用于Z箍缩物理实验中光电管与光电倍增管相对灵敏度标定方法

软X光闪烁体功率计(闪烁体光电管系统)是阳加速器及PTS装置上进行Z箍缩实验获取软X光总辐射功率及能量等参数的主要设备,光谱响应灵敏度是这套设备最关键的物理参数。为获取闪烁体功率计系统的光谱响应灵敏度,在北京同步辐射实验室进行了闪烁体与光电倍增管系统的光谱响应灵敏度标定,而要将闪烁体与光电倍增管系统的光谱响应灵敏度转换成Z箍缩实验需要的闪烁体与光电管系统的光谱响应灵敏度,还需要进行光电管与光电倍增管相对灵敏度标定,为此研制了一套光电管与光电倍增管光谱响应灵敏度相对标定系统。应用此系统进行标定实验,得到了光电管与光电倍增管的相对灵敏度,进而推出了功率计系统的光谱响应灵敏度。     

Tb3+掺杂硅酸盐闪烁玻璃对硬X射线的能量响应

采用高温熔融法制备了Tb3+掺杂硅酸盐闪烁玻璃,并测量了该闪烁玻璃对5～80 keV硬X射线的能量响应.结果表明:硅酸盐闪烁玻璃的光电流对不同光子能量X射线的响应是非线性的,尤其在8和50keV附近,其非线性变化较明显,这种现象与闪烁玻璃吸收X射线后产生大量光电子及其对电子的能量响应有关系.在73.38 keV处,硅酸...     

二维硬X射线探测器自动标定平台研究

结合云台构建了EAST装置中二维硬X射线诊断的自动标定平台,通过调节云台的旋转和俯仰角度自动对探测器的所有像素点进行扫描测试,同时自动控制X射线管的束流能量和强度,从而对探测器每个像素点强度响应的线性度、不同像素点响应的一致性、相邻像素点之间的串扰等进行测量和标定。实验结果表明,探测器7×8像素点对硬X射线均有响应,强度响应的线性度可以达到R=0.999,初步验证了系统功能的可行性。     

Lucy-Richardson迭代解谱在X射线荧光分析的应用

硬X射线调制望远镜是我国第一颗X射线天文卫星,其载荷低能X射线望远镜采用了SCD型探测器CCD236,主要对能量在0.7～13.0 keV的软X射线光子进行观测。卫星发射前,需要对探测器进行详细的性能标定,其中包括能量响应矩阵的标定。能量响应矩阵是能谱分析的关键。CCD236探测器输出能谱并不是观测光源的真实发射谱,而是发射谱与探测器能量响应矩阵的卷积结果。一般可以通过直接反卷积的方法还原光源的真实能谱。解谱过程可以看作是一维成像问题,利用能量响应矩阵与输出能谱进行反卷积解谱。常用的反卷积算法为Lucy-Richardson迭代算法,其利用条件几率的贝氏定理反复进行运算,进而对输出能谱进行反解,得到观测光源的真实发射能谱。通过能量响应矩阵对CCD236探测器的55Fe测量能谱进行解谱。经过解谱,能谱的能量分辨从144.3 eV提升到了65.6 eV@5.9 keV,连续谱成分被明显地抑制,提高了能谱的峰背比。反解能谱由两个半峰全宽很小的（<70.0 eV）高斯峰组成,两成分的强度比为8.4,能够很好地表征真实发射谱的结构。利用这种方法可对材料X射线荧光谱进行解谱,还原材料的荧光谱,提高能谱的能量分辨。反解结果中主要元素各类荧光线通过解谱彼此独立,能谱峰背比很高,可以很好地用于X射线荧光分析中,提高荧光谱的质量。     

一种用于Z箍缩实验的软X射线成像系统

基于塑料闪烁体转换和光学条纹相机的方法建立了一套用于Z箍缩实验中的软X射线条纹图像诊断系统,解决了以往实验中使用的X射线条纹相机易被电磁环境干扰以及相机电极部件易被实验产生的高速粒子损伤的问题.诊断系统的光谱响应范围主要集中在0.2-10 keV,系统的空间分辨率经过理论评估小于120μm,通过标定闪烁体对X射线的时间响应特性给出了系统的时间分辨率约为1 ns.诊断系统拍摄到了铝丝阵内爆等离子体的一维空间和时间分辨的X射线条纹图像,给出了等离子体的内爆一致性和辐射均匀性等特征信息.     

X射线能量谱间接测量方法

X光机的X射线能量谱在CT图像硬化校正、散射校正和定量CT成像等技术中扮演着重要角色。提出了一种通过由质量衰减系数已知的材料构成的楔型模体的扫描数据来恢复X射线能量谱的方法。经GEANT4模拟数据及实采数据验证,该方法能够较好地恢复X光机的X射线能量谱。通过仿真实验,分析了在几个常用电压下模体材质和厚度对恢复X射线能量谱的影响。     

CsI(Tl)闪烁体软X光能量响应的模拟研究

CsI(Tl)闪烁体是X光转换为可见光比较重要的一个部件,在惯性约束聚变中的X光诊断等方面有着十分重要的应用。通过Geant4软件较为全面地分析了CsI(Tl)闪烁体软X光能量响应,模拟了1~5keV的软X光入射不同厚度(20,30,50μm)CsI(Tl)的能量沉积谱,探究了粒子之间相互作用的物理过程,并比较了不同能量软X光在不同厚度CsI(Tl)闪烁体中的沉积效率。仿真结果表明,随着CsI(Tl)闪烁体厚度的增加,软X光在CsI(Tl)闪烁体中沉积的能量也逐渐增加,沉积效率与CsI(Tl)闪烁体厚度成正比。模拟研究为选择合适厚度的闪烁体做低能段软X光探测实验做铺垫。     

多通道软X射线Dante谱仪标定及实验

介绍了用于阳加速器上Z箍缩内爆实验诊断的Dante谱仪的结构和通道配置,详细讨论了X射线二极管、掠入射平面反射镜和滤片等主要元器件的标定结果,分析了标定结果与理论计算发生偏差的原因,给出了喷气Z箍缩等离子体辐射的测量结果,X光辐射功率30～40 GW,能量约0.8 kJ,并与闪烁体光电管测量结果进行了比较,差异约20%。     

北京同步辐射装置软X光束线通量谱的绝对测量与计算

在北京同步辐射装置(BSRF)上用全吸收平行板充氙电离室作一级标准探测器,对硅光电二极管(AXUV—100)的效率在光子能量5—6.5keV进行了标定,建立了二级标准探测器;AXUV—100硅光电二极管在50eV-6keV有很好的线性响应,将其在硬X射线波段已标定的效率曲线外推到软X射线波段,并对BSRF3B1A和4B9B光束线在软X射线波段光子通量谱进行了初步地测量,测量结果与理论计算结果较为符合.在3B1A软X光学实验站,利用二级标准探测器对用于惯性约束聚变(ICF)的软X光探测器的灵敏度进行了标定,并取得了满意的结果.     

用于软X射线图像诊断的CMOS探测系统

通过将闪烁体光纤面板与CMOS图像传感器耦合,研制了在线诊断X射线图像的CMOS探测系统。通过XOP软件计算,确定了响应能区为1~10keV的CsI闪烁体厚度为30μm。在微点X射线源平台上,基于标准的Typ 18-d型分辨率板对CMOS探测系统的空间分辨能力进行了实验测试,结果为60μm。在神光Ⅲ原型激光装置上,利用该套CMOS探测系统在流体力学不稳定性与混合实验中对钛背光源的光谱进行了诊断,获得了清晰的类氢和类氦光谱图像。数据分析显示,实测的谱分辨为442,与理论分析符合较好。CMOS探测系统小巧轻便,性价比高,适合各大高校与科研院所用于在线诊断软X射线图像。     

基于EDXRF技术茶叶中金属元素检测方法研究

能量色散X射线荧光光谱(EDXRF)法作为化学元素分析的一种检测手段,被广泛应用于地质勘测、工矿石油、生化医疗及刑侦考古等各行各业,它是户外现场检测与分析的首选方法之一。利用EDXRF法检测茶叶中金属元素含量,对环境条件要求低,且无需对茶叶样品进行化学处理。实验检测发现,用该方法分析茶叶中金属元素时,有效X射线荧光光子能量段在3～16 keV之间,故校正光谱元素选择位于能量中心位置(8 keV)附近的铜元素,并用铜元素定标做标准曲线,在茶叶有效X射线荧光光子能量段中,通过样品加标方法分析铜、铁、锌、铅四种元素,求得平均检出限为1.25 mg·kg-1。在检测茶叶中金属元素的化学方法中,选用火焰原子吸收法测得茶叶中金属元素含量作为标准值,比较得出,EDXRF法测得数值实际相对误差小于6%,相对标准偏差小于5%,经过t检验,p＞0.05,说明EDXRF法与火焰原子吸收法在统计学上没有显著差异,两种方法所测结果吻合。结果表明,EDXRF法检测茶叶中金属含量的方法是可行的,结果满足现场检测分析需求。     

基于加权TV正则化的X射线CT系统能谱估计方法

在CT硬化伪影校正、双能CT图像重建以及CT辐射剂量计算等实际应用中,X射线的能谱信息具有重要的作用。然而,由于透射测量方程组系数矩阵的病态性、X光子的统计涨落和噪声的干扰,使得EM等能谱估计方法难以获得较精细的能谱刻画。针对该问题,提出一种基于加权TV正则化的X射线CT系统能谱估计方法。首先采用能谱能量范围内带有不同K-edge的材料作为体模以降低投影测量方程之间的相关性。然后,利用CT成像系统的几何参数来获取投影测量数据所对应的准确透射长度信息来减小投影方程的测量误差。最后,综合利用透射衰减测量数据的保真性、轫致辐射能谱部分的连续性、特征辐射能谱部分的离散性、能谱的非负性和归一性以及平均有效衰减系数等信息,使用加权TV正则化方法建立目标函数,利用正则化理论中的L曲线准则通过黄金分割参数搜索策略求得最优正则化参数及对应的能谱估计结果。分别通过不同统计波动模型下的仿真能谱和实际测量数据对算法性能进行了验证,结果表明该方法与EM等方法相比,不受初始能谱的影响,有效提高了能谱估计结果的稳定性和准确性。     

能量色散X荧光分析中元素间效应的蒙特卡罗模拟

针对能量色散X荧光分析(EDXRF)技术中元素间效应实验研究的难点问题,采用蒙特卡罗方法对基于Si（PIN）探测器的EDXRF系统建立模拟模型,并对模拟微束软X射线注量谱建立了高斯展宽算法。对Fe-Ni样品进行模拟计算,表明经该算法展宽后的注量谱与实测K系特征X射线谱吻合度较高,并得到了各元素特征X射线归一计数与元素含量关系曲线,结果表明该方法可自行校正EDXRF中元素间效应,获得准确的元素K系特征X射线谱理论强度。     

ZnO:Ga晶体对硬X射线的时间及能量响应

 介绍了ZnO:Ga晶体对重复频率快脉冲硬X 射线的时间响应,利用X射线荧光分析仪测量了ZnO:Ga晶体对10～100 keV硬X射线的能量响应。结果表明:ZnO:Ga晶体对硬X射线响应的上升时间为316 ps,半高宽为440 ps;对40 keV以上的X射线的能量响应很平坦。该晶体可以作为一种新颖的硬X射线探测元件。     

强流电子束轫致辐射复合薄靶设计

针对目前脉冲硬X射线源能谱硬、辐照面积小、辐射场电子份额高无法开展系统电磁脉冲效应实验研究的技术难题,提出了采用复合薄靶软化脉冲硬X射线能谱、降低电子份额的方法。采用MCNP程序数值模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律,分析了复合靶结构和材料厚度对X射线能谱、电子份额的影响。以闪光二号加速器为电子束源,设计了复合薄靶、X射线窗。实验得到的X射线参数:平均能量121 keV;均匀性2∶1情况下,700 cm2平均剂量40 rad（Si）,500 cm2平均剂量170 rad（Si）;光子数与电子数的比值大于103,可以开展系统电磁脉冲效应初步实验研究。     

圆形阵列法在能谱测量中的应用

在高能闪光照相技术中,高能X射线的能谱测量一直是一个难点。在以往研究方法的基础上,指出控制散射的影响程度是提高能谱测量精度的关键。提出采用圆形阵列法对X射线能谱进行测量,并针对一特定能谱的X射线设计了测量装置,蒙特卡罗模拟结果表明,可以将散射的影响控制在4%以内,这对提高能谱测量精度具有十分重要的意义。     

Z箍缩诊断中椭圆晶体谱仪测量数据的处理

以氖气喷气Z箍缩的实验结果为例,详细讨论了椭圆晶体谱仪测量数据的处理方法,包括使用标定结果将胶片黑密度转换为X光强度,根据已知谱线的能量和扫描点序号对测量能谱的能点进行定标,以及使用Henke给出的考虑谱仪非均匀色散效应、晶体积分反射率和X光滤片透过率后的公式对测量能谱的强度进行修正,给出了最终的解谱结果。并使用Lorentz线型函数拟合谱线轮廓,求出了Hα,Heα和Heβ等K壳层谱线的相对强度,对处理后能谱强度的误差进行了简单分析。     

一种聚焦型X射线探测器在轨性能标定方法

X射线探测器是X射线天文观测及脉冲星导航的核心器件,受发射振动、高能粒子辐射损伤及元器件老化等影响,X射线探测器空间观测性能会逐渐变化,X射线探测器在轨标定有利于观测天体X射线辐射信息的准确获取及精确建模.研究利用了脉冲星辐射能谱标定X射线探测器性能的方法,能较好地消除探测器本底及空间环境噪声的影响,通过处理脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1卫星)的Crab脉冲星观测数据,评估了我国首款聚焦型X射线探测器的在轨性能.计算结果表明,XPNAV-1卫星上聚焦型X射线探测器的有效面积在0.6-1.9 keV能段内优于2 cm~2,其中在0.7 keV能量处取得最大值3.06 cm~2,探测效率约10%;有效面积随着探测能量增大而减小,在2—3.5 keV能段内有效面积约为1 cm~2,而大于5 keV能段的有效面积约为0.1 cm~2,且此能段估计精度明显受光子统计误差影响.同时研究了考虑能量响应矩阵的探测器有效面积标定新方法,利用地面性能测试中五个特征能谱处的能量分辨率重构其能量响应矩阵,重新标定了聚焦型X射线探测器有效面积,发现该能量响应矩阵对结果影响较小.最后建议观测某些超新星遗迹监测能量分辨率及能量线性等指标的变化.     

聚龙一号丝阵负载Z箍缩硬X射线能谱测量

为获取聚龙一号实验装置负载放电产生硬X射线的能谱分布,设计了一套7通道硬X射线能谱仪。介绍了这套多通道硬X射线能谱仪的测谱原理、主要参数及根据测量结果回推光源辐射能谱的解谱算法。在聚龙一号装置丝阵负载物理实验中对测量系统进行考核,获得了信噪比较高的测量波形。利用最大熵方法进行解谱,获得了丝阵负载产生的硬X射线能谱分布,辐射能段主要集中在200~500 keV附近,且1 MeV以上光子份额较低。