如何挑选一款合适的X射线相机

X射线被广泛应用于元素辨析，纳米结构，医学分析，半导体加工等领域，例如：相干X射线衍射成像，X射线显微镜，X射线等离诊断，深紫外刻蚀技术。 一款合适的X射线相机对于高质量的成像和实验数据分析尤为关键。本文将从X射线能量和使用环境两个角度来探讨如何初步挑选适合的相机。

1. X射线能量范围

从30eV到1000eV能量范围的X光子，容易被镀膜，窗片和电极等材料吸收。这时就需要选择一款无镀膜，无真空窗片，无前端电极的后照型CCD探测器 (Back-illuminated CCD)，有利于提高X射线的吸收效率，其原理如下图所示。

从1000eV 到 10keV能量范围的X光，透能力强，能穿透芯片上的电极，这时探测器的吸收效率主要取决于耗尽层(depletion layer)的深度，而非光子照射到CCD上的方向。 X射线能量越高，在耗尽层中被吸收的深度越深，所有整体上来讲，深耗尽的CCD芯片有利于提高X射线的吸收效率。对于下图为不同类型直接探测型相机对X射线的吸收效率。

能量>10keV的X射线，穿透能力太强，如果采用直接探测的方法，反而收集效率会下降。如果允许非真空条件下使用，通常采用间接探测的方法。

而对于高于30keV能量的X射线，已经无法采用直接探测的办法，因为高能量的X射线容易损坏CCD芯片的光敏材料。这时采用荧光屏(Phosphors)将X射线转换成可见光，再用CCD收集可见光成像。

荧光屏对X射线的吸收效率决定了相机的探测效率，普林斯顿仪器的X射线相机可以配置多款在不同能量区间效率优化的荧光屏，来匹配不同的实验需求。

2. 使用环境

使用环境也是决定相机选型的重要因素。 因为开口型CCD的芯片直接暴露在外面，因此需要真空环境才能深度制冷，降低暗噪声。普林斯顿仪器两款直接探测型的X射线相机，PIXIS-XO与PI-MTE都具备超高真空的兼容能力(低于10^-8 torr)。

而对于某些应用情况，需要在非真空环境下使用直接探测型的相机，这时可以选择PIXIS-XB，这款相机在芯片前加上了一块铍窗，即保护了CCD芯片，又可以滤去可见光到深紫外光。

上图中从左至右分别是 PI-MTE，PIXIS-XB 和 PIXIS-XO 三款直接探测型X射线相机。

而对于间接探测型的相机，因为使用了光纤将荧光屏耦合到CCD芯片，所以适合在非真空环境中使用。

普林斯顿仪器的X射线相机在世界各地的高能物理实验中被频繁使用，用优异的性能默默推动着前沿科学的探索。普林斯顿仪器又推出了新款的大面阵CCD相机SOPHIA，其”大低快好“的特点，为X射线工作者提供了更优秀的探测质量。

审核编辑 黄宇