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.     

玻璃基底Wolter-1型X射线聚焦镜研制及测试

Wolter-1型X射线聚焦镜可将掠入射的X射线反射至焦平面处，具有较强的成像探测能力，在天文探测等领域中具有重要作用.通过建立几何模型对反射镜面及反射光线方程进行理论计算，推导出了适用于以玻璃为基底材料的聚焦镜设计参数方程，可用于对此类聚焦镜进行理论设计，依据理论设计，采用具有极高表面光洁度的超薄肖特D263T玻璃经热弯成型后作为反射镜基底，在反射镜表面制备金属铱薄膜作为反射膜研制了Wolter-1型反射镜组，并使用激光三维扫描仪对所研制的聚焦镜片面型进行了测试.测试结果显示，实际镜片面型与理想镜片面型公差在10 μm以内的测试点占总测试点的50%.通过搭建可见光条件下的焦斑测试系统，使用图像采集相机采集焦斑的灰度图像，通过图像分析软件分析计算该灰度图像的灰度分布来定量分析焦斑的能量分布情况，从而确定焦斑特性参数.实验结果显示：研制出的聚焦镜片焦距为1.6 m，焦斑的半能量包围直径为0.33 mm，对应角分辨率为0.7角分.     

Two-dimensional photon counting imaging detector based on a Vernier position sensitive anode readout

A two-dimensional photon counting imaging detector based on a Vernier position sensitive anode is reported. The decode principle and design of a two-dimensional Vernier anode are introduced in detail. A photon counting imaging system was built based on a Vernier anode. The image of very weak optical radiation can be reconstructed by image processing in a period of integration time. The resolution is superior to 100 μm according to the resolution test. The detector may realize the imaging of very weak particle flow of high-energy photons, electrons and ions, so it can be used for high-energy physics, deep space exploration, spectral measurement and bio-luminescence detection.     

紫外单光子成像系统的研究

搭建了紫外单光子成像系统，详细介绍了该系统的组成、工作原理和分辨率性能测试.由汞灯发出的紫外光经过大气散射、多块减光片得到了紫外单光子流.单光子直接打在微通道板上，微通道板产生的倍增电子由楔条形阳极收集，电荷灵敏前置放大器将阳极输出的电荷信号转变为电压信号，主放大器对前放信号进行滤波整形.利用高速数据采集卡连续采集主放大器的输出波形，通过软件对采集波形进行处理，采用图像处理技术得到了紫外单光子10min的计数图像，并对图像进行了畸变校正.此外，通过自己设计的分辨率板，测得该系统的分辨率可达150μm.该系统在极微弱光探测成像，生物发光，空间环境探测等方面具有广泛应用. 关键词： 单光子计数成像 阳极探测器 楔条形阳极 分辨率     

用于软X射线光谱探测的双MCP近贴单幅相机

研制了一种双MCP近贴单幅相机,相机用于软X射线光谱探测.采用开放式无窗结构,利用第一块通道板进行选通, 有效探测面积Φ26mm.相机时间分辨率5ns,静态空间分辨率 25 lp/mm,动态空间分辨率7 lp/mm,控制电路固有延时小于20 ns.主要介绍了该相机的结构、工作原理、快门脉冲发生器电路、应用情况及其性能特点.     

多聚焦极栅控电子模拟源的研究

采用电子光学软件设计模拟了一种长焦距多聚焦级的电子枪结构.利用电子透镜原理分析多聚焦极电子枪的电子束斑产生,依据不同栅控电压,分析零场模式、拒斥场模式和肖特基场模式3种阴极电子发射方式下电子聚焦情况.模拟结果表明:拒斥场模式和肖特基场模式对电子束流密度分别有减弱和增强的作用;当聚焦极电压比U1∶U2∶U3∶U4∶U5=5∶8∶15∶70∶100时,能量为30keV的电子束焦斑最小,在10m处焦斑大小为160mm.     

一种X射线聚焦光学及其在X射线通信中的应用

基于栅控脉冲发射X射线源与单光子探测技术的X射线通信已经实现了实验室语音通信验证,并对通信系统的误码率性能进行了分析,为探索未来X射线深空应用打下了坚实的基础.针对目前X射线通信面临的信号发散角大、通信距离短、难以实现工程化应用的情况,迫切需要对X射线通信天线系统进行深入研究.为了提高信号增益、增大X射线通信的距离,提出了多层嵌套式X射线聚焦光学作为X射线通信的"收发天线",理论分析了X射线聚焦光学用于X射线通信"收发天线"的可行性,分析了X射线聚焦光学的理论基础与结构设计,对"发射天线"发散角、"接收天线"有效面积与焦斑尺寸、信号增益等性能做了探讨.结果表明:在信号发射端,"天线"的发散角为3 mrad左右,发射增益23 d B;在信号接收端,"接收天线"的有效面积5700 mm2@1.5 keV,焦斑直径为4.5 mm,接收增益为25 d B,通信系统总的增益可达48 d B.     

双近贴式X射线像增强器成像不均匀性的分析与校正

分析了双近贴式X射线像增强器响应不一致性的产生机理,对每个像元建立了光电响应的数学模型.基于该模型,提出了一种改进的多点校正算法.该算法将对数曲线模型转化为线性响应模型,通过基于最小二乘法的两点拟合算法对图像数据进行校正.对比分析了校正前后图像的背景标准差及灰度分布曲线,实验结果验证了该方法的有效性.     

一种多狭缝条纹变相管

设计了一种动态范围大、小型化条纹变相管,其时间分辨能力在2.6 ps左右,变相管的长度为196.532 mm,可以工作在单狭缝和多狭缝模式下,使得这种条纹变相管不但可以应用在激光核聚变、等粒子物理、激光技术、光生物、光化学等传统的超快诊断领域内,而且可以应用于海底探测以及空中预警等领域,可获得高速运动目标的三维空间+一维强度信息的探测.