X射线成像及医学应用

5.6 X射线成像及医学应用光束线
5.6.1科学目标
第三代同步辐射光源以其高亮度、高通量及能量可调等显著优点使得新的X 射线成像方法飞速发展起来。

X射线成像方法包括吸收衬度成像、位相衬度成像及双色减影成像等各种相干及非相干成像方法。

第三代同步辐射光源可以为生物医学、材料科学、考古学、地球物理学及先进制造业等应用领域提供一个非常先进的工具。

在这些应用领域中，同步辐射的医学应用正变得越来越重要。

早期基于同步辐射应用的医学研究主要包括医学成像，用于早期诊断和辐射治疗。

一个非常重要的例子就是冠状动脉成像，冠心病是冠状动脉粥样硬化性心脏病的简称，也是老年人最常见的一种心血管疾病。

使用X射线能量在碘K吸收边处、辐射通量比X光机高4到7个数量级的同步辐射光，利用晶体单色仪从入射白光中选出能量分别位于碘K吸收边上缘和下缘的两束准单色光，进行双色数字减影快速成像。

1976年底美国斯坦福大学首先提出并于1979年在SSRL启动了同步辐射人体冠状动脉造影计划。

紧接着，前苏联Novosibirsk的核物理研究所，德国汉堡的HASYLAB，日本筑波的PF也开始了这项工作。

迄今为止，已有三个装置（NSLS，HASYLAB，PF）开展了人体的心血管造影研究。

特别是德国HASYLAB的NIKOS 装置，到1999年10月已完成对379个病人的测量。

这表明，同步辐射心血管造影装置正在开始进入实用阶段，这种方法也能够被病人很好接受。

位于法国Grenoble的欧洲同步辐射装置（ESRF）也建造了专用的医学应用实验站(ID17)并于2000年1月开展了首例心血管造影的人体研究。

哮喘是一种非常常见的疾病。

随着工业化的发展，越来越多的人患上了这种疾病，在同步辐射实验站上已经开展了一些关于肺成像的开创性研究。

严重危害人类健康的另一类疾病是癌症。

恶性肿瘤的早期诊断对于有效延长患者的生命进而彻底根治癌症具有决定性的意义。

近年来，同步辐射技术的应用使得医学影像学在这方面有十分显著的进展，如观测头和颈部肿瘤的计算机断层扫描术、乳房肿瘤的X射线成像术。

一些新的实验技术的出现，如相位衬度成像术（Phase Contrast Imaging）和衍射增强成像术(DEI)，使得成像诊断的分辨率有了成倍的提高，恶性肿瘤的早期影像诊断技术正在逐步趋于实用化。

近年来利用衍射增强技术对人体关节软骨的成像已在SYRMEP/ELETTRA和PF等同步辐射装置上取得了成功。

对造影剂剂量的直接测量可以使我们得到一些功能性参数如脑血管体积或流量及渗透效率等，这些参数对大脑疾病的病理分析、治疗效果及研究新型的造影剂等都是非常重要的。

同步辐射另一个非常重要的应用是辐射治疗。

三种辐射治疗技术，包括微束辐射治疗(MBRT)，层析治疗和光子激活治疗正在开发中，用于老鼠的脑肿瘤治疗。

MBRT在处理脑肿瘤方面非常有希望，它用微小的同步辐射光束，传递到肿瘤细
胞上的剂量足以将肿瘤细胞杀死，同时对周围正常的大脑细胞不造成损伤。

从预诊阶段到肿瘤的治疗这重要的一步已在ESRF上成功实现。

国内一些初步性的医学成像实验已在BSRF和实验室微聚焦管X射线光源上开展，有助于在SSRF的实验站上开展新的成像技术研究。

新的成像方法包括同轴位相衬度成像(IL-PCI)，衍射增强成像(DEI)和显微层析成像(MCT)等将在上海光源的X射线成像及医学应用光束线站上得到开发。

开展二维和三维的吸收衬度成像、位相衬度成像及双色减影成像方法。

上海光源的X射线成像及医学应用光束线将包括两个实验站，第一个实验站位于实验大厅内，第二个实验站计划将来建在另一个厅内。

第一个实验站主要开展医学诊断及成像技术的研究，包括实时的IL-PCI，DEI和MCT等成像方法，积极发展新的成像手段。

在第一阶段，主要关注小动物、离体软组织的生物成像研究。

第二阶段主要做大视场的X射线成像，双色血管造影术，MCT，乳照术，X射线相干光学及潜在的临床应用等。

在X射线成像及医学应用光束线中医学应用是最重要的，但是也将关注其它的一些X射线成像应用，如植物和农作物、先进材料(功能性聚合物，制陶业，纳米材料，金属和合金，微电子学和磁性材料，生物样品等)、先进制造业、考古学和地球物理学等。

5.6.2 设计目标
目前，同步辐射在成像应用上受限的原因之一是光子通量低，很难做到大光束的实时应用。

因此，本线站采用多极扭摆器光源，以获得高通量的X射线。

对于软组织而言，X射线的光子能量越高，它的相位漂移截面比吸收截面越大。

同时在医学应用中，高的X射线光子能量被人体吸收的剂量相对低能光子要小，更加安全。

对于心血管造影成像，感兴趣的是碘、氙和钆的K边，分别为33.17keV，34.56keV和50.24keV。

基于以上一些理由，本方案的设计指标为：
z不聚焦单色光束
z成像方式：IL－PCI，DEI，MCT
z光子能量范围：8.0－72.5keV
z能量分辨率(ΔE/E)：<5×10-3
z光束最大尺寸：75mm(H)×5mm(V)@60keV@30m
z光子通量：1×109ph/s/mm2@60keV
可以满足绝大部分的医学成像及其它一些热门的X射线成像应用。

5.6.3 光源
插入件选用Wiggler，从低β值的短直线节引出，储存环的参数见表5.6-1。

表5.6-1储存环的参数
电子能量 3.5
GeV
流强 300
mA
水平发射度 4
nm.rad
耦合系数 0.01
直线节中点βx 3.8m
直线节中点βy 2.5m
直线节色散ηx 0.12m
Wiggler选用常规的多极Wiggler。

磁场强度最大可达1.8T。

参数见表5.6-2。

表5.6-2 多极Wiggler参数
参数数值
磁场强度B max 1.8 Tesla
周期长度10.3 cm
临界能量 @3.5GeV 14.66 keV
磁极数21
K max 17.32
水平辐射角 2.5 mrad
垂直辐射角(σ'y) 130 μrad @8.0keV 94.7 μrad @14.66keV 61.1 μrad @33.0keV 40.0 μrad @72.0keV
总功率8.16 kW
峰值功率密度52.8 W/mm2@10m downstream 5.9 W/mm2@30m downstream
通量密度@ 14.66keV 1.49×1015 ph/s/mrad2/0.1%BW
角通量 @ 14.66keV 3.53×1014 ph/s/mrad/0.1%BW
亮度 @ 14.66keV 2.56×1011 ph/s/mm2/mrad2/0.1%BW 同步辐射的医学成像需要大光束尺寸、高通量密度和不同光子能量的单色X 射线。

对于40keV的X射线来说，通过20cm厚的水(这个厚度相当于人体的厚度)后透射率仅为0.7%。

因此，探测器要探测到106 photons/s/mm2的光子，被探测样品（人体组织等）前单色X射线强度必须大于108 photons/s/mm2,以满足实时测量的精度和要求。

对于60keV的单色X射线，入射的X射线通量必须大于5.3×107 photons/s/mm2。

图5.6-2给出了W103 Wiggler的通量谱。

假定单色仪的能量分辨率ΔE/E为10-3，离光源下游40m处，能量为14.66keV的X射线的通量密度约为6.4×1011 photons/s/mm2，能量为60keV的X射线的通量密度为9.5×1011 photons/s/mm2。

对于心血管造影成像，感兴趣的是碘、氙和钆的K边，分别为
33.17keV ，34.56keV 和50.24keV 。

离光源100m 处能量为33keV 的X 射线的通量密度为6.7×1010 photons/s/0.1%BW/mm 2。

图5.6-1 模拟的光源角发散度
f l u x (p h o t o n s /s /0.1%B W )photon energy(eV)
图5.6-2 Wiggler 光源的不同光子能量的通量分布
1001000100001000001E-41E-3
0.01
0.11
p o w e r (W a t t /e V )photon energy(eV)100100010000100000
0.01
0.11
p o w e r (W a t t /0.1%B W )photon energy(eV)
图5.6-3 Wiggler 光源出来的功率谱分布
对于Wiggler 光源来说，热负载是一个必须仔细考虑的问题。

对于给定的储存环和Wiggler 参数：E=3.5GeV , I=0.3A, λu =10.3cm, B 0=1.8 Tesla, 磁极数=21，总辐射功率为8.16kW 。

图5.6-3给出了W103光源的功率谱分布。

显然在单色光模式下所用的单色X 射线功率只占总功率的小部分，这意味着总功率中的大部分都
转化为热能加在光阑、狭缝及光学元件(Be窗、滤波器和晶体)上。

从图5.6-3中可以得到0-20keV区间的光子功率约为4kW。

当运行在高能模式下时，通过附加滤波器组件吸收低能端光子来降低晶体上的热负载。

但是当运行在低能端时，热负载变得很严重，这个问题可以通过降低Wiggler的磁场强度来解决。

当Wiggler 的磁场强度为1.2T时，临界能量为11.5keV，辐射总功率仅为3.6kW。

5.6.4光束线设计
1. 一些整体考虑
光束线上将建两个实验站，第一期将只建第一个实验站。

第一个实验站位于光源30m处，以单色光模式运行。

采用双平晶单色仪，晶体为Si(111)，能量分辨率为10-3左右，覆盖能量范围为8-37keV。

当运行在高能端时，选用晶体Si(311)，覆盖能量范围为8.4-72keV。

第二个实验站位于光源120m处，主要基于以下考虑：z更大的光束尺寸，适合生物医学及临床诊断成像应用
z同轴成像时杂散光更少
z更高的空间相干性(准平面波)
z更高的空间分辨率
z独立的卫星厅，能更方便地建立用于人体诊断的实验室
第二个实验站可开展白光和单色光成像，白光主要用于辐照治疗。

Laue弯晶作为单色仪，覆盖两个能量范围，50－120keV用于辐照治疗(用于辐射治疗的最佳能量在100keV左右)，17-80keV用于MCT。

实验站对X射线有一些特殊要求：
z光斑要求非常均匀。

因此对光束线上的光学元件如Be窗，滤波器、光阑和晶体等有一些特殊设计要求。

z光斑位置稳定性对成像的影响非常大，实验样品采用隔震的大理石平台。

z样品处的光斑尺寸足够大。

对一些大样品，采用扩束晶体将光斑尺寸放大。

2. 光束线布局
18.5m25.0m28.0m30.0m
图5.6-4 X射线成像及医学应用光束线的布局图
光束线的总体布局见图5.6-4。

X 射线从防护墙出来后，经过滤波器组件滤去不必要的低能X 射线。

一组不同厚度的滤波器被用于吸收低能光子，通过组合吸收不想要的光子，通常采用C ，Al ，Be 等作为吸收材料。

滤波器组件的热负载为3kW 。

滤波器后面是一个光子光闸，主要用于挡光及精确控制成像时的曝光时间。

一个水冷四刀狭缝用于吸收除中心光锥以外的辐射弥散。

狭缝后是一个BPM ，主要用于调束。

单色仪是一个双平晶单色仪，X 射线经单色仪单色化后入射到实验站。

3. 主要部件性能指标
1) 单色仪
单色仪是光束线的核心部件，决定着光束线的能量分辨率，覆盖能量范围8-72.5keV 。

单色器由两块平面晶体构成，采用（n ，-n ）无色散排列方式。

方案选用单晶Si(111)和单晶Si(311)作为单色仪晶体, 其中Si(111)晶体为标准配置，覆盖能量范围为8-37.5keV, 当需要更高能量分辨率时, 选用Si(311)晶体，覆盖能量范围8.4-72.5keV。

当选用Si(311)时，光子通量比Si(111)要低一个量级，因此只有当需要更高的能量分辨率或光子能量大于37keV 时，才选用Si(311)。

双平晶单色器的能量分辨本领取决于入射光束的发散角、晶体的Darwin 宽度和转角仪的角度分辨。

目前转角仪的角度分辨已经能做到小于0.2秒，可忽略不计。

能量分辨率θαctg W E E ×+=Δ22/，其中α是入射光束发散角， W 是Darwin 宽度，θ为Bragg 角。

表5.6-3和表5.6-4分别计算了Si(111)和Si(311)的能量分辨率。

能量分辨率在10－4量级，适合绝大部分的成像要求。

当需要更高的能量分辨率时，将采用Si(311)作为反射晶体。

表5.6-4估算了通过单色仪后的光子通量，当光子能量为33keV 时光子通量为4×1014photons/s 。

单色仪晶体的运动机构将采用直角机构实现固定出射光束高度, 如图 5.6-6所示。

结构图见图5.6-7。

单色晶体安装在一个精密测角仪上。

晶体单色仪绕第一晶体中心转动,实现单色仪的能量扫描，第二晶体在平行和垂直于晶体表面的方向运动, 光束的固定出口由第二晶体在X 和Y 方向的平移来实现。

表5.6-3 Si(111)单色仪的能量分辨率
Photon Energy
(keV) Darwin Width(μrad) Beam Vertical divergence(μrad) Bragg angle θ(deg.) ΔE/E (10-3)
10 25.9 116.0 11.4 0.59
15 17.3 93.5 7.57 0.72
20 13.0 80.2 5.67 0.82
25 10.4 71.0 4.54 0.90
30 8.6 64.3 3.78 0.99
35 7.4 59.2 3.24 1.05
表5.6-4 Si(311)单色仪的能量分辨率
Photon Energy
(keV)
Darwin
Width(μrad)
Beam Vertical
divergence(μrad)
Bragg angle
θ(deg.)
ΔE/E
(10-4)
40 2.53 55.1 5.43 5.8 50 2.20 46.3 4.34 6.1 60 2.12 44.2 3.62 7.0 70 2.08 40.7 3.10 7.5
表5.6-5 经过Si(111)(10-35keV)和Si(311)(40-70keV)单色仪后的通量输出估算
Photon Energy
(keV) ΔE/E
(10-3)
Flux
(Photons/s)
10 0.59 1.03E+15
15 0.729.43E+14
20 0.827.86E+14
25 0.90 6.37E+14
30 0.99 4.93E+14
35 1.05 3.85E+14
40 0.58 1.15E+14
50 0.61
6.67E+13
60 0.70
3.85
E+13
70 0.75
2.00
E+13
单色器晶体以Si(111)晶体为主，采用无色散排列，Bragg角转动范围为3°—45°，8－37keV的Bragg角范围为3.06°－14.3°。

当需要的光子能量在37keV以上时，换用Si(311)。

图5.6-5 单色仪第一块晶体上的热功率密度分布。

晶体为Si(111)，单色光能量14keV
高功率和高功率密度的X光照射单色器晶体会导致晶体的平均温度升高、温度梯度增大，于是晶体将发生三种形变，即整体弯曲、热隆起和改变晶格常数。

形变的后果是使晶体的摇摆曲线增宽，晶体的反射性能变差，在光束线性能上则表现为输出通量降低和能量分辨率变差。

要使单色器晶体的性能不受热负载及热负载变化的影响，就需要对单色器晶体进行冷却。

对于双晶单色器来说，由于第一块晶体吸收了入射光的绝大部分功率，所以要对第一块晶体的冷却结构进行精心设计。

当入射角度为8.1°时，第一块晶体上的峰值功率密度约为1.6W/mm2。

当白光狭缝全开时最大吸收功率达4kW。

选用液氮冷却。

图5.6-6 单色器原理示意图
单色仪的主要技术指标如下:
晶体类型: Si(111) 或 Si(311)
排列方式: (N,-N) 无色散排列
晶体尺寸:平晶、液氮冷却，有效尺寸：160×200 mm2
固定光束出口高差：35 mm
第一晶体面形误差: 子午方向、弧矢方向均为2μrad(rms)
能量调节范围: Si(111) 8.0∼37.5 keV (3.1∼14.3o)
Si(311) 8.4∼72.5 keV (3∼26.8o)
能量分辨率：<5×10－3
稳定性:整个转角范围<50 μm
重复性:0.5″
真空: 10-7~10-8 torr
真空内部运动:
θ转动(远程控制):
作用:改变单色仪晶体的Bragg角
转动范围: 2.5∼45o
转角步长:0.5″
承载能力: 40 kg
θ1初调(手动或远程控制) 和细调(远程控制):
作用: 第一晶体Bragg角的精密调节, 补偿力、热等因
素造成的Bragg角的变化, 可初调和细调。

细调范围:2″
细调精度: 0.05″
承载能力: 10 kg
初调范围:±1°
初调精度:1′
承载能力: 10 kg
摆角变化: 整个转动范围≤ 1′
滚角和投角变化:整个转动范围≤ 1″
θ2初调(手动或远程控制) 和细调(远程控制):
作用: 第二晶体Bragg角的精密调节, 补偿力、热等因
素造成的Bragg角的变化, 可初调和细调。

细调范围:2″
细调精度: 0.05″
承载能力: 10 kg
初调范围:±1°
初调精度:1′
承载能力: 5 kg
Y2平移(远程控制) :
作用: 在与晶体平面垂直的方向平移第二晶体, 使入
射光束线照到第二晶体的中心
移动范围: 15 mm
移动精度: 1 μm/step
承载能力: 10 kg
X2平移(远程控制) :
作用: 在与晶体平面平行的方向平移第二晶体
移动范围: 200 mm
线性:整个平移范围内10″
移动精度: 1 μm
承载能力: 15 kg
Z2转动(远程控制) :
作用: 调节第二晶体与第一晶体的Bragg角匹配
调节范围: ±5°
调节精度: 3.0″ /step
承载能力: 5 kg
真空外部运动:
Y平移(远程控制) :
作用:垂直移动整个镜箱
移动范围: 50 mm
移动精度: 0.5 mm
X平移(远程控制) :
作用: 水平移动整个镜箱
移动范围: 50 mm
移动精度: 0.5 mm
图5.6-7 液氮冷却双晶单色器结构图
上海光源国家重大科学工程初步设计
2) Be窗和滤波器
图5.6-8给出了0.3mm, 0.4mm和0.5mm厚的Be窗的透射系数。

本方案选用0.5mm厚的Be窗。

能量小于5.0keV的软X射线被有效吸收，光子能量大于8keV 的X射线可以有效通过。

Be窗的热负载为0.8kW，采用水冷以消除热负载。

第五章 同步辐射实验设施
5-130
图5.6-10 低能过滤器总装图
3) 水冷白光狭缝和
BPM
图5.6-11 水冷四刀狭缝的结构图
上海光源国家重大科学工程初步设计
5-131
光束线上将采用一个水冷掠入射白光四刀口狭缝。

水冷狭缝位于单色器准直
镜之前，用于限定入射光束张角和减轻单色器上的热负载，最大热负载达到4kW ，
功率密度也很大。

直接受光的刀口零件由难熔高纯钽(纯度为99.98%)制成。

每个
刀口均有水冷却结构，刀口的运动由计算机控制的步进电机驱动。

狭缝参数如下：
位置精度：10μm
位置重复精度：25μm
水平孔径：100mm
垂直空间：15mm
水冷狭缝后是一个BPM 。

同步辐射光打在荧光靶上，会产生荧光。

荧光被光
探测器探测，可以得到位置信息。

荧光靶束流观察器设备构成是由气动控制的可
移动的荧光靶和CCD 摄像系统构成。

束流光斑信号可在直线控制室和中央控制
室用TV 监视器观察（或通过图像采集卡获取后在PC 上处理）。

荧光靶的行程为
±100mm ，位置精度0.5mm 。

图5.6-12 荧光靶系统机械总体图
6.4.4 样品处的光束形状
下图用Shadow 追迹光束通过各个光学元件，最后到达样品处的光束形状，
其中狭缝定义为60mm(H)×4mm(V)。

从图中得到光子能量为14keV 时样品出的
光斑大小为76mm(H)×5mm(V)，且光强分布比较均匀，可以满足成像实验要求。

狭缝大小可以根据实验所需的光束大小及光强分布要求自由调节。

第五章 同步辐射实验设施
5-132
图5.6-13 样品处的光束尺寸，单色光能量为14keV
5.6.5 实验站
1. 实验站主要成像方法
如上所述，实验站要发展的成像方式包括衍射增强成像(DEI)，同轴相衬成像
(IL-PCI)，显微CT(MCT)和双色减影成像等(见图5.6-16)。

第一阶段主要发展
IL-PCI ，DEI 和MCT ，双色减影成像将在将来的第二阶段进行。

IL-PCI 是其中最
为简单的一种成像方法，类似于传统的透照术，它无需额外的光学成像元件，对
纵向相干性的要求非常低，只是对横向相干性有较高的要求，在本光束线站中非
常容易得到满足。

这种方法利用了X 射线的位相信息，相比于传统的吸收成像可
以对软组织得到非常高的空间分辨率，有很大的潜力应用于人体医学研究。

衍射增强成像（DEI ）是近年来发展起来的新型的成像技术。

其像衬度源于
被观测对象对入射光方向的微小衍射偏转。

其原理为，当X 射线通过两种物质的
界面时，由于折射率的差异，透射的X 射线之间会产生轻微的偏角（零点几个
μrad ）。

这种角度偏转可以通过调节分析晶体的入射角度实现角度滤波，透过或者
滤掉某个方向的光子，从而提高成像衬度。

同时，分析晶体的另一个重要作用为
滤掉了散射光，大大提高了成像质量。

通常高度准直的单色X 射线由两块平行的
FZ 硅单晶组成的双晶单色仪实现。

分析仪由另一块硅单晶实现，其摇摆曲线的半
高宽度为2μrad ~ 4μrad 。

衍射增强成像对低原子序数（Z<17）组成的样品具有非
常高的灵敏度，比较适合于生物软组织（像乳房肿瘤等）的观测，光子能量要求
较低（10keV~30keV ），本光束线的能量优化区间满足DEI 成像要求，以后过渡
到人体检测，通过不断改进和完善，最终实现常规病人的早期诊断。

上海光源国家重大科学工程初步设计 5-133
图5.6-16 (a) 衍射增强成像(DEI), (b)同轴相衬成像(IL-PCI), (c)显微CT(MCT)和(d) 双色减影
成像。

其中(a)(b)(c)在实验站内发展，(d) 在将来的第二实验站内发展。

2. 实验站主要设备
实验站的主要装备：实验站设备之一是一个1.5米宽、10米总长的大理石隔
震平台，主要用来评价光学元器件的性能，开发新型的光学成像技术。

实验站的
所有相关设备均放置在实验平台上。

实验站的探测器主要由高空间分辨率的X
射
第五章同步辐射实验设施
线CCD和大视场成像的成像板等。

其他的设备还有多维运动平台，精密导轨，分析晶体、准直及扩束晶体、电离室、可见光CCD等。

1) 探测器
X射线CCD。

并发展一套采用荧光透镜组合系统，X射线透过闪烁体后发出可见光，被高数值孔径的透镜收集，再用可见光CCD接收。

主要指标：
z象素尺寸：6μm
z象素数：4000×2500
z读出时间：>10帧/秒
其它的探测器包括：
成像板及读出系统：成像板具有无雾、低噪声、高空间分辨率(50μm)、高的动力学范围（105）、可做成大面积（φ345 mm）、经济、可重复使用的优点。

可采用德国MarResearch 公司生产的Mar345成像板探测器系统或其它公司的类似产品。

Mar345成像板探测器具有步进电机控制的四维调节机构，整个调节过程由计算机控制。

在准直器系统中设有两个电离室探测器和连续可调的水平和垂直方向狭缝，给用户提供了一个快速、精确的调整系统的方法。

系统配有高灵敏度、高分辨率的CCD照相设备，使得调整晶体样品中心极为方便。

闪烁探测器：X光衍射测量中常用的，可采用NaI和BaF2，应考虑SSRF光源的强度，采用能承受高计数率的光电倍增管和电子学线路。

高分辨率的X射线胶片。

需要配备相应的暗室。

2) 电离室：用于测量X射线剂量。

3) 多维运动平台：它有六个自由度，即沿x, y, z三个方向的平移，绕x, y, z三个轴的转动。

平台线性运动精度好于1 μm，转角精度为0.5 arcsec。

用六个步进电机驱动平台实现各种运动。

主要用于MCT成像。

4) 精密导轨。

导轨总长度10m，最大移动速度不小于50mm/s，移动精度100μm。

主要用于IL-PCI成像。

5) 分析晶体：在DEI成像中需要分析晶体作为一个带通滤波器，选择折射的光子进行成像。

6) 准直及扩束晶体：用于二维直接成像。

选用非对称切割的Si(311)。

晶体大小为100×100mm2。

7) 荧光板和可见光CCD：主要用于调束。

8) 狭缝：用于阻挡不需要的杂散光，狭缝参数如下：
位置精度：10μm
位置重复精度：25μm
水平孔径：100mm
垂直空间：100mm
5-134
上海光源国家重大科学工程初步设计
5-135
3. 光束线控制和软件
控制和软件包括光束线控制、实验站仪器设备控制、数据获取系统和数据分
析软件等。

光束线控制主要是实现光束线部件运动的自动控制，包括单色器运动
和微调、狭缝调节以及实现安全连锁等功能。

开发通用的控制软件，如马达控制、
与加速器控制的接口、实验平台控制等等。

尽可能使用商业软件，例如探测器控
制等。

5.6.6 总体布局及辐射防护
光束线的总体布局如图5.6-17所示，起始位置为防护墙的外侧，光束线出墙
点距光源点17.5m 。

前端区采用SSRF 波荡器前端区的标准设计。

光束线站由光
学部件、真空系统、安全防护(主要是辐射防护和真空保护) 和联锁系统。

光束线
站辐射防护的标准是SSRF 工作人员和用户受到的电离辐射小于0.25 mrem/hr.。

在前端区中使用mask 限制同步辐射张角，避免未合理冷却的部件受到光束照射。

采用韧致辐射准直器限制高能γ辐射的发散角，使其可以安全地通过光学hutch ，
并被位于光学hutch 末端的γ吸收器(300mm 厚铅)吸收。

光束线站沿光束线方向
安装光学hutch 和实验站hutch 进行辐射防护。

辐射源主要参数及光学棚屋与实验
站棚屋等效铅屏蔽厚度要求见表5.6.6。

实验站Hutch 大小为3m×11m ，温度变化控制在±1° 。

表5.6.6 辐射源主要参数及光学棚屋与实验站棚屋等效铅屏蔽厚度要求 直线段总长度*
15m 边墙铅层厚度 12 mm 直线段真空度
1nTorr 端墙铅层厚度（光学棚屋与实验站棚屋端墙厚度之和） 30 mm 束线中心距最近边墙距离
1.5m 端墙局部铅屏蔽厚度 35 mm 束线中心距棚屋顶距离 1.7m 顶部铅层厚度 7 mm
第五章同步辐射实验设施
图5.6-17 X射线成像及医学应用光束线的总体布局图
5-136。