12MeV直线感应加速器X光能谱的实验测量

12MeV直线感应加速器能够产生能量～12MeV、流强2.2kA的电子束, 被传输、聚焦后形成～4mm的束斑, 与轫致辐射靶靶作用来产生高剂量的X光. 首先设计了X光探测器, 并利用多层吸收拟合法来对X光能谱进行了测量, 得到了X光的轫致辐射能谱, X光峰值大约在2MeV,最后对实验结果进行了分析.     

强流电子束入射叠靶能量沉积计算

计算了多脉冲相对论强流电子束入射钽-石墨叠靶的能量沉积和轫致辐射谱。能量沉积采用Geant4程序计算,轫致辐射谱根据基本的辐射理论和蒙特卡罗方法计算。结果显示,各层的热区能量沉积呈由大到小的递减分布,截面轫致辐射分布和电子束径向分布主要受钽层的影响。石墨层的低能量沉积率和高热容能改善叠靶的性能。对于单脉冲,钽-石墨层厚比为1∶1时,石墨能全部吸收相邻钽层的热沉积,轫致辐射效率为35.4%;4脉冲情况下,钽-石墨层厚比应为1∶13,总轫致辐射效率降到19.9%。考虑轫致辐射剂量和质量,钽-石墨两者的厚度比为1∶5时,钽层的总厚度应为1.2 mm;当钽-石墨层厚比为1∶10时,钽层的总厚应降到0.7 mm。     

轫致辐射转换靶破坏过程诊断

直线感应加速器能够产生一个高功率、强流脉冲电子束,该电子束与轫致辐射转换靶作用可以产生一个脉冲的、强剂量的X光,同时会对轫致辐射靶本身也造成烧蚀破坏,甚至洞穿。设计研制了一套激光探测系统,对神龙一号加速器上的轫致辐射靶进行了诊断,得到了0.4 mm钽靶的破坏穿孔开始时刻在电子束打靶后约240μs处,整个靶穿孔过程持续时间可达1.5 ms。     

利用轫致辐射谱回推超热电子温度

超短超强激光打靶产生的超热电子与固体靶相互作用时会产生轫致辐射X射线。利用蒙特卡罗方法,对电子在固体靶中传输产生的轫致辐射X射线进行了模拟。1 MeV电子束与固体靶作用产生的轫致辐射谱模拟结果表明,轫致辐射谱高能段斜率受靶厚度及靶材料的影响不明显。麦克斯韦分布的电子束及单能电子束与30 m铜靶作用的模拟结果显示,两种电子源产生的轫致辐射谱在电子束能量或温度较高时基本一致。给出了一种利用轫致辐射谱斜率反推超热电子温度的定标方法。模拟了不同温度下超热电子产生的轫致辐射光子的能量角分布及光子数角分布,结果显示辐射光子能量通量和光子数随着电子温度的提高越来越向前倾,并给出了另外一种由轫致辐射能量角分布反推超热电子温度的定标关系。     

高功率离子束的应用研究

 给出用“闪光二号”加速器高功率离子束轰击19F靶产生6~7MeV准单能脉冲γ射线的实验结果；提出采用离子束传输法分离和降低轫致辐射干扰的方法，利用闪烁体探测器和半导体探测器，测出质子传输不同距离后轰击C₂F₄靶产生的6~7MeV准单能脉冲γ射线信号以及相比轫致辐射的延迟时间；介绍了模拟材料的软X射线的热 力学效应等方面的高功率离子束的应用，给出一些实验和理论计算结果。     

30 MeV电子束轰击旋转钽靶产生轫致辐射分析

提出了一种基于射频直线加速器的多脉冲X光照相系统,有望用于材料动态性能诊断等流体物理动力学研究。基于射频加速器的特点,该套照相系统能够产生时间跨度10 s以上、数个脉冲间隔可调、脉宽为几十至一百ns的脉冲电子束,产生电子束束斑半高宽尺寸小于1 mm。通过蒙特卡罗模拟程序Geant4,分析计算了特定的几何布局以及不同厚度及电子束束斑条件下,电子束打靶后在靶中的能量沉积,靶中的电子束散射对X光焦斑的影响,以及1 m处的照射量,探讨了这套X光照相系统的应用可行性。结果表明,在30 MeV,400 nC电子束轰击厚度为1 mm的靶条件下,1 m处照射量约为9.1 R,靶厚在1~2 mm范围内并未引起X光焦斑的明显增大。较小横向尺寸的电子束会引起靶体局部升温严重,将会制约脉冲数量;采用旋转靶能够提升脉冲数量,通过分析二维旋转靶的应力,分析了靶材升温以及钽/钽合金屈服强度对脉冲间隔的限制作用。     

神龙一号直线感应加速器X光转换靶破坏诊断北大核心CSCD

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1μs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。     

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。     

神龙1号加速器束流输运系统研制

神龙1号直线感应加速器由注入器输运段、加速段、聚焦段等3个部分组成。整个束传输线从阴极发射面算起到轫致辐射靶结束，全长约48m，其间数千安培的强流脉冲电子束经过约170mm的二极管加速区，电子能量达到约3．6MeV，再经过4．5m的无加速场漂移区到达注入器出口，随后进入到长38．5m的加速段，在加速段出口时电子能量不低于18MeV；然后进入到长约3．8m的无加速漂移段，经过调整后通过两级磁透镜的聚焦将电子束聚焦到轫致辐射靶上产生X射线。整个束传输线使用了100多个螺线管线圈（包括两个磁透镜）约束电子束的横向发散，     

厚靶轫致辐射特性的数值模拟研究

X光机正朝高能强流方向发展.这些装置中普遍采用mm厚度的重金属厚靶,其辐射特性和各种参数间的规律受到关注.本文采用基于蒙特卡罗法的EGS4程序比较全面的研究了高能X光机中所关心的靶厚度的选择、轫致辐射场的角分布和X射线能谱的规律.同时还专门就X光强度和束流发射度、打靶焦斑尺寸三者的依赖关系进行分析,结论表明针对现有的X光机参数,不用担心因追求小焦斑而带来X光照射量的损失。文中还分析了强束流条件下单粒子蒙特卡罗模拟程序的适用性.文中结论和已有实验结果吻合,对实际工作具有意义.     

轫致辐射靶的发射率及角分布分析

计算了不同能量下，几种常用单靶(W,Cu,Ta,Au)的X射线前向发射率和角分布, 从理论分析和蒙特卡罗方法模拟计算两方面分析了产生的X射线发射率及其角分布与靶参数和束流参数的关系, 并与已发表的数据及实验结果比较, 结果一致, 可为设计产生X射线的电子加速器及靶提供参数依据.     

蒙特卡罗模拟分析电子束发射度对照射量空间分布影响

加速器靶前正前方1 m处的照射量是衡量加速器光源辐射能力的重要物理参量。电子束轰击高原子序数靶产生的X射线空间分布具有很强的前冲性,照射量空间分布与电子束的发射度密切相关。采用高斯函数对不同电子束发射度条件下入射电子的空间分布和角度分布进行建模。应用蒙特卡罗方法对电子束打靶的轫致辐射过程进行模拟,分析电子束发射度对照射量的影响。同时还对整靶结构和叠靶结构下的轫致辐射光源照射量进行计算比较。结果表明,电子束的发散角是影响轫致辐射光源照射量的主要因素。与采用整靶结构相比,采用叠靶结构所获得的照射量空间分布基本一致,在正前方小角度范围内（0~4）的照射量有2%~3%的降低。     

12MeV LIA轫致辐射靶面回流离子测量

 强流高功率脉冲电子束聚焦成mm量级的束斑后，打击到轫致辐射靶的过程中会产生回流离子，它会导致电子束被提前聚焦，在预定的靶面形成散焦。描述了法拉第筒对12MeV 直线感应加速器的轫致辐射靶面可能产生的离子及其参数进行的实验测量，并对实验结果进行了分析讨论。结果表明在靶前60°~70°方向未发现回流离子。     

影响X光源特性的参数研究

针对高能电子束撞击重金属靶产生轫致辐射光子, 利用蒙特卡罗方法详细研究了电子束半径与发射度以及靶的厚度对X光源特性的影响. 结果表明：电子束半径与发射度不仅是影响照射量的主要因素, 也是造成照射量分布不均匀的主要原因; 给定电子束, 存在一个靶厚度使得靶前1 m处的照射量最大. 因此, 在X射线成像系统的设计和模拟过程中, 应综合考虑电子束半径与发射度和靶厚的影响.     

高能电子束韧致辐射特性的理论研究

高能电子束轰击金属靶会产生韧致辐射X射线,为优化韧致辐射X射线品质,需要研究如何获取最佳辐射效率等韧致辐射规律.结合理论分析,并采用MCNP/4C对10,20?MeV电子的韧致辐射规律进行了模拟研究.讨论了不同靶材料产生的韧致辐射效率、角分布、能谱分布、准直锥孔内辐射效率等问题.通过对不同靶材料韧致辐射的模拟研究,给出了不同厚度靶与光子效率、注量分布、出射电子与角分布的关系与规律.由此得到不同靶材料对于10,20?MeV电子在最优韧致辐射效率下的一些边界条件与规律. 关键词： 韧致辐射 最佳效率 角分布 能谱     

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。