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.     

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150μm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.     

高分辨率电子工业用数字化Ｘ射线检测系统

提出一种高分辨率电子工业用数字化Ｘ射线检测系统的总体设计方案,选择微焦斑X射线源和双近贴式X射线像增强器作为该系统的关键器件,分析了微焦斑X射线源的焦斑尺寸对系统分辨率的影响,并且建立了微焦斑X射线源和双近贴式X射线像增强器自身分辨率及成像的几何放大率对系统最终分辨率影响的数学模型。通过数学模型得出了几何放大率同系统分辨率的关系曲线。设计了光路及图像采集装置,并用VC 6.0完成了实用的X射线图像处理软件,研制了完整的成像系统样机并进行了调试与实验。这种成像系统有效视野可达75 mm,分辨率为160 lp/cm。     

用于行星原位分析的微型微焦斑X射线激发源

基于微型X射线闭管的X射线荧光谱仪是深空探测新一代元素就位分析技术,研制了一款微型微焦斑X射线闭管作为X射线荧光分析的激发源。设计了一种新型的单极静电聚焦透镜,仿真模拟了电子聚焦光学结构尺寸对电子束运动轨迹的影响,并对静电聚焦结构的形状和尺寸进行了优化。完成了微型一体化X射线源的加工和装调,搭建了X射线源性能测试装置。微型一体化X射线源工作电压2～50 kV、X射线强度不稳定性为0.3%、高压不稳定性为0.21%。在高压50 kV、电子电流50μA的情况下,微型一体化X射线源的总功耗5 W,焦斑尺寸177μm×451μm,可以满足深空探测行星表面物质成分原位分析需求。     

X射线脉冲星导航系统模拟光源的研究

介绍了X射线脉冲星导航地面模拟光源研究的必要性及非伺服的机械调制方法所存在的问题和缺陷, 提出了基于栅控X射线球管的X射线脉冲星辐射脉冲模拟方法, 通过电子光学设计计算, 对栅控X射线管的电极结构进行设计优化, 研制了栅控X射线管和脉冲星模拟光源装置.实验测试了栅控球管的性能, 测试结果与理论计算结果基本相符, 实现了对X射线的调制; 通过基于FPGA的直接数字频率合成方法, 产生脉冲星的任意形状脉冲轮廓电压信号, 加载至球管控制栅极, 并对其出射脉冲轮廓进行测试, 结果表明产生的X射线脉冲轮廓逼真程度在95%以上, 模拟源频率稳定度约为2×10^-11. 关键词： 脉冲星导航 X射线球管 栅极控制     

9MeV,小于0.1mm微焦点X射线源验证实验

密度高、成像分辨率高、成像速度快的X射线数字成像检测需要高能微焦点大剂量X射线源,高品质电子源是实现这一X射线源的关键手段。基于中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光的主加速器,验证了低发射度、低能散度的高亮度电子束实现高能微焦点的可行性,得到电子束半高全宽尺寸小于70μm的9 MeV微焦点,并初步开展成像实验,双丝像质计焦斑清晰分辨9D号丝,丝直径0.13 mm。     

高能X射线源焦斑尺寸的时间分辨诊断

将门控分幅相机与快闪烁晶体结合,构成时间分辨X射线诊断系统,对神龙一号直线感应加速器产生的高能脉冲X射线源焦斑进行了测量,在时间间隔为10 ns的情况下,获得了焦斑尺寸随时间的变化曲线。在此基础上,设计了单像素尺寸为0.78 mm×0.78 mm的LYSO闪烁晶体阵列,并进行了X射线照射晶体阵列发光的初步实验,结果表明该阵列可用于高能X射线源焦斑的时间分辨诊断,并能显著提高成像的空间分辨力。     

叠片法测量脉冲X射线源焦斑

 介绍了叠片法测量脉冲X射线源焦斑的原理。对确定结构和尺寸的金属、薄膜叠片及测试系统布局,数值计算了叠片法的空间分辨及对均匀分布线光源的输出响应,得到响应曲线半高宽与焦斑尺寸的对应关系。计算结果表明,叠片法不适用于测量小于2 mm的焦斑。在感应电压叠加器上开展了阳极杆箍缩二极管实验,采用叠片法测量二极管X射线源轴向焦斑,与针孔照相结果基本相符,说明叠片法可用于脉冲X射线源焦斑尺寸测量。     

静电自会聚六硼化镧电子枪的研究北大核心CSCD

设计并制作了一种用于X射线管的电子枪。以具有优异电子发射能力的六硼化镧阴极代替传统钨阴极,采用石墨热子加热的夹持式阴极结构;电子光学系统采用静电自聚焦方式,设计了具有梯形聚焦槽的单圆筒电极聚焦结构,避免了聚焦电极的引出;完成了阴极罩、阴极筒以及陶瓷芯柱等阴极组件的设计与封接。测试结果表明,当六硼化镧阴极为4.5 mm×0.8 mm的平面发射体结构时,在阴极温度1 500℃,阴阳极间距3.5 mm,阳极电压2 500 V条件下,热发射电流达到65 m A,且发射稳定性良好。在120 k V阳极电压下,电子枪在X射线样管中的性能测试结果表明,样管具有良好的电压电流开关特性,验证了该电子枪用于X射线管的优越性。     

静电自会聚六硼化镧电子枪的研究

设计并制作了一种用于X射线管的电子枪。以具有优异电子发射能力的六硼化镧阴极代替传统钨阴极,采用石墨热子加热的夹持式阴极结构;电子光学系统采用静电自聚焦方式,设计了具有梯形聚焦槽的单圆筒电极聚焦结构,避免了聚焦电极的引出;完成了阴极罩、阴极筒以及陶瓷芯柱等阴极组件的设计与封接。测试结果表明,当六硼化镧阴极为4.5 mm×0.8 mm的平面发射体结构时,在阴极温度1 500℃,阴阳极间距3.5 mm,阳极电压2 500 V条件下,热发射电流达到65 m A,且发射稳定性良好。在120 k V阳极电压下,电子枪在X射线样管中的性能测试结果表明,样管具有良好的电压电流开关特性,验证了该电子枪用于X射线管的优越性。     

基于X射线脉冲星导航的模拟调制仿真源研究

为实现X射线脉冲星导航系统在地面的演示验证, 提出并设计了一种高精度X射线脉冲星仿真源. 该仿真源由模拟调制信号发生器和栅控X射线球管组成. 模拟调制信号发生器根据脉冲星标准脉冲轮廓数据和栅控球管特性曲线, 利用直接数字频率合成技术产生模拟调制信号, 加载在X射线球管控制栅极, 从而控制轰击阳极靶的高速电子数目来实现X射线的调制, 产生与脉冲星标准脉冲轮廓高吻合度的X射线光子统计分布. 在X射线脉冲星地面仿真系统中对Crab脉冲星仿真源的性能进行测试, 测试结果为: 采集脉冲轮廓与标准脉冲轮廓时域相关度和频率相关度分别达到0.9774和0.9853, 辐射流量为1. 90 ph·cm^-2·s^-1, 脉冲辐射流量与总辐射流量之比为76.15%, 脉冲半宽度为1.879 ms. 结果表明: 该仿真源具有符合度高, 成本低, 操作简单灵活, 对X 射线脉冲星导航关键技术的攻关具有重要的意义. 关键词： X射线脉冲星导航 仿真源 栅控X射线球管 直接数字频率合成     

电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统

为研究真空环境下电磁场诱发针-板电晕放电特性,研制了电磁场发生器、真空系统、高压静电源、动态电位测试仪等组成的电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统。该系统可实现真空管内气压为80 Pa的低真空环境,并利用此系统进行在电磁场的作用下的电晕放电试验,初步得到了电磁场辐照诱发电晕放电的阈值电压的变化规律。试验结果表明:当温度、湿度等其他环境因素基本不变,真空管内气压为80 Pa时, 正常放电阈值为-590 V, 利用负极性高压静电放电, 电压取值范围10~20 kV, 产生的电磁脉冲辐射作用于真空管内充电区域,可使放电阈值降低90~180 V。     

线焦斑X射线源成像

为解决普通X射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型X射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细节,为补偿该方向上图像的损失,利用旋转叠加的方法,重构出高分辨率图像.在频率域,分析了旋转叠加空间频率传递函数值的分布特性,其结果表明:相对单个图像,频率传递函数在频域的各个方向,传递函数特性有大幅度提高,从而可以传递图像高空间频率成分.基于普通X射线管,实现了该种射线源,并利用实验验证了该方法的有效性.     

电磁监测试验卫星阻滞势分析器探测技术

依据电磁监测试验卫星的任务要求,自主研发了等离子体分析仪,首次实现电离层等离子体原位探测.作为等离子体分析仪的重要组成部分,阻滞势分析器主要用于探测电离层等离子体的密度、沿轨道方向漂移速度、温度以及成分等参数.阻滞势分析器传感器栅网材料选用铍铜,表面镀金处理,并通过仿真验证了多层栅网总透过率与理论计算的一致性.依据技术指标,详细设计了阻滞势分析器传感器的窗口半径、收集极半径、有效高度及扫描电压等参数.在电子学电路设计时通过前放电路三个可调量程的设计,保证了电路测量精度.在此基础上,借助意大利国家天体物理研究院行星际物理研究所的地面等离子体环境,完成了阻滞势分析器的等离子体环境测试.测试结果表明,该阻滞势分析器的性能指标满足设计要求,能够实现电磁监测试验卫星的任务需求.     

3 mm圆锥喇叭聚焦天线的理论与仿真

介绍了基于传统光路法的聚焦透镜的设计方法。利用电磁仿真软件计算了透镜置于圆锥喇叭口的3 mm聚焦透镜天线的性能。根据圆锥喇叭最大方向系数及现有文献公式确定喇叭张角,仿真得到天线聚焦性能不够理想。然后仿真了张角12,20,30三种天线聚焦性能,其焦距随张角增大而增大,逐渐接近所设计焦距。从而验证了光路法需电磁波长相对喇叭口径足够小的结论。给出了喇叭张角12,20,30三种天线焦平面上电场分布。喇叭张角30天线焦斑小于2倍波长。     

高功率微波对毫米波引信耦合效应分析

针对高功率微波对毫米波引信的前门耦合效应问题,利用电磁仿真软件对某型毫米波调频连续波引信模型进行辐照试验,并与引信前端限幅电路结合进行联合仿真。在此基础上,继续设计正交试验,对信号参数影响水平进行分析。通过仿真试验发现,在高功率微波信号频率和引信工作频率对准的情况下,辐照场强峰值为60 kV/m时,天线末端耦合电压最大可达188 V;当辐照场强峰值为40 kV/m时,改变辐照信号特征参数,发现长脉宽信号更容易导致限幅器的热击穿效应;信号上升时间会影响天线末端耦合电压波形复杂程度,当信号峰值、脉宽一定时,上升时间为5 ns的输入信号导致的尖峰泄漏电压约为5.94 V,而当上升时间为0.1 ns时,尖峰泄漏电压为18.4 V,并且限幅电路更快达到饱和状态;通过正交试验发现,信号上升时间对尖峰泄漏峰值电压的影响最大,信号峰值对其的影响次之。     

OXIRIS project: Development of a new XRF device for the simultaneous detection and treatment of cancer

A novel and suitable energy-dispersive X-ray fluorescent (EDXRF) device, currently at the prototype stage, the Project OXIRIS (Orthovoltage X-Ray–Induced Radiation System), is presented for the simultaneous detection and treatment of cancer diseases. Monte Carlo simulation and experimental results of EDXRF signals from a small deep artificial tumor consisting of a solution of gold nanoparticles bio-targeted and immersed in a tissue-bioequivalent matrix are presented and compared. Briefly, the device consists of a dynamic orthovoltage X-ray fluence concentration coupled to confocal with an EDXRF system along with a sample holder for 3D scanning; all integrated and controlled by a dedicated software capable of controlling the whole operation functionalities: the X-ray source, the rotating arm, the sample holder, and the detection system. The software also includes dedicated subroutines for X-ray fluorescent spectra processing to correlate K-lines signal at each acquisition position with the corresponding high atomic number elements' concentration to produce a 3D distribution according to the user-defined grid. The confocal configuration ensures that the detected signal comes exclusively from the excited volume as defined by the bulk of the focal spot. Hence, the 3D image is achieved by scanning the sample holder through the movement of the sample-carrier stretcher moved by step motors in the 3 coordinated axes. The feasibility of the proposed methodology and the design of the prototype have been successfully demonstrated experimentally, targeting gold nanoparticles in water-equivalent phantoms.