直接(jiē)和間(jiān)接(jiē)探測

針對(duì)不(bù)同(tóng)的(dí)x射綫應用，不管(guǎn)是影像(xiàng)，還是(shì)光譜，Andor都(dū)可(kě)以(yǐ)提(tí)供(gōng)全麵的CCD探測(cè)係(xì)統。根(gēn)據(jù)應用和能量(liáng)不(bù)同(tóng)，這些(xiē)係統(tǒng)可(kě)以放(fàng)置(zhì)在(zài)真空(kōng)內使用(yòng)，或者通過(guò)法蘭和(hé)真(zhēn)空(kōng)腔(qiāng)相(xiāng)連，也(yě)可以是單(dān)獨(dú)使用。另(lìng)外(wài)，如果(guǒ)您的(dí)應(yīng)用(yòng)需要對(duì)x射(shè)綫進(jìn)行(háng)間接探測，Andor 也可(kě)以提供(gōng)各種(zhǒng)光(guāng)纖耦合的CCD相機.
Andorx射綫(xiàn)探測方(fāng)案(àn)有益(yì)於如下各種應用(yòng)：

1. X射(shè)綫(xiàn)/中子斷層掃描

2. X射綫光(guāng)譜

3. X射綫顯(xiǎn)微

4. X射綫光斑檢(jiǎn)測

5. X射綫衍射(shè)

6. X射(shè)綫(xiàn)平板印刷術

7. X射綫(xiàn)地形學(xué)

8. 等離(lí)子(zǐ)體(tǐ)研究

9. 醫療(liáo)影(yǐng)像(xiàng)

湯(tāng)姆森(sēn)散射

X射綫可以大(dà)致可(kě)以分為(wéi)幾個範(fàn)圍(wéi)，雖(suī)然幾個(gè)範(fàn)圍沒有嚴格清(qīng)晰(xī)的定(dìng)義(yì)，但是大致可(kě)以(yǐ)如下(xià)分類(lèi)：

1. VUV 到XUV= 0.01 - 0.1 keV

2. XUV 到 軟X射(shè)綫(xiàn) = 0.1 - 1 keV

3. 軟x射綫(xiàn)到(dào)硬(yìng)x射(shè)綫(xiàn) = 1 - 10 keV

4. 硬(yìng)x射(shè)綫 = 10 - 100 keV 

 電磁(cí)波及(jí)能(néng)量(liáng)

公式(shì)1：單位換(huàn)算(suàn)

直(zhí)接探測(cè)

在(zài)這類應用(yòng)中，相(xiāng)機的感(gǎn)光(guāng)芯片是(shì)直(zhí)接暴露在入射射(shè)綫中，這(zhè)些(xiē)射綫(xiàn)光子(zǐ)被芯(xīn)片中的靈敏(mǐn)的摻(chān)雜(zá)層(céng)所吸收(shōu)，這樣就(jiù)產生幾(jī)個(gè)電子(zǐ)空穴對。和間(jiān)接探(tàn)
測(cè)及傳統(tǒng)的膠片成像(xiàng)相(xiāng)比(bǐ)，這種方法有(yǒu)如(rú)下優(yōu)點(diǎn)：

1. 更高(gāo)的量子效(xiào)率

2. 單光(guāng)子的靈敏度，且(qiě)無(wú)需采(cǎi)用EMCCD或(huò)者ICCD

3. 更好的空間及能(néng)量分(fēn)辨率

直接(jiē)探測(cè)相機(jī)中的量子效率

量子效率(shuài)是(shì)光子(zǐ)被CCD探(tàn)測到的可能(néng)性概率(shuài)。然而(ér)我(wǒ)們要(yào)記住(zhù)，在對x射(shè)綫束流(liú)進(jìn)行直(zhí)接探測(cè)時(shí)，一個入射光子(zǐ)，能夠產生(shēng)幾個光(guāng)電子(zǐ)，這樣(yàng)就可(kě)以(yǐ)達到單(dān)光子的(dí)靈敏(mǐn)度。光(guāng)電子產生的數量，和(hé)射(shè)綫(xiàn)的能量有關(guān)，參見公(gōng)式2.

公式2： 每個光(guāng)子所(suǒ)能產生(shēng)的光(guāng)電(diàn)子(zǐ)
直接(jiē)探(tàn)測中，每個像素所能(néng)產生的(dí)光(guāng)電子(zǐ)數(shù)量=x射(shè)綫光子能(néng)量/3.65
下(xià)圖(tú)所示，是(shì)幾款直接(jiē)探(tàn)測(cè)CCD的量(liáng)子(zǐ)效(xiào)率(shuài)曲(qū)綫(xiàn)。

FI 是前照明的(dí)芯片(piàn)，FI-DD表示(shì)深度(dù)摻雜的(dí)選項(xiàng)，和前(qián)照(zhào)的(dí)芯(xīn)片(piàn)相(xiāng)比(bǐ)，這個選項對於硬(yìng)x射(shè)綫有(yǒu)更好的(dí)響(xiǎng)應(yīng)。BN是(shì)背(bèi)照明(míng)的(dí)芯(xīn)片(piàn)，隻(zhī)是沒有(yǒu)增透膜（和BV選項(xiàng)恰(qià)恰(qià)相(xiāng)反），對於(yú)軟x射綫(xiàn)和(hé)中(zhōng)x射綫有(yǒu)更(gēng)好的(dí)響(xiǎng)應(yīng)。和前照明的(dí)芯片相(xiāng)比(bǐ)，BN選項除了(liǎo)有更高(gāo)的(dí)響應(yīng)外，BN選項對於芯片的保護(hù)有大幅提高的作用，可以有(yǒu)效防(fáng)護因為過(guò)飽和(hé)所(suǒ)造成(chéng)的(dí)芯片(piàn)老化(huà)。對於直接探測(cè)，我們推薦(jiàn)BN選(xuǎn)項的芯片。
CCD相(xiāng)機直(zhí)接探測的優(yōu)缺點(diǎn)：

間(jiān)接探(tàn)測(cè)

當您需(xū)要(yào)測量硬x射綫，並且有如下要求(qiú)時(shí)：（甚(shèn)至(zhì)在大(dà)的縮(suō)比光(guāng)錐情(qíng)況(kuàng)下(xià)，也需要單光子的靈敏度(dù)（EMCCD是(shì)更好的選項））

1. 量(liáng)子(zǐ)效(xiào)率(shuài)好(hǎo)，且能延(yán)伸(shēn)至硬(yìng)x射綫範圍(wéi)

2. 大麵(miàn)積(jī)（通過(guò)縮比光錐(zhuī)）

3. 更高能(néng)量時(shí)，需要(yào)高的(dí)動(dòng)態(tài)範圍

4. 需要(yào)對CCD進行(háng)防(fáng)護時

直接(jiē)探測用CCD相機(jī)，是(shì)利用(yòng)在光(guāng)錐前(qián)端麵的熒(yíng)光塗(tú)層(céng)，把x射綫(xiàn)轉(zhuǎn)換(huàn)成可見(jiàn)光進行探(tàn)測(cè)。對於(yú)間接探測(cè)用(yòng)CCD，它的(dí)主要性能(néng)，比如量(liáng)子(zǐ)效(xiào)率(shuài)，空間(jiān)分辨率(shuài)等等，取(qǔ)決於所選熒(yíng)光屏(píng)的(dí)參數，比如，屏的(dí)厚度，化(huà)學成分(fēn)以及顆粒大(dà)小(xiǎo)等。
由Andor供(gōng)應商(shāng)提(tí)供的(dí)*的熒光材料(liào)沉(chén)積方(fāng)法(fǎ)，用於間(jiān)接(jiē)探測(cè)所用的光纖麵(miàn)板(bǎn)前(qián)，可(kě)以(yǐ)達(dá)到(dào)其的分(fēn)辨(biàn)率(shuài)：和傳統的批量沉(chén)積方(fāng)法相比，分(fēn)辨(biàn)率(shuài)可(kě)以提(tí)高(gāo)四倍(bèi)。量(liáng)體裁衣，能夠(gòu)良好的匹配您(nín)的應用。

右圖(tú)所(suǒ)示(shì)，加(jiā)塗了熒(yíng)光層(céng)的光(guāng)纖麵(miàn)板CCD,對於入(rù)射光(guāng)子的(dí)探(tàn)測 效(xiào)率(shuài)，係統(tǒng)增(zēng)益有了大幅(fú)提高(gāo)。所謂(wèi)的(dí)係(xì)統增(zēng)益，是指(zhǐ)對(duì)於(yú)每個入(rù)射射綫(xiàn)光(guāng)子，係(xì)統所能(néng)測試到的光(guāng)電子(zǐ)。這(zhè)裏(lǐ)的(dí)係統增益，也(yě)和(hé)熒光塗層的類型(xíng)，厚(hòu)度(dù)及顆粒大小(xiǎo)有關。也(yě)與CCD芯(xīn)片的(dí)量(liáng)子效(xiào)率和光(guāng)纖麵板有關。

麵所(suǒ)說(shuō)的(dí)例子，是(shì)指(zhǐ)在1：1光(guāng)纖(xiān)麵板的塗(tú)層。熒光(guāng)塗層優化(huà)用於5-25keV的(dí)能(néng)量，其轉(zhuǎn)換(huàn)峰(fēng)值在(zài)15keV。 對於大(dà)麵積的，縮比的(dí)光纖錐，係(xì)統增(zēng)益自然會(huì)下(xià)降，這時，可(kě)以(yǐ)采(cǎi)用(yòng)EMCCD的技術來(lái)把這(zhè)種(zhǒng)稍(shāo)高(gāo)高於噪聲水(shuǐ)平的弱(ruò)信(xìn)號(hào)進行放(fàng)大，而讀(dú)出速度(dù)可(kě)以達到幾MHz，這對於(yú)快(kuài)速(sù)的斷(duàn)層(céng)掃描(miáo)類(lèi)的應(yīng)用非常適(shì)合(hé)。

間(jiān)接探(tàn)測(cè)的(dí)優(yōu)缺點(diǎn)

EMCCD在(zài)X射綫(xiàn)探(tàn)測(cè)中開創性(xìng)的應(yīng)用(yòng)：
在x射綫間接(jiē)探(tàn)測(cè)中，開創(chuàng)性(xìng)的(dí)方(fāng)法之(zhī)一(yī)，就(jiù)是一代(dài)的(dí)光纖(xiān)耦合(hé)的(dí)EMCCD在其(qí)中的應(yīng)用。通(tōng)過大(dà)比(bǐ)例的(dí)縮比(bǐ)光(guāng)纖(xiān)，可以實(shí)現(xiàn)單(dān)光子(zǐ)的靈敏度及(jí)幾MHz的讀出(chū)速度。

Andor X射綫應用(yòng)相(xiāng)機

Andor 提供一(yī)係列(liè)的CCD和(hé)EMCCD相(xiāng)機(jī)，可以用於直接(jiē)和間(jiān)接(jiē)探測，同(tóng)時具(jù)有光譜(pǔ)和(hé)影像類(lèi)的(dí)芯片格式(shì)。多個相(xiāng)機(jī)設計平台(tái)，可以適(shì)用於不同種類(lèi)和(hé)尺寸(cùn)的(dí)芯片(piàn)，從(cóng)128*128的EMCCD,到(dào)2K*2K的CCD. Andor針(zhēn)對不(bù)同的(dí)實驗研發了各種x射(shè)綫(xiàn)相機，係統包括(kuò)獨立使(shǐ)用的相機，真(zhēn)空腔耦合(hé)的相機，或(huò)者真空腔內使用的相機(jī)。

應用案例研究(jiū)

射(shè)綫激光器(qì)研發(fā)

貝爾法(fǎ)斯特女(nǚ)王大學的等離(lí)子(zǐ)體(tǐ)與激(jī)光反應物理(lǐ)研究(jiū)分(fēn)部(bù)的(dí)研究(jiū)人員(yuán)，在實驗中采用了x射(shè)綫相機。 其研(yán)究重(zhòng)點包(bāo)括：

1. 激光誘(yòu)導(dǎo)等(děng)離(lí)子體(tǐ)（0.05-1KeV）

2. X射(shè)綫結(jié)晶學（1KeV左右）

3. X射(shè)綫(xiàn)激光研(yán)究（0.06-0.3keV）

4. X射(shè)綫(xiàn)光譜（0.04-0.4keV）

研究(jiū)團隊(duì)使(shǐ)用了多(duō)個(gè)X射綫CCD相(xiāng)機(jī)。在如瑟夫阿(ā)普(pǔ)爾(ěr)頓(dùn)實(shí)驗(yàn)室利用(yòng)Vulcan玻璃激(jī)光(guāng)器裝(zhuāng)置，團隊所(suǒ)從事的一個研究(jiū)領域，就是研發(fā)x射(shè)綫激光(guāng)器(qì)。
研究(jiū)所主要(yào)采用的芯片為1024*2048個(gè)像素(sù)，13um大(dà)小，背照明的量子效率。這款(kuǎn)相(xiāng)機的量(liáng)子(zǐ)效率很(hěn)高，分辨(biàn)率(shuài)非常理(lǐ)想，並且靶(bǎ)麵很大。相(xiāng)機采用(yòng)開口設計，直(zhí)接(jiē)采用(yòng)法蘭(lán)連接(jiē)到真空腔。同時使用(yòng)平場(cháng)譜儀和CCD相(xiāng)機對(duì)射綫激光器光(guāng)束進(jìn)行(háng)分析。和相(xiāng)機連(lián)用的(dí)還有x射(shè)綫光學器(qì)件(jiàn)，把(bǎ)x射綫激(jī)光(guāng)器(qì)成像到出口(kǒu)，從而(ér)實現(xiàn)激(jī)光器光(guāng)斑的(dí)分析。

高能激光(guāng)反(fǎn)應實驗

在如(rú)瑟夫阿(ā)普爾頓試驗(yàn)，在Vulcan和ASTRA這兩(liǎng)個激(jī)光器(qì)裝置(zhì)上(shàng)，高能激光(guāng)相(xiāng)互作用的(dí)試(shì)驗(yàn)大(dà)量采用了基於(yú)CCD的探測器。他(tā)們包(bāo)括：

1. 在(zài)（2-6keV）範(fàn)圍(wéi)的(dí)單光子能量(liáng)測(cè)量

2. 0.5-3Kev範(fàn)圍(wéi)內的(dí)共(gòng)振綫(xiàn)譜測量

3. 50-500eV範圍(wéi)內的軟X射綫探測

4. 可見(jiàn)及(jí)IR範圍內(nèi)的探測（IR到1.2um）

    

   要想實現(xiàn)盡可能多的數據收集及(jí)盡可能寬(kuān)的(dí)測量(liáng)範(fàn)圍(wéi)，有(yǒu)必要要求(qiú)CCD探測(cè)器有(yǒu)高的(dí)動(dòng)態(tài)範圍（12-16bit）和更多的像素（300K-2M像素）。不僅(jǐn)需要動態範圍，還需(xū)要(yào)高(gāo)的靈敏度(dù)和低的噪(zào)聲水平，這點非常必要(yào)，尤其是(shì)信噪比的問題關(guān)係(xì)到測量團(tuán)隊(duì)的物(wù)理限(xiàn)。

    

zui近若幹(gān)年，因為(wéi)CCD芯片(piàn)半(bàn)導體(tǐ)製冷技術的(dí)引入(rù)，降(jiàng)低(dī)了暗(àn)噪(zào)聲(shēng)，以(yǐ)及(jí)A/D轉換(huàn)性能的提(tí)升，這些都(dū)大的幫助相(xiāng)機得(dé)到意想不(bù)到的探測(cè)性能。

截止(zhǐ)目(mù)前(qián)，已經有十多台(tái)相機在Vulcan和Astra裝(zhuāng)置上使用(yòng)，所采(cǎi)用(yòng)的芯片為1024*256。由(yóu)於采(cǎi)用(yòng)這些獨(dú)到(dào)的(dí)CCD探測器(qì)所(suǒ)衍生的很多(duō)新(xīn)技術(shù)，幫助我們有效對(duì)超短脈衝等離子體(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)進(jìn)行研(yán)究。
由(yóu)於(yú)更大的CCD陣(zhèn)列(liè)探測(cè)器的引(yǐn)入，以及(jí)更經(jīng)濟(jì)的處理(lǐ)能(néng)力(lì)，數字(zì)化(huà)的數據(jù)采(cǎi)集技(jì)術(shù)在(zài)將來(lái)的試驗分(fēn)析(xī)中，會發(fā)揮更(gēng)主導(dǎo)的作用。

感謝D. Neely博(bó)士(shì)牛(niú)津(jīn)郡，如(rú)瑟夫(fū)阿(ā)普爾(ěr)頓(dùn)試(shì)驗室，中心(xīn)激光(guāng)裝置(zhì)

顯微成(chéng)像

基於(yú)EMCCD的單光(guāng)子發射顯微(wēi)係統(tǒng) I-125（碘125）,用於小(xiǎo)動物成像.一(yī)直有人在(zài)努(nǔ)力(lì)得(dé)到小(xiǎo)動物的(dí)顯微(wēi)成像。采用I-125作為(wéi)跟蹤試(shì)劑變(biàn)得越來越(yuè)普(pǔ)遍。

孟玲(líng)，密(mì)歇(xiē)根(gēn)大(dà)學(xué)的核(hé)工(gōng)程與(yǔ)放射(shè)科學(xué)學院博士，聯(lián)合(hé)安納堡（Ann Arbor）的V. A.醫(yī)療中心，和位(wèi)於(yú)密歇根州大溪地（Grand Rapid）的溫(wēn)安洛（Van Andel）研(yán)究(jiū)所的(dí)研究人(rén)員，采用I
-125作(zuò)標記的抗(kàng)體(tǐ)，縮氨酸(suān)和其他(tā)成分(fēn)的(dí)合(hé)成物作為發(fā)光(guāng)跟蹤劑，來(lái)進行各種(zhǒng)癌症的分(fēn)析(xī)檢(jiǎn)測(cè)以(yǐ)及治(zhì)療(liáo)用放(fàng)射性(xìng)藥品的(dí)研究(jiū)。

I-125通(tōng)過捕(bǔ)獲電子而衰減。I-125衰(shuāi)減的(dí)三個(gè)zui高的(dí)光子(zǐ)發(fā)射概率為(wéi)：27.5keV時為76%，31keV時(shí)為13%，35keV時(shí)為(wéi)7%，其半衰期(qī)為60.14天。低(dī)帶隙(xì)能(néng)量和(hé)長(cháng)半(bàn)衰(shuāi)期(qī)這(zhè)兩個(gè)特(tè)點(diǎn)，使(shǐ)其(qí)非常有利於單(dān)光(guāng)子(zǐ)成像端(duān)麵掃描計算(suàn)成像（Single Photon Imaging Computed Tomography：SPECT）。

• 因(yīn)為(wéi)所(suǒ)需光子能(néng)量(liáng)比(bǐ)較低，就(jiù)可(kě)以非常(cháng)準確(què)的(dí)進行光子耦合和(hé)探測(cè)。
• 成(chéng)像空間分辨(biàn)率有可(kě)能達(dá)到小於100um級(jí)別(bié)。

zui近，他(tā)們又開(kāi)始(shǐ)研(yán)發新一(yī)代SPECT技術(shù)，以期對射綫(xiàn)光(guāng)子進行快(kuài)速(sù)，高(gāo)靈(líng)敏(mǐn)度的(dí)探(tàn)測。其所(suǒ)采用(yòng)的相機(jī)就是Andor光纖(xiān)耦(ǒu)合(hé)的EMCCD（DF-897-FB）