微通道板选通X射线纳秒分幅相机的研制

设计并研制了一种新的微通道板选通X射线纳秒分幅相机,相机系统由带有行波选通微带光电阴极的近贴聚焦分幅变像管、电控单元、针孔安装和调节系统及真空系统组成.电控单元提供相机上作需要的直流电压和脉冲开关电雎.输出图像山采用光纤面板耦合到荧光屏的CCD相机读出.采用厚50 mm的Au作为变像管光电阴极,相机谱响应范围0.1～10 keV.可获得八幅分幅图像,每幅曝光时间1 ns,2 ns和5.0 ns三档可调,像幅时间间隔分2 ns、5 ns和10 ns 三档可调.相机动态空间分辨力优于18 lp/mm,触发晃动小于100 ps,时间抖动小于5%.并可实现远距离监视、控制和数据采集.对相机静态特性和动态特性的实验标定及应用现场所获得的实验结果均表明,相机上作性能稳定,具有几何畸变小、动态范围大等特点,满足 Z-箍缩实验研究的需要.     

软X射线条纹相机光阴极能谱响应灵敏度

通过对条纹相机光阴极在光电转换过程中光电子产生过程的分析,推导了光阴极在软X射线波段的能谱响应灵敏度计算公式,并运用该公式探讨了阴极厚度、掠入射角度等参数对能谱响应灵敏度的影响,计算并分析了Au,CsI在0.1~10keV范围内的能谱响应曲线和特性,并利用标定试验数据对共识和模型的可靠性进行了验证。结果表明,CsI阴极的最佳厚度在60nm左右,Au阴极的最佳厚度在10nm左右;CsI阴极的能谱响应灵敏度比Au阴极高1~2量级。     

用于高速摄影变象管的软X射线光电阴极

光阴极由衬底(包括介质阴极的导电基底)和光电发射膜构成。采用了聚丙烯、Formvar和Paylene三种有机薄膜作阴极衬底。建立了这些薄膜的制备技术。用一台自制的软X射线单色仪在277—7469ev光子能量范围内测量了这些薄膜的透过率。 研究了CsI、CsBr、Au和MgF₂四种光电阴极的光电发射特性和光电发射与阴极厚度的关系,找出了最佳阴极厚度。用软X射线单色仪在277—7469ev光子能量范围内测量了最佳厚度阴极的绝对量子效率,四种阴极最大值分别为4.50、2.90、0.25和0.12。我们还在同一阴极衬底上分区制备了四种阴极,在变象管荧光屏上比较其亮度,结果和测量的一致。 用LAB5型表面分析仪对CsI和Au阴极的光电子初能量分布作了测量,CsI阴极光电子初能量分布半高宽远小于Au。因此CsI是适用于高速摄影变象管比较理想的软X射线光电阴极。     

一种新型X射线象增强器光电阴极

我们研制了一种X射线象增强器透射式光电阴极,即高低密度夹芯结构的CsIX射线光电阴极,它的量子效率是高密层CsI的1～10倍.该技术应用于X射线象增强器,探测效率可以提高一个量级,使增益较低的MCP都可以作为产品使用.     

涂敷CsⅠ的微通道板的表面特性及量子效率测量

研究了几种影响PVD CsI光电阴极材料物理生长和重复性的参数,特别是为了提高软X射线的灵敏度对这种材料用作微通道板涂层的影响。还测量了在0.7到4.5keV范围内响应X射线时涂敷CsI微通道板的量子效率。     

CsI光阴极在10-100 keV X射线能区的响应灵敏度计算

为了满足10-100 keV高能X射线光电探测器研究的需要,对CsI光阴极在该能量范围的响应灵敏度进行了研究.基于高能量X射线光子与材料相互作用的物理过程,分析了康普顿散射等效应对CsI响应灵敏度的影响.推导了CsI的响应灵敏度与二次电子平均逃逸深度和光阴极厚度的关系式和二次电子平均逃逸深度与入射光子能量的关系式,计算了CsI在10-100 keV范围内的响应灵敏度,计算结果与实验测试数据相符,验证了分析与推导的可靠性.根据计算可以获得不同入射X射线能量下CsI光阴极的最佳厚度,从而为高能X射线光电探测器的设计优化提供了理论参考.     

小型条纹管时空分辨及增益特性研究

围绕小型条纹变像管,数值研究了光电阴极发射的光电子的初始能量及球面阴极曲率半径对物理时间分辨率及时间畸变的影响.结果表明:物理时间分辨率受光电子初始能量影响较大,受阴极曲率半径及离轴距离影响较小;离轴距离越大,时间畸变越大;平面型光电阴极在离轴8mm的物点处,时间畸变大于40ps;随着阴极曲率半径的减小,时间畸变逐渐由正值变为负值;当阴极曲率半径为70mm时,条纹管在整个阴极工作狭缝16mm内的时间畸变小于8ps;同时,在4.3ns全屏扫描时间条件下,光电阴极发射的狭缝像在荧光屏上几乎没有弯曲,且即使在离轴8mm的物点处,光电阴极空间分辨率仍可高达25lp/mm@MTF=10%.此外,实验测试了条纹变像管的静态空间分辨率、阴极积分灵敏度及条纹变像管的亮度增益特性.测试结果显示:光电阴极中心处空间分辨率高于28lp/mm,边缘处高于18lp/mm;阴极灵敏度为178μA/lm,亮度增益高于12,远高于具有相同探测面积的皮秒条纹变像管的亮度增益(亮度增益仅为0.5),在条纹管激光雷达领域具有较强的弱信号探测能力.     

X射线条纹相机阴极制备及其绝对标定

为了提升X射线条纹相机阴极性能,提出了一种X射线条纹相机阴极的制作方法,采用此方法制作的阴极衬底薄膜使用聚碳酸酯作为原材料,厚度仅为300nm,可较大程度降低对X射线的C吸收边效应,对提升阴极性能具有较大益处。利用北京同步辐射光源(BSRF)对制作的Au阴极和CsI阴极进行了绝对标定,给出了两种阴极在60~5500eV能区范围内的绝对谱响应灵敏度,标定结果表明CsI阴极在60~5500eV整个能区范围内都具有较高的谱响应灵敏度,即使在C吸收边位置谱响应灵敏度也只降低了约90%,表明阴极性能得到较大提升。     

三通道门控分幅相机及其触发晃动测量

研制了三通道微通道板(MCP)门控X射线分幅相机,其MCP微带阴极宽度为8 mm,相邻两阴极间隔为2.8mm,由幅值为-1.9kV和宽度为210ps的门控脉冲进行驱动。采用光纤传光束法测量了相机的触发晃动。实验结果表明,相机的触发晃动约为94ps,与高速示波器测得的90ps基本一致。此外,测得相机的时间分辨率约为100ps。     

光电子技术与器件 其他

O462.32006010606CsI/MCP X射线阴极及其在低强度X射线影像仪中的应用=CsI/MCP X-ray cathode and its application in lixis-cope[刊,中]/吴奎(长春理工大学.吉林,长春(130022)),新梅…∥发光学报.—2005,26(6).—813-818报道了X射线阴极的光电发射原理,给出CsI/MCPX射线阴极的制作方法。分析了反射式和透射式X射线阴极的量子效率和噪声特点,提出了改进工艺,给出CsI/MCP的输出特性和扫描电镜正面和剖面照片,且指出Lixiscope的发展以及在生物医学中的应用前景。图9表2参4(严寒)O462.32006010607利用梯度掺杂获得高量子效率的Ga…     

软X射线条纹相机透射式Au与CsI阴极谱响应灵敏度标定

本文利用北京同步辐射光源(BSRF), 提出了对条纹相机Au和CsI透射阴极谱响应灵敏度进行绝对标定的方案, 给出了在60—5500 eV能区的绝对谱响应灵敏度, 标定不确定度好于10%. 同时, 基于Henke等人的计算模型, 给出了透射阴极的相对谱响应灵敏度, 并且进行了CH支撑衬底X射线透过率的修正. 结果表明标定值与理论值符合较好.     

软X射线皮秒变象管扫描相机

软X射线皮秒变象管扫描相机技术是一种用变象管扫描相机测量X射线脉冲而能达到皮秒时间分辨率和一维微米级空间分辨率的技术。X射线扫描相机是研究伴有X射线辐射的一切高速瞬变过程的极为重要的测量工具。例如在激光核聚变的研究中,加热压缩期间靶球发生内爆过程中高温高密度等离子体的光谱辐射主要为软X射线,对这些软X射线的研究,可以获得有关等离子体的电子温度、电子能量分布、各种不稳定性的形态及这些参量随时间变化的资料。     

X射线皮秒变象管分幅相机研究

本文介绍了我们提出的一种新的实现皮秒分幅摄影的技术方案,其优点是对控制线路要求不高,给出了用计算机对此方案进行数值模拟的结果和新设计的用于这种分幅方案的变象管特性,用直流X射线源测出该变象管的静态空间分辨率为20lp/mm。用激光打靶产生的脉冲X射线测量了相机动态特性,已得到了四幅动态像,每幅曝光时间150ps,空间分辨率3lp/mm。     

球壳结构金阴极及其X射线光电发射特性

以聚苯乙烯微球为模板, 采用种子-生长法在聚苯乙烯微球表面镀覆金球壳层, 以不同浓度旋涂分散在阴极衬底上, 热处理去除聚苯乙烯模板, 初步制备出表面具有金球壳结构的反射式金阴极样品, 通过金相显微镜和扫描电镜研究其表面形貌, 结果表明: 阴极表面球壳的直径约为10 μm, 高温去除聚苯乙烯微球模板后金沉积层具有良好的自支撑性, 球壳厚度约70-90 nm, 球壳表面主要由30-60 nm的晶粒突起组成. X射线光电发射测试表明, 反射式球壳结构阴极在200-1500 eV波段光电效率相对于平面薄膜阴极有明显提升, 其量子效率可达到平面阴极的3倍以上, 理论分析表明: 球壳结构阴极特殊的表面结构引起光电发射面积的增大和表面势垒的降低, 是阴极光电发射效率提高的主要原因.     

Photoelectron extraction efficiency from cesium iodide photocathodes in a pressurized atmosphere of argon and xenon up to 10 bar

Photoelectron extraction efficiency is a key parameter in gaseous detectors design requiring CsI photocathodes, particularly in pressurized applications for rare event experiments. Within this work we report on our measurements of the photoelectron extraction efficiency from a CsI photocathode into argon and xenon up to 10 atm. It is demonstrated that the photoelectron extraction efficiency is independent from pressure when scaling the electric field accordingly. This measurement provides experimental validation to the Monte Carlo predictions.     

一个高灵敏度中子扫描变像管的设计

 我们设计了一个高探测灵敏度的中子扫描变像管。该管采用电子产额较高的聚乙烯加碘化铯中子阴极。电子光学系统的主要特点是阴极面积大(f10mm),不设置狭缝,电子束的交叉截面聚焦于MCP的前表面。预计此扫描变像管时间分辨率为43ps,可用于探测产额大于1×10⁸个烧蚀靶内爆中子。当靶到阴极距离为几十厘米时,也可用于测量爆推靶内爆中子能谱多普勒展宽,从而确定等离子体离子温度。