«Микрофокус» - первая станция в России для сочетания рентгеновских когерентных и некогерентных методов в геологии и геохимии

Abstract

Строительство источника синхротронного излучения ЦКП «СКИФ» с ультрамалым эмиттансом электронного пучка открывает широкие перспективы для использования ондуляторного излучения в геологических и геохимических исследованиях. Рост яркости излучения позволяет реализовать когерентные (фазочувствительные) высокоразрешающие методы микроскопии, в том числе птихографию и птихотомографию. Становится возможным исследовать тонкую структуру микрообъектов (включений, минеральных зёрен и др.) с нанометровым пространственным разрешением, что позволит восстанавливать сложные геологические истории минералов, связанные с формированием различных пород. Двух- и трёхмерное рентгенофлуоресцентное микрокартирование, в том числе в конфокальной схеме, даёт комплементарную информацию о химическом составе минералов и включений, позволяет идентифицировать отдельные фазы. Комбинация конфокальной флуоресцентной микроскопии и микро-спектроскопии XANES позволит получать дополнительную информацию о локальной структуре и валентности элементов в точке исследования, решая задачу экспрессного восстановления минерального состава руд и осадков. Кроме того, становятся доступны методы in situ монокристальной микродифракции в алмазных наковальнях, актуальные для изучения высокобарических фазовых переходов и реакций, в том числе глубинных процессов рудообразования. Описан обновленный проект ондуляторной станции 1-1 «Микрофокус» ЦКП «СКИФ», включающий реализуемый набор экспериментальных методов, согласованную рентгенооптическую схему, режимы работы, сценарии эксперимента и ожидаемые параметры пучков излучения на образце. Обоснованы оптические и тепломеханические решения, оценены достижимые пространственные разрешения. Показана реализуемость сочетания «когерентных» и «традиционных» методов в жестком рентгеновском диапазоне - «мультимодальность» станции при исследовании одного образца

Synchrotron radiation facility «SKIF» with an ultra-low electron beam emittance opens up broad prospects for the use of undulator radiation in geological and geochemical studies. The increase in the radiation brightness allows one to implement coherent (phase-sensitive) high-resolution microscopy methods, including ptychography and ptychotomography. It becomes possible to study the fine structure of micro-objects (inclusions, mineral grains, etc.) with nanometer-scale spatial resolution, which allows for reconstruction of the complex geological histories of minerals associated with the formation of various rocks. Two- and three-dimensional traditional and confocal X-ray fluorescence micromapping provides complementary information on the chemical composition of minerals and inclusions, and allows one to identify the individual phases. The combination of confocal fluorescence microscopy and XANES microspectroscopy will provide additional information on the local structure and valence of elements at the study point, solving the problem of express restoration of the mineral composition of ores and sediments. In addition, in situ methods of single-crystal microdiffraction in diamond anvils are becoming available, which are relevant for studying high-pressure phase transitions and reactions, including deep ore formation processes. The paper describes an updated project of the 1-1 "Microfocus" undulator-based beamline of SRF «SKIF», including a set of implemented experimental methods, a coordinated X-ray optical layout, operational modes, experimental scenarios and expected parameters of radiation beams at the sample. The authors substantiated optical and thermal-mechanical solutions, estimated achievable spatial resolutions. The paper demonstrates feasibility of combining "coherent" and "traditional" methods in the hard X-ray range, i. e. "multimodality" of the beamline