强流二极管产生大面积脉冲X射线参数计算

利用二极管的电压电流波形计算了电子束参数,建立了串级二极管和四路并联二极管阳极靶蒙特卡罗粒子输运计算模型,给出了两种情况下轫致辐射X射线场参数。结果表明:阳极靶厚度增加时,轫致辐射X射线平均能量增大,而能量转换效率先增大,后减小;距离串级二极管和四路并联二极管阳极靶5cm位置处,X射线注量分别为76.50,3.74mJ/cm2;光子平均能量分别为81.13,60.77keV;半径为12cm的圆面上,串级二极管X射线剂量呈马鞍形分布,均匀性为1.70∶1;边长为52cm的正方形平面上,四路并联二极管X射线剂量均匀性小于6.30∶1;电子束轫致辐射转换效率分别为0.29%,0.32%。     

一种小尺寸轫致辐射转换靶设计

以减小直线感应加速器X射线光源横向尺寸为目标,开展轫致辐射转换靶的设计。对聚焦打靶过程中电子束运动轨迹进行分析,指出同一个电子束轨迹分布,既可以描述为电子束在某纵向位置处具有一定的横向展宽,也可以描述为电子束保持较小横向尺寸时的轴向分布展宽,由此提出在束腰附近放置多个小靶片实现聚焦电子束有效阻挡的小尺寸多层靶概念设计。采用EGS4程序对X射线产额进行计算,发现靶厚度在一定范围内改变时X射线产额变化较小,基于这一规律完成了小尺寸多层靶的结构设计。进一步考察了一个设计应用实例,当聚焦电子束最小包络直径3 mm、会聚角100 mrad时,对比大尺寸靶,采用小尺寸多层靶可以获得等效直径减小约50%、产额减小约10%的X射线光源。该设计方法有望在相同的电子束品质和聚焦条件下,获得横向尺寸小于电子束最小束包络直径的X射线光源,具有一定的应用价值。     

对激光等离子体中X射线的产生与辐射加热研究

利用一维辐射流体力学程序MULTI数值模拟研究了功率为1014Wcm2、脉冲宽度为300ps、波长为0.44μm的强激光辐照平面Au靶时产生X射线的过程,给出了X射线转换效率和能谱分布.通过将靶物质划分为对所产生的X射线光学薄的转化区和光学厚的再发射区,得到了作为黑体辐射热源的最佳靶厚度,并给出了辐射加热靶所产生的等离子体的密度和温度的空间分布. 关键词： 辐射流体力学 激光等离子体 X射线转换 辐射热波     

环形电子束积分图像诊断技术

 采用图像诊断方法对高能环形电子束形状及空间尺寸进行了研究,以高能脉冲环形电子束轰击高Z靶材料产生脉冲X射线,X射线经过X射线增感屏转换为可见光,用单次图像采集系统获取可见光的积分图像。为满足诊断所需的空间分辨和系统灵敏度,通过理论计算确立了靶的材料、厚度及X射线增感屏的型号和厚度等参数。根据测试环境,设计了系统的现场安装结构,系统基本满足测试要求。分析从实验中获取的图像,可知环形电子束的内径为36.5 mm,环厚为1 mm,环形不均匀,水平方向电子束强。     

金等离子体M带谱强度的定量测量

在"神光II"多束高功率激光装置上利用列阵透镜匀滑钕玻璃波长0.53μm的强激光幅照平面金(Au)靶时产生X射线,本文给出了X射线绝对转换效率ξx。研究了多束倍频激光叠加驱动靶形成X射线背景光源辐射金M壳层1.8—3.1Kev带谱的特性,获得了不同激光功率密度及不同角度驱动靶面等几种条件下X射线能谱的定量测量结果和能谱分布。     

超短强激光与固体薄膜靶作用产生keV相干X射线数值模拟研究

用一维粒子模拟研究了超短强激光脉冲与两个固体薄膜靶作用产生X射线的一个方案, 特别研究了该方案中产生相对论电子层的源靶的厚度和密度分布对产生X射线的能谱、能量转换效率的影响. 数值模拟发现当产生高能电子层的源靶的厚度d与产生的X射线的波长λ/4γ_x²相当或者更小(λ 是入射激光波长)时, 才能产生准单色的X射线光谱, 否则产生的光谱有极大展宽, 且最高频率下降很快. 另外, 当薄膜靶前面存在不均匀预等离子体时, X射线光谱会明显变差. 关键词： 相对论电子层 Doppler 频移 相干X射线     

X射线法测量的ICF靶丸参数的图像分析

 在ICF靶丸参数测量中，采用接触X射线显微辐射照相法获得靶核的X射线吸收底片图像，将该底片放置于显微镜下并用CCD获得了数字化图像。基于该数字化图像信息，编写了一套完整的计算机算法来计算靶参数。采用辐向平均法标定出靶中心，采用图像强度函数对半径的二阶微分来确定出靶层分界位置，计算精度约为0.2pixels。     

钛空腔靶高强度keV X射线源的实验研究

利用神光-Ⅲ原型激光装置实验研究了8束ns激光脉冲从一端注入钛空腔靶产生的keV X射线源的辐射特征,发现keV X射线主要产生于腔轴附近;钛空腔靶内径过大时keV X射线能流的峰值强度较低,内径过小时keV X射线能流的持续时间较短。为了在4π空间内使钛空腔靶获得最大的X射线(4~7keV能段)转换效率,腔内径的最优值在1000~1300μm附近,此时的keV X射线转换效率为4.7%,是相同激光参数下钛平面靶的2倍左右。激光单端注入有底部钛膜和无底部钛膜的空腔靶对比实验显示,底膜能够增强keV X射线的发射。     

飞秒激光-物质相互作用产生K_α X射线(英文)北大核心CSCD

用无色散X射线谱仪分别在靶前后测量了飞秒激光辐照铜箔产生的KαX射线,获得了能量转换效率。入射激光脉冲宽度33 fs,能量在50 mJ^5 J,强度1017~1019W/cm2。靶后发射的KαX射线强度随入射激光能量的增加而增加,其单色性较靶前好。采用100μm厚靶,其能量转换率为2.2×10-5。     

飞秒激光-物质相互作用产生Kα X射线

 用无色散X射线谱仪分别在靶前后测量了飞秒激光辐照铜箔产生的Kα X射线,获得了能量转换效率。入射激光脉冲宽度33 fs,能量在50 mJ～5 J,强度10₁₇～10₁₉ W/cm₂。靶后发射的Kα X射线强度随入射激光能量的增加而增加,其单色性较靶前好。采用100 μm厚靶,其能量转换率为2.2×10_-5。     

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。     

一台基于串级二极管技术的高强度脉冲硬X射线源

介绍了利用串级二极管产生高强度脉冲硬X射线的方法及其辐射场参数。以“闪光二号”加速器为平台,通过适应性改造,产生快前沿电压脉冲;研制了两级阻抗1 Ω串级二极管,通过串联分压降低二极管端电压、各级二极管电子束独立打靶在空间叠加形成高强度均匀辐射场。解决了悬浮电极绝缘支撑、二极管阴极均匀发射等技术难题,实现了串级二极管的稳定工作。在总电压约700 kV、电流约310 kA条件下,X射线平均能量87 keV,500 cm2上的平均能注量36 mJ/cm2,剂量均匀性（最大值比最小值）达到2∶1。     

叠靶研究

 直线感应加速器（LIA）产生的高能、强流电子束与轫致辐射靶作用能够产生具有高剂量、小焦斑的X光，但伴随产生的回流离子会导致电子束束斑变大与X光分辨率降低，在多脉冲情况下更会影响到后续电子束的束靶作用等。叠靶结构能够增大束靶作用的立体空间，降低在靶面的能量沉积，可有效抑制回流离子的产生。对叠靶结构模型进行了理论计算与实验研究，并与单靶情况相比较，证实了在两种靶结构下所得到的X光照射量大小与角分布基本相同，但对于叠靶情况下靶面没有出现烧蚀现象，从而从根本上抑制了由靶面产生回流离子而对束流产生的过聚焦效应。     

神龙一号直线感应加速器X光转换靶破坏诊断

 利用能量约450 keV、焦斑直径1~4 mm的低能X光对神龙一号直线感应加速器束靶作用后钽靶的破坏进行诊断,利用增强型电荷耦合器件（ICCD）对诊断过程记录,得到束靶作用后数μs时间内钽靶材料密度的变化。结果表明：在束靶作用后约1 μs内靶材料密度基本没有变化,且该时间段内ICCD相机没有观察到有靶前钽靶材料的微粒喷射。     

Monte Carlo simulation of glandular dose in a dedicated breast CT system

A dedicated breast CT system (DBCT) is a new method for breast cancer detection proposed in recent years. In this paper, the glandular dose in the DBCT is simulated using the Monte Carlo method. The phantom shape is half ellipsoid, and a series of phantoms with different sizes, shapes and compositions were constructed. In order to optimize the spectra, monoenergy X-ray beams of 5-80 keV were used in simulation. The dose distribution of a breast phantom was studied: a higher energy beam generated more uniform distribution, and the outer parts got more dose than the inner parts. For polyenergtic spectra, four spectra of Al filters with different thicknesses were simulated, and the polyenergtic glandular dose was calculated as a spectral weighted combination of the monoenergetic dose.     

Dose estimation and shielding calculation for X-ray hazard at high intensity laser facilities

An ionizing radiation hazard produced from the interaction between high intensity lasers and solid targets has been observed. Laser-plasma interactions create "hot" electrons, which generate bremsstrahlung X-rays when they interact with ions in the target. However, up to now only limited studies have been conducted on this laser-induced radiological protection issue. In this paper, the physical process and characteristics of the interaction between high intensity lasers and solid targets are analyzed. The parameters of the radiation sources are discussed, including the energy conversion efficiency from laser to hot electrons, hot electron energy spectrum and electron temperature, and the bremsstrahlung X-ray energy spectrum produced by hot electrons. Based on this information, the X-ray dose generated with high-Z targets for laser intensities between 10¹⁴ and 10²⁰ W/cm² is estimated. The shielding effects of common shielding items such as the glass view port, aluminum chamber wall and concrete wall are also studied using the FLUKA Monte Carlo code. This study provides a reference for the dose estimation and the shielding design of high intensity laser facilities.     

紫外超短脉冲激光辐照固体靶产生硬X射线研究

 实验研究了紫外高强度超短脉冲激光(248nm, 440fs, 50mJ)辐照固体靶时产生的硬X-射线(>30 keV)能量连续谱，靶上强度达到10¹⁷ W/cm²。P极化光45°照射5mm铜片，实验探测到了能量大于200keV的X射线信号，利用Maxwellian分布拟合能谱得到了的超热电子温度为67keV。     

Efficiency of optical pumping in layered media

In pursuit of a mechanism to produce a population inversion at far ultraviolet or X-ray wavelengths, we have carried out detailed calculations for optical pumping of a target resonance line by radiation in a second, nearly coincident, resonance line belonging to a different species. The latter material, called a converter, is modeled as an optically thick planar slab which is characterized by pure scattering, natural-broadening in the atom's frame, and a uniform source of excitation. The target material exists within the converter slab as a set of thin plane layers equidistant from each other and the slab boundaries. Removal of energy from the target (pump) transition by a lasing transition sharing its upper level is modeled by a large thermal destruction parameter ? in the target transition. The two lines are treated as overlapping two-level transitions with full radiative coupling to each other. The efficiency of the target layers in utilizing photons generated in the converter is studied as a function of thickness of the converter slab, number and thickness of the target layers, and the frequency offset between the two overlapping resonance lines.     

放疗绝对剂量的数学算法模型

本文提出一种通过物理模型计算放疗过程中每一个组织深度处绝对剂量的算法,它可代替蒙特卡罗仿真的部分工作且耗费时间更少.这个算法是基于对照射野内X射线产生电子的能量注量的积分运算,并考虑了射线的能谱及二次散射线,得到了后向散射对表面剂量的贡献比例,同时得到前向散射、后向散射及原射线剂量贡献的关系.比较了二次光子和二次电子的三维能谱,得出该能谱是粒子注量关于粒子能量和粒子运动方向的函数.为了得到每一深度处的光子注量,计算了有连续能谱的X射线的期望质量衰减系数.上述算法计算得到的绝对剂量与蒙特卡罗方式仿真的结果趋势一致,两者的差异在于算法未考虑高于二次的散射线.最后将算法应用到非均匀模体剂量计算,能准确反映其中剂量分布特点且具有较小的误差.     

激光高能X射线成像中探测器表征与电子影响研究

基于激光尾场加速电子的高能X射线源具有高光子能量与小源尺寸的特点,在高空间分辨无损检测方面发挥着十分重要的作用.在X光机上测量了CsI针状闪烁屏、锗酸铋(BGO)闪烁阵列与DRZ闪烁屏的本征空间分辨率,并模拟了三类探测器对高能X射线的能量沉积响应,其中CsI针状闪烁屏的空间分辨率高达8.7 lp/mm.采用Ta转换靶产生的高能X射线开展透视照相,能够分辨最高面密度33.0 g/cm~2的两层客体结构.开展了X射线照相、X射线与电子混合照相以及电子照相三种情况的比对实验,在X射线产额不足或探测效率不够情况下采用X射线与电子混合透视照相的方案,以牺牲对比度为代价,能较大程度地提高图像信号强度.