一种医用X射线单色仪的分析及优化

面向医学检测领域对单色X射线的应用需求,提出了一种X射线荧光单色仪的多阳极二次靶台结构优化设计方案。计算了不同能段X射线光子在人体皮肤、骨骼、脂肪中的穿透深度,通过蒙特卡洛软件MCNP计算了原级X射线的最佳靶角、光子产生效率和辐射特性,优选了阳极靶材料。在此基础上,通过建立多能量点X射线荧光单色仪的二次靶台结构模型,计算了不同阳极高压、靶角下二次铜靶的单色X射线转换效率,量化了其Kα特征谱的占比。研究的相关工作为评估X射线荧光单色仪的辐射特性提供了一定依据。     

强流二极管阳极电子束时域能量沉积特性模拟

以强流脉冲电子束为研究对象,提出了一种基于离散时间、限定靶面位置,通过测量靶面不同时刻入射角分布,利用蒙卡程序计算得到电子束的能量(r, z)二维分布沉积值的方法。给出了典型弱箍缩平板二极管(电压峰值700 kV、阻抗7 Ω)阳极靶面不同位置时域的能量沉积值,分析了(0, 0°),(25 mm, 135°),(36 mm, 270°)三个位置纵切剖面的能量沉积特性,结果表明:在各个时间段内电子束入射能量确定的情况下,能量沉积特性与入射角呈现相关性,仿真结果与实验结果符合较好,偏差均小于10%;距阳极靶心25 mm以外的靶面位置,受束流箍缩影响,入射角分布变化较大;当入射角较小时(小于40°),强流电子束能量沉积峰值深度约0.2 mm;当入射角超过40°时,能量沉积峰值深度减小到0.1 mm左右;而阳极靶心位置附近,受束流箍缩影响较小,这些位置的能量沉积特性更接近于小角度入射角情形。     

大气压管板结构纳秒脉冲放电中时域X射线研究

纳秒脉冲放电能在大气压下产生高电子能量、高功率密度的低温等离子体,由于经典放电理论无法很好地解释纳秒脉冲放电中的现象,近年来以高能逃逸电子为基础的纳秒脉冲气体放电理论受到广泛关注.纳秒脉冲放电会产生高能逃逸电子,伴随产生X射线,研究X射线的特性可以间接反映高能逃逸电子的特性.本文利用纳秒脉冲电源在大气压下激励空气放电,通过金刚石光导探测器测量放电产生的X射线,研究不同电极间隙、阳极厚度下和空间不同位置测量的X射线特性.实验结果表明,在大气压下纳秒脉冲放电能产生上升沿约1 ns,脉宽约2 ns的X射线脉冲,其产生时间与纳秒脉冲电压峰值对应,经计算探测到的X射线能量约为2.3×10-3J.当增大电极间隙时,探测到的X射线能量减弱,因为增大电极间隙会减小电场强度和逃逸电子数,从而减少阳极的轫致辐射.电极间距大于50 mm后加速减弱,同时放电模式从弥散过渡到电晕.随着阳极厚度增加,阳极后方和放电腔侧面观察窗测得的X射线能量均有所减弱,在阳极后面探测的X射线能量减弱趋势更加明显,这说明X射线主要产生在阳极内表面,因此增加阳极厚度会使穿透阳极薄膜的X射线能量减少.     

氢气放电源和X光机X射线源打靶谱的研究

用氢气放电源打靶的方法,测到了系列的谱线.为了鉴别这些谱线,进行了X光机X射线源打靶实验和两种源打靶的对比实验.实验结果表明:在X光机X射线源打靶谱中,除靶材料的特征X射线和两条源谱线外,还存在两种谱线:一种是能量变化的谱线,根据不同衍射角θ和测量角φ的实验结果,及打多晶体靶和非晶体靶的实验事实,表明这种能量变化的谱线是衍射线;另一种是能量恒定不变的谱线.氢气放电源和X光机X射线源打靶谱的对比实验结果表明:两种源打靶谱自洽.这说明和X光机X射线源打靶谱一样,氢气放电源打靶谱中那些能量变化的谱线是衍射线.但     

γ射线在LSO晶体中的能量沉积

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布并与相应的实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性。在此基础上计算了不同能量的γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布,分析了γ射线与物质的不同作用对晶体中能量沉积分布的影响,总结出在晶体轴向和径向的能量沉积分布规律。轴向上,不同能量γ射线在LSO晶体中的能量沉积近似为指数分布,在表面能量沉积密度较小;在径向方向,γ射线在入射轴线上能量沉积密度很高,在距入射轴较近的区域,主要是次级电子产生沉积能量,随着距离的增大,γ射线能量沉积逐渐减小;在距入射轴较远的区域,能量沉积主要是散射γ射线产生。     

基于空间应用的透射式微型微束调制X射线源

针对空间应用对X射线源的需求, 提出了一种透射式微型微束调制X射线源的设计方案, 建立了调制X射线源的理论模型. 相较传统的X射线源, 增加了栅极电压控制和多个聚焦极微束聚焦功能, 通过改变栅极电压实现X射线的幅度调制和脉冲调制. 利用带电粒子光学仿真软件SIMION, 模拟计算了不同管电压下透射式阳极靶的最佳靶厚, 仿真分析了不同栅极电压对电子束运动轨迹的影响, 最终得到了150 μm的微束焦斑直径. 完成了原理样机的加工镀膜和真空密封, 搭建了调制X射线源的测试装置, 实验报道了阳极钨靶的谱线特性, 分析了栅极电压影响出射X射线强度的原因, 讨论了栅极幅度调制的可能性, 完成了调制X射线源栅极脉冲调制的验证.     

高能质子在散裂靶中的能量沉积计算与实验验证

高能质子在散裂靶中的能量沉积是散裂靶中子学研究的重要内容之一,准确掌握高能质子在散裂靶中引起的能量沉积分布与瞬态变化是开展散裂靶热工流体设计的重要前提.本文采用MCNPX,PHITS与FLUKA三种蒙特卡罗模拟程序,计算并比较了高能质子入射重金属铅靶、钨靶的能量沉积分布及不同粒子对总能量沉积的占比贡献;针对高能质子入射金属钨靶的能量沉积实验数据空白,采用热释光探测器阵列测量了250 MeV质子束入射厚钨靶的能量沉积分布,实验结果表明蒙特卡罗模拟程序在散裂靶中能量沉积的计算结果具有较高的可靠性.     

扩展X射线吸收精细结构的实验方法研究

一、引 言 扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)是一种新的结构分析方法[1].测定EXAFS要求的实验条件较高,数据处理与分析也较复杂[2,3].我们利用12kw转靶X射线源在衍射仪样品台上放置平晶作分光晶体,开展了EXAFS实验方法的研究.对有关的实验技术和数据处理等问题初步作了一些工作. 二、实验方法 EXAFS的测定来用透射法,测量经吸收体吸收前、后射线强度I0与I随能量的变化.应用Rigaku RU-200 12kW转靶X射线源及D/max-rA型X射线衍射仪.实验条件一般为:银靶20 kV,70—150mA,入射和散射狭缝取1/2—2 ,接收狭缝为 0.15mm,分光晶体为LiF(…     

用于暗物质探测实验的CsI(Tl)晶体探测器性能的实验研究

在直接测量暗物质的实验中,反冲核能量的Quenching Factor是一个重要参数.用低能X射线源对一套测量入射中子引起的反冲核能量Quenching Factor的系统进行了能量刻度,得到了这套系统的能量响应关系.PMT单光电子的发射对应于晶体中的能量沉积约为0.32keV.同时研究了不同能量的X射线引起的PMT输出电流信号的积分时间宽度与积分电荷的关系,得到最佳的PMT输出电荷收集条件.     

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。     

矩形均匀电子束在激光介质中的能量沉积的模拟计算

本文主要论述了0.5MeV,单能垂直入射的电子束在三种不同密度的氟化氪准分子激光介质中的能量沉积。计算是采用Monte Carlo方法的MCSED程序,光轴方向采用周期性边界条件,因此能够给出平行于和垂直于电子束入射方向的沉积能量的空间分布。本文给出了在三种不同密度下的出射电子的角分布。用该程序对垂直入射的,初始能量为1MeV的电子在半无限大Al靶中的沉积能量的计算结果与ONETRAN程序的结果及实验结果的比较表明MCSED程序的计算结果是可靠的。     

质量分离低能离子束沉积碳膜及离子轰击效应

用质量分离的低能离子束沉积技术得到了非晶碳薄膜,X射线衍射、Raman谱以及俄歇深度谱的线形表明,此种非晶碳膜中镶嵌着金刚石颗粒.碳离子的浅注入是该碳膜SP³形成的主要机理.从一个侧面说明了化学气相沉积法中偏压预处理增加金刚石成核的主要原因是因为离子轰击效应. 关键词： 非晶碳 离子轰击 质量分离低能离子束     

Transport and Energy Deposition of hot Electrons through the Shock Ignition pre Compressed Target

Shock ignition as an alternative scheme of the laser fusion has the potential of achieving efficient implosion. However, hot electrons produced in result of ignitor‐corona interaction may penetrate deep into the fuel making the compression less effective. Transport and energy deposition of hot electron beam into the dense pre compressed of HiPER target by means of Monte Carlo approach are discussed considering the influence of real density and electron beam characteristics. The target parameters before igniting the hot spot have been extracted from a fluid code and used as the initial profile for Monte Carlo simulations. In comparison with simplified step like density profile, electrons penetrate slightly deeper in the case of real shaped density profile. In addition, deposition zone of a broad spectrum electron beam is wider while, monoenergetic electrons depose their energy locally resulting more maximum energy deposition value. (© 2016 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Reflection of keV-energy electrons from multilayer surfaces

The energy spectra of electrons reflected from multilayer targets are studied theoretically and experimentally. A self-consistent theory of electron reflection from multilayer surfaces is constructed. Simple analytical models of electron reflection that illustrate the feasibility of the depth profiling of multilayer targets are presented. The energy spectra of electrons normally incident on Nb/Si and Nb/Al/Nb/Si targets and reflected from them at an angle of 45° to the normal are taken. A method for the depth profiling of such structures is elaborated.     

基于维格纳方程的电子的古斯-汉欣位移

通过求解电子的维格纳方程研究二维电子气中电子的输运性质。我们发现电子在倾斜入射到势垒界面并反射时, 出现与光波类似的古斯-汉欣位移。通过维格纳方程可以得到电子的瞬态演化, 不仅可以计算古斯-汉欣位移还能研究电子在势垒内部的运动轨迹以及出现稳定古斯-汉欣位移的时间。与稳定相位法得到的古斯-汉欣位移对比发现, 考虑古斯-汉欣位移的界面反射较几何光学反射在时间上有一定迟缓, 这种迟缓与入射角无关, 但会随着势垒宽度的增加而增加; 电子的古斯-汉欣位移与势垒厚度无关, 随着入射角或入射能量的增大而增大。基于此, 我们提出一种电子分束器模型, 向输入端注入初始动能不同的高斯波包, 当电子能量低于0.01 eV时, 约85%的电子运动至第二输出端; 而当电子能量高于0.07 eV时, 约85%的电子运动至第一输出端。     

Electronic excitation processes in rare gas clusters studied by electron energy loss spectroscopy

We present the electron energy loss spectra for Ar clusters as a function of incident electron energy and of cluster size. In spectra measured with 100 eV incident electron energy the bulk excitation peak becomes visible for a mean cluster size above 170 atoms per cluster. For 250 eV incident electron energy the bulk excitation peak is clearly observable even for a mean cluster size of 120 atoms per cluster. These experimental results are qualitatively reproduced by a simple calculation that accounts for the mean free path of electrons in Ar clusters; i.e., the penetration depth of incident electrons into the cluster.     

Electron behaviour in CH4／H2 gas mixture in electron-assisted chemical vapour deposition

The behaviour of electrons in CH_{4}/H_{2} gas mixture in electron-assisted chemical vapour deposition of diamond is investigated using Monte Carlo simulation. The electron drift velocity in gas mixture is obtained over a wide range of E/P (the ratio of the electric field to gas pressure) from 1500 to 300000 (V/m kPa^{-1}). The electron energy distribution and average energy under different gas pressure (0.1－20kPa) and CH_{4} concentration (0.5%－10.0%) are calculated. Their effects on the diamond growth are also discussed. It is believed that these results will be helpful to the selection of optimum experimental conditions for high quality diamond film deposition.     

数值模拟飞秒激光加热金属的热电子发射

研究了超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的电子热发射.当超短激光脉冲与薄膜靶相互作用时,首先入射超短脉冲激光对吸收深度内的自由电子进行热激发,接下来热激发电子将能量传递到附近的晶格,再通过电子和晶格二体系的热传导,以及电子晶格间的热耦合,将能量传递到材料的内部.因此,电子在皮秒级甚至更短的时间内不能与晶格进行能量耦合,使电子温度超出晶格温度很多,电子热发射就变得非常明显了.用双温方程联合Richardson-Dushman方程的方法对飞秒脉冲激光照射金属靶的电子热发射进行了研究,结果发现电子热发射对飞     

A simple model for latent track formation due to cluster ion stopping and fragmentation in solids

An estimate of the electronic stopping of a swift cluster ion during different stages of penetration in a given material is presented. We take a simplified approach to the stopping process by neglecting vicinage effects on the stopping cross section as well as spatial distortion due to Coulomb forces among ions. The different stages of penetration and energy loss are based on the hypothesis of formation of a transient plasma (the plasma stopping regime)—due to the release of energetic electrons from the target material—within and around the spatial region defined by the correlated positions of each cluster constituent ion (atom). The density of the transient plasma is treated as a function of the rate of energy deposition and depth up to a point where the rate of energy deposition yields a threshold value where the ejected target electrons immediately recombine so that stopping in a cold target begins (conventional stopping regime) and where the cluster constituent ions start being neutralized according to a charge equilibration scheme as depicted by the effective charge relation of Betz. The model is applied to the stopping of 40.2 Mev C₆₀³⁺ projectiles penetrating an Yttrium–Iron Garnet (YIG) target. Also, in this case, a possible explanation for the experimentally observed cluster-fragmentation events at a certain depth is presented.