x射线在毛细导管中传输的模拟计算

阐述了x射线在毛细导管中传输的基本理论，根据光线追迹原理建立了x射线在毛细导管中传输的计算模型.在此基础上使用MATLAB编写程序，实现了对x光经过x光单导管的传输效率和光强分布的模拟计算.计算结果和实验数据进行比较，得到了很好的符合. 关键词： 模拟计算 毛细导管 光线追迹 传输效率 光强分布     

X光导管传输特性的蒙特卡罗模拟

 X光在导管中的传输性能是设计X光透镜的基础。在研究X光导管传输理论基础上，建立了X光在导管中传输的射线跟踪方法，编制了蒙特卡罗模拟计算程序。对具体的模型，计算给出了导管的传输效率随X光源与导管入口面的距离、导管直径和曲率半径的变化关系。模拟表明：直圆柱导管的传输效率随导管直径增大而减小，随Ｘ光源所在平面与导管入口面之间的距离增大而增大；弯曲圆柱导管的传输效率随其曲率半径的增大而增大，当曲率半径趋向无穷大时，X光在弯圆柱导管的传输效率趋向于直圆柱导管的传输效率。利用编制程序计算得到的传输效率与实验结果符合较好。     

X射线反射率的讨论

根据菲涅耳公式推导出X射线和可见光的反射率公式,计算了反射率随入射角的变化曲线.对X光导管的传输效率在反射率有无近似条件下的计算结果作了比较.     

基于多毛细管X光透镜的数值模拟

为了优化多毛细管X光透镜的设计,利用旋转坐标系的方法建立子管方程,根据光线追迹原理建立了X射线在导管中传输的模型,直接求解一元四次方程得到X射线每次反射时与管壁的交点,从而追踪单根X射线的运动轨迹,并由大量X射线的总的运动规律得到X射线在单根导管中的传输规律,再由单根导管拓展到整个透镜。在此基础上编写程序,实现了对X光透镜的传输效率和光斑的模拟计算。为了验证模拟的准确性,对两个平行束透镜分别进行了实验测试和模拟。在8.05 ke V下,所测的传输效率为13.0%,模拟计算结果为14.2%。在对光斑的模拟中,模拟所得的光斑也与实验结果相符合。结果表明,模型的建立是合理的,在类似透镜的设计制造中有着潜在应用。     

等离子体中X射线透过率分析及潜在通信应用研究

X射线具有波长短、光子能量高等特点,有望在等离子体环境中实现信息的有效传输.本文首先采用基于连续介质中的WKB分层法,研究了黑障条件下, X射线在非均匀等离子体鞘套中的透过率特性,仿真了不同等离子体电子密度和碰撞频率下X射线信号的透过率,理论上证明了X射线可用于黑障区信息传输的可行性.其次通过搭建环形扩散辉光放电等离子体发生器及实验验证系统,进行了国内外首次X射线穿过等离子体鞘套的验证实验.实验结果表明,等离子体对X射线信号的透过率存在一定程度的衰减,透过等离子体前后的X射线信号能谱轮廓相似度优于95.5%,能谱峰值点的偏移量小于1.3%.此外,在原有理论模型的基础上,考虑等离子中的粒子与X射线的碰撞、吸收效应,优化了X射线在等离子体中的透过率模型,与传统的理论方法相比,该模型可对实验现象进行更好的解释.同时计算了X射线在临近空间的透过率,并分析了X射线通信所能达到的潜在指标.这些结果有望为解决黑障区信号传输提供一定的理论与实验依据.     

空间X射线通信链路建模与功率分析

从空间X射线通信传输理论出发,首先对X射线通信的功率传输过程进行研究,以加性高斯白噪声信道模型与自由空间损耗为基础,分析了深空X射线通信的信道特征及功率传输过程、推导了功率传输方程,建立了通信链路模型;其次,分析了深空X射线通信系统的误差来源,建立了基于单光子探测器的噪声模型,并给出了主要噪声来源的数学表达式,从而确定了通信核心参数通信距离、通信速率、误码率与信号功率之间的关系;最后,对不同阳极高压与不同调制方式下探测器端信号光子数进行实验监测,对功率传输方程及误差模型进行验证.实验结果表明,所给出的功率传输方程与误差模型可以对空间X射线通信过程进行较好地解释.根据此模型,计算了在满足一定的误码率和传输距离要求时对X射线源出射功率的要求,为空间X射线通信研究建立了理论基础,为核心元器件的研究指明了下一步的方向,同时有望对空间X射线通信的工程化提供一定的参考.     

微通道板2.0～5.5 keV X射线透过率标定

 在北京同步辐射3B3中能X射线束线2.0~5.5 keV能段对微通道板(MCP)透过率进行了测量标定。实验表明,MCP在2.0 keV的低能段处和5.5 keV的高能段处的透过率较高,而中段较低。对MCP透射和X光在MCP毛细导管列阵中的全反射两种机制进行了物理建模,分别计算验证。结果发现:X光在毛细导管内掠入射会产生全反射,且能段越低反射率越高;MCP透过率特性正是MCP特殊的结构和材料造成的,为透射和反射两种机制共同贡献的结果,低能端主要来自X光在毛细导管中的全反射贡献,高能端主要来自透射贡献。     

圆锥形X光导管的传输特性研究

利用光线追迹原理建立的圆锥形X光导管的计算模型,对圆锥形X光导管传输特性进行了系统的理论研究。通过对X射线经过锥管的光强分布计算,得到光源尺寸和锥管入口直径共同影响光强分布形式的结论。计算了锥管功率密度增益K随距离锥管出口不同位置f2的变化规律。研究了功率密度增益随光源尺寸的变化规律。最后以等效距离为标准讨论了锥管的优化设计。     

Z-FFR聚变靶室物理状态分析与聚变X射线防护的初步设计

利用MULTI程序建立了大空间-时间尺度、Z-FFR聚变靶室气体氛围的辐射流体力学模型,研究了聚变X射线能量传输、气体氛围温度密度演化以及冲击波的形成和传播等物理过程,获得了第一壁表面辐射温度、冲击压力随时间的变化等重要参数。同时利用Geant4程序计算了静态X射线在第一壁耐烧蚀涂层中的能量沉积分布,研究了不同能量X射线在聚变靶室气氛中的衰减规律。综合动态和静态计算结果,完成了聚变X射线防护初步设计,确定第一壁入射X射线能量密度阈值约为0.2J/cm2,Ar气氛围压强为2000Pa。     

利用聚束透镜获得高功率密度软X射线源

研制了针对Z-pinch强X射线辐射源的软X射线聚束透镜,利用西北核技术研究所"强光一号"加速器产生的钨丝阵高温等离子体辐射,对在高功率密度软X射线入射条件下的聚束透镜开展了实验.研究表明:由2401根X光导管组成的透镜,在输入软X射线功率密度达1.0×108W/cm2时,透镜的平均传输效率为9.6%,在软X射线传输过程中等离子体溅射被导管内壁吸收,透镜后焦点处能获得洁净的软X射线源,平均功率桁度达到1.15×109W/cm2.     

会聚X射线圆柱形直导管特性研究

计算了圆柱形直导管会聚区域的功率密度增益K和等效距离L_eq随导管长度和导管内径的变化值. 实验上测量了能量为8.04keV的X射线经过半径为0.54mm的直导管的K和L_eq以及会聚位置的光强分布, 并和计算结果进行了对比. 结果表明: 圆柱形直导管在小尺寸样品X射线衍射领域具有良好的应用前景.     

Simulation of x-ray transmission through an ellipsoidal capillary

This paper develops a simulation program for x-ray transmission in an ellipsoidal capillary based on a ray-tracing method.The influence of the parameters of ellipsoidal capillary and x-ray energy on transmission efficiency,full width at half maximum and power density gain of x-ray beams through an ellipsoidal capillary was analysed by this program.It shows that the particular rules of the ellipsoidal capillary x-ray lens are different from the polycapillary lens.Furthermore,this analysis method can be applied to the optimized design of ellipsoidal capillary.     

Singularity expansions for cylinders of finite conductivity

A new rigorous differential formulation to compute the scattering matrix of an obliquely oriented cylinder of finite conductivity and arbitrary shape is given. The analytic continuation of the scattering operator is examined in the frequency domain as well as in the propagation constant domain. The corresponding computer program is able to compute the singularity expansion for such a cylinder, as well as the propagating mode along it. Numerical examples are given.     

软X射线光导纤维传输特性

 为优化设计软X射线聚束透镜，使之与软X射线源配合能最大限度地获得高强度软X射线束，在北京同步辐射装置软X光站3W1B束线上，对不同能量软X射线（50～1 500 eV）在不同规格毛细管光导纤维中的传输特性进行研究。研究结果表明：玻璃毛细管对软X光有较高的传输效率，毛细管内径越小，曲率越小，光子能量越小，则传输效率越大；使用含硼（B）量高的DM308型号玻璃材料拉制成内直径为0.45 mm﹑外直径为0.6 mm的毛细管组成的软X光聚束透镜有较高的传输效率，该规格毛细管可以将能量为250 eV的X射线传播方向改变26°后，其出射能量是入射能量的12%；使用由该规格毛细管设计的软X射线聚束透镜同软X射线点光源组合，收光角可以达到30°，透镜焦点处的功率密度是不使用透镜时的104倍。     

管靶X射线辐射输运初步研究Ⅱ.实验测量与分析

从实验上研究了X射线在管靶中辐射输运情况.给出两种分解靶：源靶、输运靶.源靶可得到X射线输运的输入条件,输运靶是近似一维X射线输运管道,对其测量可得到输运的结果;给出两种分解靶由软X射线谱仪、平响应XRD和透射光栅谱仪(配X射线CCD)测量的结果,并对实验结果进行分析;最后对输运管道内的等离子体膨胀问题进行了讨论. 关键词：     

高功率密度软X射线在X光导管中传输效率测量

为优化软X射线聚束透镜设计参数,使之与等离子体辐射源组合来获得洁净的高功率密度宽能带的软X光束,在西北核技术研究所的强光一号加速器装置上,对高功率密度的软X射线（6×10^6～1．5×10^7W／cm^2）在X光导管中的传输特性进行研究。研究结果表明：对于DM308型号玻璃材料拉制成的X光导管,在该功率密度范围内,软X射线在X光导管中的传输没有出现非线性效应,随着入射软X射线功率密度的提高,出射软X射线功率密度基本成线性增大;当入射软X射线的功率密度为1．2×10^7W／cm^2时,实验中获得X光导管的平均传输效率达到了16．3％。在强光一号加速器装置上,使用由该规格X光导管制作的软X射线聚柬透镜与钨丝阵Z-pinch等离子体辐射源组合,获得了功率密度达2．1×10^9W／cm^2的宽能带的软X光源。