大面积X射线分幅变像管的设计

提出了一种实现大工作面积分幅变像管的方法。设计了一种大输入光电阴极、小输出图像的静电聚焦变像管,输出端配接常规小工作面积快门选通微通道板（MCP）分幅管单元,实现图像选通和增强功能。这种分幅变像管与直接采用大面积MCP相比,不仅省去了制作大面积MCP的高昂成本,而且避免了由于微带线过长引起的选通脉冲传输衰减大、增益不均匀性严重等固有缺陷。设计的分幅变像管输入阴极有效直径100 mm,输出图像直径40 mm,放大倍率为0.4。中心空间分辨力达到14.4 lp/mm,边缘空间分辨力达到11.2 lp/mm,几何畸变不超过15%,其分幅特性由MCP分幅单元决定。     

单一视角X射线分幅变像管设计

针对传统X射线快门选通微通道板(MCP)分幅相机利用针孔阵列获取目标图像时视角不一致的问题,提出一种单一视角X射线变像管分幅方法。利用电子束团在电子光学交叉点所携带信息的全息性和可分割性,设计了一种单一视角多幅输出图像的静电聚焦变像管,输出端配接MCP分幅单元以实现图像选通和增强功能。与传统门控MCP分幅管相比,其既能实现图像视角的同一性,又可以避免直穿光激发荧光屏对输出图像的影响,具有更高的信噪比。所设计的分幅变像管阴极有效工作直径为40mm,输出荧光屏直径为40mm,放大倍率为1.29,中心理论空间分辨率达到60lp/mm,边缘空间分辨率达到26lp/mm,分幅曝光时间特性由快门选通MCP分幅单元的选通脉宽决定。该方法为实现X射线分幅相机视角同一性给出了一条有效途径。     

变像管皮秒分幅和飞秒扫描相机的实验研究

本文将描述两种变像管皮秒分幅相机和一种飞秒扫描相机的设计特点、动态测试方法和实验结果。第一种变像管皮秒分幅相机采用了交叉点扫描多光栏分幅的方法,其变像管具有长加速电极和短阳极的静电弱聚焦系统与偏转灵敏度高、偏转像质好的偏转群体结构;其超快速控制电路只需一个光电开关斜坡电压脉冲发生器和一个特殊设计的脉冲成形网络即可送出具有合适时间关联的4对正负极性三角波和一对正负极性的单台阶液电压脉冲。实验表明,该相机在提供6幅分幅图像的情况下,每幅图像全曝光时间为80ps,除 3～4幅图像间的时间间隔为680ps外,其余均为160ps,动态空间分辨率达到5.51p/mm。第二种变像管皮秒分幅相机采用快门式分幅方法;其变像管采用行波偏转系统,内增强MCP做成带状线结构,并具有输入输出阻抗变换器,其三台阶波和快门脉冲序列均由光电开关电路和脉冲成形网络产生。该相机在提供三幅分幅图像的情况下,每幅图像全曝光时间为660ps,画幅之间的时间间隔均为4ns,动态空间分辨率为5.5lp/mm。飞秒扫描相机采用MCP内增强飞秒扫描变像管、具有负时间畸变的中继透镜和无触发晃动的光电开关扫描电路。实验证明,该相机在时间分辨率为500fs时,其动态范围为30;当时间分辨率为1.2ps时,其动态范围可达500;无扫描图像弯曲现象,触发晃动为±2ps.     

双板电极结构X射线变像管数值模拟

对条纹相机所使用的一种具有双板电极结构的变像管(Bilamellar)进行了研究,这种变像管使用平板状电极和电四极透镜等设计,改善了传统轴对称结构变像管存在的不足。通过仿真模拟的方法建立了Bilamellar变像管的工作模型,对其结构构成、工作模式、成像特点等性能作出了分析评估。计算结果表明:根据这一思想设计的变像管结构可以更有效地控制空间电荷效应,并提高时间、空间分辨能力。     

英国变像管相机的发展概况

英国的变像管相机目前在国际上处于领先地位。它不仅具有一支高水平的研究队伍,而且有几个世界驰名的生产变像管和变像管相机的公司。世界上第一台变像管相机就是由英国人J.S.Courtney—Pratt于1949年研制成功的。50年代英国电子管公司仿制了苏联的PIM变像管,后来称之为P856。这为变像管相机在英国的发展奠定了基础。以后的微微秒变像管PHOTOCHRONI和PHOTOCHRONⅡ均是在此基础上改进而成的。     

条纹变像管时间畸变的分析

应用于惯性约束核聚变和非扫描式激光雷达等的条纹变像管要求具有较大的探测面积,条纹变像管的探测面积越大,其时间畸变就越大,从而影响条纹相机的探测精度,且会导致荧光屏上成像畸变.本文计算了条纹变像管内部的电场分布,并追踪电子运行轨迹,对条纹变像管的时间畸变进行了分析.结果表明:造成条纹变像管时间畸变较大的区域是阴极到偏转板前的部分;其主要影响因素是阴极曲率半径,且阴极曲率半径存在一个最佳值使得条纹变像管的时间畸变最小,大于该最佳值,条纹变像管会产生正的时间畸变,反之,条纹变像管会产生负的时间畸变;时间畸变的绝对值随着光电子从阴极发射的初始高度的增大而增大;光电子初始能量对条纹变像管的时间畸变的影响很小.同时,模拟了不同阴极曲率半径下由于时间畸变不同导致的动态扫描狭缝像的弯曲情况,时间畸变越小,狭缝像弯曲程度越小.     

变像管扫描相机超分辨诊断技术研究

 时间分辨力是变像管扫描相机的重要技术参数,提出了将超分辨率图像复原理论应用于超快诊断研究,首先阐述了图像超分辨率复原在超快诊断中应用的可能性,给出了变像管扫描相机图像点扩散函数的分析和计算方法。最后,基于Poisson MMAP（MPMAP）超分辨力复原算法,获得了Au阴极X射线变像管扫描相机的图像复原结果,实验结果证明了方法的有效性,为变像管扫描相机时间分辨力的提高提供了一种新的途径。     

宽量程高时间分辨扫描变像管

 为改善大偏转角度的偏转像质,设计了一种高时间分辨、大扫描长度的扫描变像管电子光学和行波偏转系统。对变像管后加速技术进行了实验研究,结合图像外增强技术,解决了大面积扫描图像的探测灵敏度问题,达到了同时扩展扫描变像管的时间量程和提高时间分辨力的目的,研制出了宽时间量程、高时间分辨力的扫描变像管。初步实验表明,在量程为5 ns时,时间分辨力达到5 ps,也就是时间分辨力与时间量程之比达到1/1 000。     

一种用于多狭缝条纹相机的快门脉冲产生器

研制了一种用于多狭缝条纹相机的条纹变像管快门脉冲产生器.以绝缘栅场效应管作为开关,采用截波法实现,克服了以雪崩晶体管为开关的储能电缆放电方法的缺点,具有体积小,脉宽连续可调,电源利用率高等优点.在10 pF负载下,获得矩形负脉冲,脉冲下降沿16 ns,上升沿20 ns,触发延时26 ns,脉冲输出幅度800 V,半高全宽最小100 ns.     

高灵敏高稳定的碘化铯阴极密封式分幅变像管研制

为解决采用Au光电阴极、开放式结构的分幅变像管探测效率低、稳定性差的问题,研制了一种采用CsI光电阴极的密封式分幅变像管。为了对比不同光电阴极对X射线的响应强度,密封式分幅变像管制作有一条Au微带阴极和一条CsI微带阴极。完成了密封式分幅变像管的结构设计、工艺制作和实验测试。研究结果表明:当加载半高宽度200 ps、幅值?2.7 kV的选通脉冲时测得其时间分辨为65 ps;在非单色高能X射线源照射下,CsI阴极的静态响应强度是Au阴极的3.4倍;大气环境中存储1000 h后密封式分幅变像管的静态响应强度仅降低到完成制作时的83%。上述结果表明采用CsI阴极的密封式分幅变像管具有更高的探测效率和稳定性,可有效提升X射线分幅成像质量和可靠性。     

大动态范围软X射线扫描变像管设计与测试

提出并设计了一种旨在获得大动态范围的软X射线扫描变像管.该管型在保证大的阴极有效使用面积的情况下,通过减小电子的渡越时间来减小空间电荷效应对扫描变像管性能的影响,从而改善扫描变像管的动态范围.借助于YAG皮秒激光器对其性能进行了实验评价,获得了时间分辨率优于31 ps和动态范围大于922的结果.     

大动态双聚焦条纹变像管设计

为满足ICF实验中对X射线条纹相机大动态能力的需求,设计了一款大动态双聚焦X射线条纹变像管。其偏转灵敏度为39 mm/kV,静态空间分辨率在阴极中心处优于30 lp/mm,边缘优于10 lp/mm,时间分辨率在10 ps左右,阴极有效长度为30 mm,放大率为1.3,管子总长为425 mm。此款变像管主要通过提高电子飞行速度而缩短电子相互作用时间,从而达到降低空间电荷效应、提高动态范围的目的。最终设计的变像管轴上电势最高16.5 kV,最低5 kV,电子从阴极到达荧光屏的时间仅为6.62 ns。基于设计的变像管参数,对管子进行了加工制造,并进行了初步调试和测试,变像管具有最佳成像效果时各电极实际电压与设计电压几乎一样,放大率为1.35,偏转灵敏度为40 mm/kV,与设计值十分吻合。     

分幅变像管动态空间分辨率的标定

为了提高激光惯性约束聚变实验二维成像诊断的精密化程度, 提出了分幅变像管动态空间分辨率的标定方法. 标定原理是以直边函数为物, 经光学系统成像后求解系统的调制传递函数, 从而获得系统的空间分辨率. 在神光Ⅱ装置上利用八路激光打靶产生1-3.5 keV能区的连续X 射线标定源, 照射高Z刀边材料, 并成像到分幅变像管阴极上, 分幅变像管采用脉冲选通工作模式获得动态像. 对分幅变像管采集的动态图像进行处理得到系统的调制传递函数. 根据调制传递函数为0.1时对应的空间截止频率, 得到系统的空间分辨率为20 lp/mm. 根据分幅变像管的动态空间分辨理论, 计算系统的极限空间分辨率为22.8 lp/mm. 标定结果略低于极限空间分辨率, 与理论基本吻合. 根据传统标定方法得到该分幅变像管的静态空间分辨率为22 lp/mm, 比动态空间分辨率略高. 在二维成像诊断时, 分幅变像管工作于动态选通模式, 故动态空间分辨率的标定结果更能真实地反映其成像诊断能力.     

大动态范围软X射线扫描变像管设计与测试

提出并设计了一种旨在获得大动态范围的软X射线扫描变像管.该管型在保证大的阴极有效使用面积的情况下,通过减小电子的渡越时间来减小空间电荷效应对扫描变像管性能的影响,从而改善扫描变像管的动态范围.借助于YAG皮秒激光器对其性能进行了实验评价,获得了时间分辨率优于31 ps和动态范围大于922的结果.     

皮秒同步扫描相机系统的研究

皮秒同步扫描相机系统主要包括皮秒同步扫描变像管、同步扫描线路和CPM激光器。皮秒同步扫描变像管在保证时间分辨率和空间分辨率的同时,着重对偏转系统进行了改进。不仅要使其偏转灵敏度大幅度提高,而且要设法减小其极间电容、引线电感和趋虑效应,从而提高了其品质因数,使其对扫描线路的功率要求大幅度减小。所研制的     

变像管相机中空间电荷效应的统计动力学分析

从Boltzmann积分微分方程出发推出了保守势场中电子数密度按势能的分布规律,即Boltzmann统计分布。以此为基础,从统计动力学的角度详细分析了变像管相机中超短电子脉冲内部的空间电荷效应,通过求解Poisson方程得出了表征空间电荷效应的两个特征参量:空间电荷密度分布函数和速度分布函数,并对其按电位的动态变化规律进行了定性讨论。结果表明,限制变像管中的低电位区域和其中光电子脉冲从高电位向低电位传输的区域都将有助于优化整个变像管的性能。同时也重新讨论了光电阴极附近强加速场对光电子脉冲时间弥散的抑制作用,最终确定了其物理机制为不等位区间中电子脉冲空间分布的高度集中性。     

附加电极对扫描变像管性能的优化

 通过分析影响变像管性能的主要因素,以提高其时间分辨率、空间分辨率和动态范围为优化思路,确定了在扫描变像管中荧光屏邻近区域引入等径螺旋电极以产生纵向均匀加速场的优化方案。分析得知,该优化结构可以在几方面改善变像管的性能:增加粒子到达荧光屏的纵向速度、减小粒子通过偏转板与荧光屏之间区域的渡越时间和渡越时间弥散、提高荧光屏的亮度。在横向约束带电粒子束的发散,通过减小空间电荷像差而改善电子光学系统的空间分辨率。另外,附加电极的引入也为降低加速阳极电位和偏转电极电位从而提高偏转系统的灵敏度提供了一定的空间。     

光电阴极金(尸专)网导电基底的研制

本文介绍了光电阴极金属网导电基底的作用原理和制备工艺,并在同一型式快门变像管JTG305-2像管)中比较了金属网导电基底和钯导电基底的优劣,说明了金属网导电基底的优越性。原钯导电基底的像管130ns下的动态空间分辨率为10-131p/mm,改用压制镍网(33线/mm)导电基底后70ns下动态空间分辨率为8-10/1pmm,30ns下达3-41p/mm,其动态范围为128,而且图像畸变显著减小。钯导电基底透过率差(为30%左右,光电阴极灵敏度一般为30pa/1m左右,而镍网导电基底透过率高(45-50%),阴极灵敏度一般为80μa/1m左右,并可达100μa/1m以上,并且由于压制网格时对光电阴极曲率半径的校正作用,像管空间分辨率稳定,成活率高。根据20ns,0.53μm单次脉冲激光照明与等待型变像管测试结果(空间分辨率11-121p/mm),说明该像管还大有潜力可挖。     

大动态范围软X射线飞秒变像管

 为获得能够实际应用的飞秒时间分辨软X射线变像管,提出并完成了一种新的扫描变像管管型的理论设计。新管型采用五电极平面对称静电柱透镜,它易于对电子束进行强聚焦,且没有轴对称透镜的电子束聚焦交叉点,由此可以缩短变像管长度,减小渡越时间弥散和抑制空间电荷效应,从而提高动态范围和时间分辨率。通过模拟计算得到：在光电子初能量色散半高宽为1.6 eV、狭缝面积为10 mm×20 μm、时间分辨能力为500 fs时,软X射线变像管有用的动态范围约100倍。     

高效透明导电膜荧光屏的研究

介绍了一种新型荧光屏结构,采用透明导电膜代替传统荧光屏中的铝膜作电极.分别测试了新型荧光屏和传统荧光屏的加电特性.实验结果表明新型荧光屏具有较高的耐压性能,对提高X射线变像管的空间分辨率有重要作用,而且能延长变像管的寿命.采用透明导电膜制作荧光屏还具有工艺简单,成本低和成品率高的优点.