子能量測量

2. 0.5-3Kev范圍內(nèi)的共振線譜測量

3. 50-500eV范圍內(nèi)的軟X射線探測

4. 可見及IR范圍內(nèi)的探測（IR到1.2um）

    

   要想實(shí)現(xiàn)盡可能多的數(shù)據(jù)收集及盡可能寬的測量范圍，有必要要求CCD探測器有高的動態(tài)范圍（12-16bit）和更多的像素（300K-2M像素）。不僅需要動態(tài)范圍，還需要高的靈敏度和低的噪聲水平，這點(diǎn)非常必要，尤其是信噪比的問題關(guān)系到測量團(tuán)隊(duì)的物理限。

    

zui近若干年，因?yàn)镃CD芯片半導(dǎo)體制冷技術(shù)的引入，降低了暗噪聲，以及A/D轉(zhuǎn)換性能的提升，這些都大的幫助相機(jī)得到意想不到的探測性能。

截止目前，已經(jīng)有十多臺相機(jī)在Vulcan和Astra裝置上使用，所采用的芯片為1024*256。由于采用這些獨(dú)到的CCD探測器所衍生的很多新技術(shù)，幫助我們有效對超短脈沖等離子體的相互作用進(jìn)行研究。
由于更大的CCD陣列探測器的引入，以及更經(jīng)濟(jì)的處理能力，數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集技術(shù)在將來的試驗(yàn)分析中，會發(fā)揮更主導(dǎo)的作用。

感謝D. Neely博士牛津郡，如瑟夫阿普爾頓試驗(yàn)室，中心激光裝置

顯微成像

基于EMCCD的單光子發(fā)射顯微系統(tǒng) I-125（碘125）,用于小動物成像.一直有人在努力得到小動物的顯微成像。采用I-125作為跟蹤試劑變得越來越普遍。

孟玲，密歇根大學(xué)的核工程與放射科學(xué)學(xué)院博士，聯(lián)合安納堡（Ann Arbor）的V. A.醫(yī)療中心，和位于密歇根州大溪地（Grand Rapid）的溫安洛（Van Andel）研究所的研究人員，采用I
-125作標(biāo)記的抗體，縮氨酸和其他成分的合成物作為發(fā)光跟蹤劑，來進(jìn)行各種癌癥的分析檢測以及治療用放射性藥品的研究。

I-125通過捕獲電子而衰減。I-125衰減的三個(gè)zui高的光子發(fā)射概率為：27.5keV時(shí)為76%，31keV時(shí)為13%，35keV時(shí)為7%，其半衰期為60.14天。低帶隙能量和長半衰期這兩個(gè)特點(diǎn)，使其非常有利于單光子成像端面掃描計(jì)算成像（Single Photon Imaging Computed Tomography：SPECT）。

• 因?yàn)樗韫庾幽芰勘容^低，就可以非常準(zhǔn)確的進(jìn)行光子耦合和探測。
• 成像空間分辨率有可能達(dá)到小于100um級別。

zui近，他們又開始研發(fā)新一代SPECT技術(shù)，以期對射線光子進(jìn)行快速，高靈敏度的探測。其所采用的相機(jī)就是Andor光纖耦合的EMCCD（DF-897-FB）