行业资讯

新型自由电子激光X射线探测器 ePix10k,每秒可获1000张图像

2020-08-26 15:00:02 13


新型ePix X射线探测器每秒可拍摄1000张图像,并已在阿贡国家实验室APS的BioCARS实验站进行了测试。在测试过程中用相机记录的这段视频显示了一种晶体散射花样的改变。


同步辐射与自由电子激光通常都用于研究自然界中一些肉眼无法观察到的超快现象。这些装置可产生的超亮且超快的X射线,就像巨大的频闪灯一样,“冻结”了快速的运动,它们可以捕捉到分子、原子的动态影像,研究人员就能够拍出清晰的快照,探究看不见的微观世界的秘密,为人类对自然的研究工程服务。


美国能源部SLAC国家加速器实验室开发出了新一代的X射线探测器ePix10k,新的探测器每秒最多可获1000张图像,速度约是上一代的10倍。这大大提高了光源的有效利用率,即每秒可发射数千次x射线。相比于旧款ePix及其它探测器,ePix10K可以处理强度更高的X射线,同时灵敏度提高了3倍,且像素高达200万。

北京众星联恒科技有限公司

SLAC的直线加速器相干光源(LCLS)X射线激光器上安装了一个16模块,220万像素的ePix10k X射线探测器

1


ePix10k概述


ePix10K 是由SLAC开发的一种用于自由电子激光装置(FEL)的混合像素探测器,可通过自动调节增益提供超高探测范围(245 eV至88 MeV)。它具有三种增益模式(高,中和低)和两种自动调节增益模式(高至低和中至低)。


首批ePix10K探测器围绕模块构建,该模块由与4个ASIC结合的传感器倒装芯片组成,从而产生352×384个像素,每个像素100 µm x 100 µm。 


ePix10K由两个主要的核心部分组成:感光传感器和专用集成电路(ASIC)。后者处理传感器采集的信号,赋予ePix10K独特的性能。


以前的探测器(例如LCLS科学家使用了几年的ePix100)经过定制,可以在x射线激光每秒120脉冲的发射速率下最大化性能。SLAC的探测器团队进一步开发了该技术,现在它每秒可以捕获1,000张图像。


2


ePix10k的主要规格


Specification

  135k,2M

of Pixels/module

  384 x 352

Pixel Size

100μm

Active Area Dimensions

38.4 x 35.2mm2

Max signal(8 keV 

photons equivalent)

  11000

Frame rate (Hz)

  120 Hz (or up to 1kHz)

Sensor thickness (μm)

  500



3


ePix10k的应用


SLAC的ePix 旨在满足使用强大X射线光源研究化学、生物和材料的原子细节的科学家的特定需求。它们速度快,长时间运行稳定并且对大范围的X射线强度敏感,这意味着它们可以处理非常明亮的X射线束以及单个光子。


ePix10k将成为SLAC的直线加速器相干光源(LCLS) X射线激光器中X射线科学的新主力,它也将使其他设备受益。美国能源部的Argonne国家实验室的先进光源(APS)和欧洲XFEL已经在使用该技术。



4


具体案例


去年,研究人员把ePix10k带到了APS的BioCARS光束线站,这是一个研究生物学和化学过程的实验站。


该线站使用了一种被称为时间分辨串行晶体学的技术,研究人员用激光照射微小晶体,并使用APS 的X射线探究晶体的原子结构如何响应激光刺激。


“我们将这种方法应用于蛋白质,例如,了解酶如何催化重要的生物反应,”芝加哥大学的BioCARS运营经理Robert Henning说,“原则上,我们可以在APS上以每秒1,000个X射线脉冲的速度进行这些实验,但是大多数探测器无法处理与该速率相关的全部强度。”


新的探测器将使科学家充分利用X射线源的能量,节省大量时间。Henning说:“要获得完整的数据,我们通常需要拍摄数千张X光照片,能够利用到APS的每一个脉冲,将减少完成这一任务所需的时间。”



5


ePix10k系列前景


SLAC的探测器团队目前已经在开发新一代的探测器ePixHR,它将能够每秒拍摄5,000到25,000张图片。SLAC的最终目标是每秒能得到10万张图片。”


此外,该团队正在研究一种革命性的新型探测器SparkPix,它将能以LCLS-II发射X射线脉冲的高速率采集图像并实时处理数据。



参考资料


【1】G. Blaj, A. Dragone, C. J. Kenney, F. Abu-Nimeh, P. Caragiulo, D. Doering, M. Kwiatkowski, B. Markovic, J. Pines, M. Weaver, S. Boutet, G. Carini, C.-E. Chang, P. Hart, J. Hasi, M. Hayes, R. Herbst, J. Koglin, K. Nakahara, J. Segal and G. Haller,“Performance of ePix10K, a high dynamic range, gain auto-ranging pixel detector for FELs.”AIP Conference Proceedings 2054, 060062 (2019) ,submitted.

【2】P. Caragiulo et al., "Design and characterization of the ePix10k prototype: A high dynamic range integrating pixel ASIC for LCLS detectors," 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), Seattle, WA, 2014, pp. 1-3, doi: 10.1109/NSSMIC.2014.7431049.

【3】

https://www6.slac.stanford.edu/news/2020-08-20-new-x-ray-detector-snaps-1000-atomic-level-pictures-second-natures-ultrafast





首页
产品
新闻
联系