滚边法测量高能X射线源焦斑大小

应用于高能闪光X光照相技术的X射线源焦斑大小是闪光照相装置的关键参数, 直接影响成像的分辨能力。由于高能X射线的强穿透性和强辐射环境, 给焦斑测量带来一定困难。介绍了一种间接测量方法, 采用滚边装置(rollbar)成像得到X射线源的边扩展函数, 微分后得到光源的线扩展函数并计算调制传递函数(MTF), 而后从MTF为0.5所对应的空间频率之值确定出光源的光斑大小。给出了神龙二号加速器电子束聚焦调试实验中得到的X射线焦斑测量结果, 分析影响测量结果的因素并提出了解决方法。     

狭缝法测量X射线斑点大小

 应用狭缝光阑成像法测量X射线斑点大小,通过狭缝成像获得光源的线扩展函数和调制传递函数MTF,而后从MTF为0.5所对应的空间频率之值确定出光源的光斑大小。应用该方法测量得到12 MeV 直线感应加速器(LIA)X射线斑点大小为3.2 mm,及磁透镜在不同焦距下的X射线斑点大小。该项测量为12 MeV LIA电子束聚焦调试实验提供有效判据。     

针孔法测量X光源焦斑尺寸

通过针孔成像法得到X光源强度空间分布图像,直接读取图像数据得到X光源的半高宽焦斑（FWHM）尺寸,对图像数据进行傅里叶变换得到调制传递函数,并计算得到X光源的等效焦斑尺寸（50%MTF）。应用针孔成像法测量多脉冲电子直线感应加速器产生的X光源焦斑尺寸,测量结果表明,加速器性能稳定。定义焦斑形状因子参数并用于描述X光源分布,结果表明,该加速器X光源分布在高斯分布和本涅特分布之间变化。     

Spot size measurement of a flash-radiography source using the pinhole imaging method

The spot size of the X-ray source is a key parameter of a flash-radiography facility, and is usually quoted as an evaluation of the resolving power. The pinhole imaging technique is applied to measure the spot size of the Dragon-I linear induction accelerator, by which a two-dimensional spatial distribution of the source spot is obtained.Experimental measurements are performed to measure the spot image when the transportation and focusing of the electron beam are tuned by adjusting the currents of solenoids in the downstream section. The spot size of full-width at half maximum and that defined from the spatial frequency at half peak value of the modulation transfer function are calculated and discussed.     

基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜表征X射线光源参数

X射线光源的焦斑尺寸和焦深对X射线光谱学,尤其是对于微区X射线衍射与荧光分析等领域十分重要的参数。如何高效而准确的表征这些参数对于X射线光源的应用和发展至关重要。现有的光源参数表征方法,尤其在表征微焦斑光源的参数时,都存在自身的局限性。锥形单玻璃管X射线聚焦镜是一种常用的X射线聚焦器件。根据锥形单玻璃管X射线聚焦镜滤波特性和几何特点,分析得到聚焦镜的聚焦光能量上限的大小受到光源焦斑尺寸的影响,提出这个能量上限与光源尺寸和光源到聚焦镜入口的距离之间的数学关系。设计了一种基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数的方法。对锥形单玻璃管X射线聚焦镜的参数进行测量和确定后,将聚焦镜放置要测量的光源前,与光源形成聚焦光路。在光路准直并确保只有在聚焦镜内发生单次全反射的X射线射出聚焦镜的情况下,通过改变聚焦镜与光源焦斑距离并利用能谱探测系统来探测聚焦光并得到多个对应的聚焦光能谱。对所得能谱进行计算与分析,得到各能谱中的能量最大值,即聚焦光的能量上限。利用聚焦光能量上限、光源焦斑尺寸和光源到聚焦镜的距离之间的关系并结合线性拟合法,可同时得到光源焦斑尺寸和焦深。选用制造商给出焦斑尺寸约60 μm,焦深为20 mm的微焦斑钼靶光源作为测量对象,利用基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征方法测量的结果为焦斑尺寸为60.1 μm,焦深为19.7 mm。用小孔成像法表征该光源焦斑尺寸为60.3 μm,焦深为20.1 mm。相较于现有的方法,基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数方法对表征微焦斑光源有一定优势,对表征高能X射线光源有潜在发展和利用价值。     

杆箍缩二极管X射线焦斑的成像法测量

 X射线源的焦斑尺寸是反映杆箍缩二极管射线源成像性能的重要参数。利用针孔成像法对MeV级脉冲X射线源的焦斑进行了2维图像测量。厚针孔采用直孔段加单锥体结构,直孔段孔径为0.2 mm。对于0.5 MeV的X射线,5倍成像倍率下调制传递函数值为0.5时空间分辨达到2.0 lp·mm^-1。图像采集系统由闪烁体、物镜和CCD相机组成,物镜的成像倍率约0.34。实验结果经过模糊校正后,得到了焦斑的图像和调制传递函数。根据调制传递函数值为0.5时对应的空间频率值,给出X射线源焦斑的尺寸。阳极杆直径为1.2 mm时,X射线源焦斑的高斯分布等效直径为0.86 mm。     

强激光束在柱面镜空间滤波器中的传输特性

为了解决空间滤波器滤波针孔堵孔问题,提出了一种新型柱面镜空间滤波器,新型柱面镜空间滤波器由柱面镜和狭缝构成。利用线性传输理论,对高功率激光束在新型柱面镜空间滤波器中的传输特性进行了数值模拟。结果表明:新型柱面镜空间滤波器的焦斑面积比传统滤波器大,而焦斑功率密度较小;新型柱面镜空间滤波器的滤波效果与传统滤波器相同,近场均匀性也相同。因此新型柱面镜空间滤波器能够抑制空间滤波器堵孔效应,可以缩短空间滤波器系统透镜焦距,从而提高功率装置的整体性价比。由此,采用新型柱面镜空间滤波器替换传统球面镜空间滤波器具有可行性。     

合肥国家同步辐射光源软X射线束空间相干性实验研究

本文从实验角度对合肥国家同步辐射实验室软X射线束的空间相干性进行了研究.利用放置在物面上的高分辨正性光刻胶,记录了中心波长为3.2nm的波带片和针孔直径为30μm组合的光场分布(光斑),获得相应条件下的爱里斑及空间相干直径实验数据;完成了一个双缝干涉实验.所得的这些结果与理论计算相一致.     

Detailed characterization of polycapillary focusing x-ray lenses by a charge-coupled device detector and a pinhole

A method to measure the detailed performance of polycapillary x-ray optics by a pinhole and charge coupled device (CCD) detector was proposed in this study. The pinhole was located between the x-ray source and the polycapillary x-ray optics to determine the illuminating region of the incident x-ray beam on the input side of the optics. The CCD detector placed downstream of the polycapillary x-ray optics ensured that the incident x-ray beam controlled by the pinhole irradiated a specific region of the input surface of the optics. The intensity of the output beam of the polycapillary x-ray optics was obtained from the far-field image of the output beam of the optics captured by CCD detector. As an application example, the focal spot size, gain in power density, transmission efficiency, and beam divergence of different parts of a polycapillary focusing x-ray lenses (PFXRL) were measured by a pinhole and CCD detector. Three pinholes with diameters of 500, 1000, and 2000 μm were used to adjust the diameter of the incident x-ray beam illuminating the PFXRL from 500 μm to the entire surface of the input side of the PFXRL. The focal spot size of the PFXRL, gain in power density, transmission efficiency, and beam divergence ranged from 27.1 μm to 34.6 μm, 400 to 3460, 26.70% to 5.38%, and 16.8 mrad to 84.86 mrad, respectively.     

重复频率下飞秒激光驱动产生的X射线焦斑测量

为了获取强激光驱动产生的X射线光源焦斑尺寸和空间分辨率,设计了刃边及双网格方法,其中刃边厚度为0.2μm,双网格分别为400目铜网格和394lp/cm的镍网,利用X射线CCD作为探测元件。Ti宝石激光在能量1J、脉宽40fs、频率10 Hz、激光功率密度约为4.4×1018 W/cm2的条件下,重复频率加载圆盘Cu靶。在中国工程物理研究院25TW激光装置上首次获得了X射线的焦斑及网格图像,并推算了该装置的X射线焦斑尺寸为43μm,而网格空间分辨力为34μm。结果表明该刃边及双网格方法适合强激光驱动产生的X射线焦斑尺寸测定。     

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.     

微聚焦菲涅耳波带板聚焦特性研究

通过激光轰击Ti平面靶,用微聚焦菲涅尔波带板做成像器,测到了在放大倍数为66倍时X射线焦斑图像.利用Fresnel-Kirchhoff衍射积分公式数值模拟了微聚焦菲涅尔波带板的点扩展函数,模拟结果表明该微聚焦菲涅尔波带板在两倍焦距处强聚焦.改变物距和像距但保持透镜的物像距公式,也可得到类似的结果.模拟和实验表明微聚焦波带板可以应用于X射线点对点成像,实现激光等离子体X射线高空间分辨成像. 关键词： 菲涅尔波带板 Fresnel-Kirchhoff衍射 数值模拟 点扩展函数     

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.     

Measurement of X-ray and neutron sources with polycapillary optics

A new method to measure the anode of X-ray sources is suggested. Using this method, one can not only measure the size of an anode spot but also obtain a 3D intensity distribution in the anode. The anode spot measurement accuracy depends on the size of the focal spot of an X-ray polycapillary lens.     

整体X光透镜性能实验研究

利用高计数率探测器和低功率光源,在大的能量范围内,同时测量了整体X光透镜的传输效率和焦斑直径与能量的关系。实验结果表明：透镜的焦斑直径随着能量的升高而减小;对04-5-10-5透镜而言,在高于5．8keV的能量范围内,透镜的传输效率随着能量的升高而降低,在低于5．8keV的能量范围内,透镜的传输效率随着能量的升高而增加。通过测量不同能量的X射线在透镜会聚光束中的空间分布,研究了短出口焦距透镜的光晕现象,光晕会导致透镜焦斑直径增大和传输效率测量值的增加。利用轴向扫描法研究了整体X光透镜出口焦距和能量的关系,实验结果表明：会聚透镜的出口焦距随着X射线能量的升高而增加。     

神光Ⅱ升级装置X光针孔相机研制

针孔相机是激光焦斑及打靶瞄准精度监测的主要工具。针对神光Ⅱ升级装置开展针孔相机的研制工作。通过各项参数和结构的优化设计,完成神光Ⅱ升级装置针孔相机诊断系统的设计、研制和集成调试,并进行性能测试实验。结果表明:针孔相机探测能区到达1.0～5.5 keV,空间分辨力优于20 m,放大倍率5.13～9.99。针孔相机可用于神光Ⅱ升级装置开展激光焦斑及打靶瞄准精度监测工作。     

用于空间X射线通信的栅极控制脉冲发射源研究

利用X射线作为载波实现空间远距离、高速率的信息传输已引起研究者的关注,这项技术的发展将对拓宽电磁波频谱的使用范围具有积极意义.针对X射线通信地面模拟真空实验系统对信号发射源的需求,设计了一种栅极控制X射线源.该X射线源是在传统X射线管的基础上,增加了电压控制栅极,通过改变栅极电压实现X射线的脉冲发射.利用三维电磁场仿真软件CST粒子工作室设计了实验样管,模拟计算了管内的电位分布、电子运动轨迹、实际焦斑大小和打靶电子数.仿真结果表明,实际焦斑大小约为0.4 mm×4 mm,栅极开启电压和截止电压分别为0和-10 V.实验测试了样管特性,测试结果与仿真结果符合得很好,并且在X射线真空实验系统中实现了数字信号传输.     

光学成像法和穿孔法测量飞秒激光焦斑特征

 超短超强激光焦斑参数的精确测量是深入开展精密物理实验的前提。在SILEX-Ⅰ激光装置上,采用光学成像法和穿孔法测量了μJ级能量下的激光焦斑特性,采用光学成像方法得到了激光主瓣大小及能量集中度信息,通过穿孔法得到了激光能量透过率与不同大小孔径的关系曲线,并对两种方法得到的测量结果进行了比对研究。研究结果表明,光学焦斑测量法和穿孔法都可以比较准确地反映激光焦斑的能量分布情况,得到的能量分布偏差小于10%。     

用于直线感应加速器光源焦斑测量的双锥厚针孔结构设计

研究设计双锥厚针孔结构体,利用小孔成像测量高能强流直线感应加速器光源的焦斑。建立数值计算模型,根据实际光源特性和实验布局条件,模拟光子穿过厚针孔结构的辐射成像过程,分析光源尺寸、分布和偏轴等对焦斑测量的影响。理论计算结果显示对光源物面的空间分辨率可达5 lp/mm。     

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。