中文摘要：

多层膜聚焦系统能将常规X光管发出的辐射聚焦成高亮度的单色X射线，可以用常规光源完成过去只能在同步辐射上进行的研究，也可实现同步辐射X射线的几十纳米甚至几纳米的聚焦。近年来，多层膜聚焦系统正成为一种新型的X射线分析工具，在晶体结构分析等前沿领域获得重要应用，同时也是X射线衍射仪器研发的热点；我国在多层膜元件和X射线光学系统方面虽有涉猎，但还没有全面开展过多层膜聚焦系统的研究，制约了我国发展自己的带微聚焦系统的X射线分析设备。因此，本项目对于我国的X射线分析研究、同步辐射的纳米级聚焦以及X射线衍射仪的研发具有重要的意义。研究的重点包括解决超光滑椭圆柱面基板的制作方法与工艺，研制梯度周期多层膜以克服镜面不同位置的掠入射角变化，摸索X射线掠入射系统的超高精度装调技术。在突破以上关键技术基础上，研制出我国第一台X射线多层膜掠入射聚焦系统样机，为我国的X射线分析设备和同步辐射纳米聚焦的发展奠定基础。

结论摘要：

高亮度的X射线光源是现代物质微结构分析的重要工具，广泛应用于材料、生命、环境、物理、医药、地质等学科领域。同步辐射光源虽然性能优异，但体积庞大，建造昂贵，且使用机时有限，给许多实验的开展带来了不便。因此，本项目旨在研制基于多层膜光学的X射线聚焦光学系统，利用小功率的X射线光管获得高亮度的单色X射线，满足实验内的X射线衍射分析要求。按照项目任务书要求，开展了X射线光学系统的光学设计、X射线横向梯度多层膜、X射线超光滑非球面反射镜、X射线光学系统装调等研究工作，研制出X射线微聚焦系统样机，并开展了演示性实验。（1）X射线Montel型KB光学系统设计通过初始结构光学关系分析，明确了工作能点、椭圆柱面长短半轴，反射镜口径、放大倍数等各参数间的关系；分析了正交非球面反射镜的间隙损失；建立了Montel系统的光学模型。利用此模型，确定了针对Cu（8.04keV）和Mo（17.44keV）以及Ag（22.1keV）的Kα特征谱的系统结构参数。建立了仿真模拟程序，模拟了扩展光源对应的聚焦斑的变化，给出了焦斑平均强度、焦斑均匀性、焦斑位置、发散度的模拟结果。（2）横向梯度周期多层膜技术研究利用课题组现有的基板行星转动的磁控溅射镀膜系统，建立了转动模型，理论设计了膜层厚度分布所需的基板公转调速曲线；摸索了磁控溅射的工艺条件，突破了梯度多层膜的制备技术。制备了厚度变化为16%梯度的W/Si多层膜，周期变化的测量值和理论计算结果一致，证明采用公转速度优化的方法，可以实现薄膜厚度在平行基板表面方向上的有效调制。（3）超光滑非球面光学元件研究研究了镀膜沉积生长方法制备了非球面反射镜，给出了掠靶和驻靶条件下的掩膜设计，摸索了沉积生长的工艺。研究了基于热成形方法的非球面反射镜制备工艺，摸索了温度调控曲线，制备出椭圆柱面反射镜样品，表面粗糙度优于0.5nm。（4）微聚焦系统的集成和性能检测掌握了X射线掠入射光学系统的精密装调方法，实现了系统的集成；研制出小功率X射线光管结合多层膜聚焦光学的Home-Lab型微聚焦系统。利用X射线CCD，测量得到样机最小焦斑斑约200微米，发散度3-5mrad。利用电离室探测器，测得30W功率时对应光子通量约2×10E+009phontos/s/mm，性能指标达到任务书的要求。在此基础上，开展了粉末衍射、晶体衍射等演示性实验，验证了样机的性能。