激光等离子体诊断用Wolter型X射线显微镜的设计

围绕着稠密等离子体硬X射线成像诊断,提出了一种基于阿贝正弦条件的Wolter型X射线显微镜的光学系统设计。详细介绍了Wolter显微镜的结构特点和设计方法,进行了参数优化,定量分析了包括物距、放大倍数、掠入射角和双曲面镜镜长在内的初始结构参数对物镜性能的影响。由光线追迹可以得出,在约±260 μm的视场范围内分辨率优于1 μm;在±460 μm范围内优于3 μm。有效视场可达约1 mm,几何集光立体角约为6.1×10^-5sr。同时,该系统具备平响应系统特性,在mm级的视场范围内,系统响应效率的一致性优于93.7%。     

HXMT中能X射线望远镜

我们通常把波长很短,介于0.01~100埃（能量0.1keV~1MeV）之间的电磁辐射,称为X射线。在整个X射线波段里,根据探测方法的不同,我们又模糊的分成了低能X射线（能量0.1~10keV）,中能X射线（能量5~70keV）,高能X射线（能量20keV~1MeV）。三个能段没有明显的界限,彼此相互搭接在一起。     

X射线聚焦望远镜光学设计

X射线聚焦望远镜是X射线空间观测的重要设备,针对X射线聚焦望远镜光学设计工作,采用掠入射原理对X射线进行聚焦,利用蒙特卡罗算法仿真镜片面型和粗糙度对角分辨率影响,并确定了不同分辨率水平对镜片面型的不同需求;对X射线聚焦望远镜有效面积进行分析,并确定了膜层结构、层数与有效面积的关系,最终完成了焦距5.25 m、嵌套层数45层,有效面积为842和563 cm~2@6 keV的X射线聚焦望远镜设计.     

空间硬X射线调制望远镜

用宇宙作为物理实验室,探索在地球上无法企及的条件下,例如极早期宇宙或黑洞视界附近强引力场中的物理规律,已成为新世纪物理学和天文学共同的前沿课题;空间天文观测是其中一个最重要的研究途径.自主研制和发放空间硬X射线调制望远镜(HXMT),实现中国空间天文卫星零的突破,是中国<"十一·五"空间科学发展规划>的目标之一.HXMT将实现宽波段X射线(1-250 keV)巡天,其中在硬X射线波段具有世界最高灵敏度和空间分辨率,发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体,探测宇宙硬X射线背景辐射;HXMT还将通过对黑洞和其他高能天体宽波段X射线时变和能谱的观测,研究致密天体极端物理条件下的动力学和辐射过程.基于成像技术创新提出HXMT项目迄今已有15年,能不能抓住技术创新所提供的科学机遇仍然是一个严重的挑战.     

HXMT卫星低能X射线望远镜

软X射线是天体物理研究的重要能段之一,很多天体的X射线辐射都在这一能段有辐射,如热辐射、同步辐射和X射线荧光等。     

空间硬X射线调制望远镜

用宇宙作为物理实验室,探索在地球上无法企及的条件下,例如极早期宇宙或黑洞视界附近强引力场中的物理规律,已成为新世纪物理学和天文学共同的前沿课题;空间天文观测是其中一个最重要的研究途径.自主研制和发放空间硬X射线调制望远镜(HXMT),实现中国空间天文卫星零的突破,是中国《“十一·五”空间科学发展规划》的目标之一. HXMT 将实现宽波段X射线 (1—250 keV) 巡天,其中在硬X射线波段具有世界最高灵敏度和空间分辨率,发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体,探测宇宙硬X射线背景辐射;HXMT还将通过对黑洞和其他高能天体宽波段X射线时变和能谱的观测,研究致密天体极端物理条件下的动力学和辐射过程. 基于成像技术创新提出HXMT项目迄今已有15年,能不能抓住技术创新所提供的科学机遇仍然是一个严重的挑战.     

X射线成象望远镜光学设计

本文提出用同轴不共焦抛物面——双曲面掠射系统,代替现在流行的同轴共焦系统。利用不共焦引入预定量的球差,可以抵消一部分轴外球差。与Wolter-I型(象面离焦)相比较,在0～15弧分视场内象质有显著改善,在15～20弧分视场象质相同。指出用MTF评价,可以比用线扩散函数或均方根弥散圆(rms)更准确地评价这类系统的象质。本文还讨论了光阑设置及望远镜口径尺寸公差计算方法。把口径误差表示为焦点与端面的相对位移,可以定量计算口径误差对象质的影响。计算结果与国外已发表的数据基本符合。镜面口径差的公差与圆度公差比口径公差的要求严格一个数量级以上,抛物面比双曲面的口径差的公差严格4～5倍。     

X射线相衬成像

本文介绍了近年来X射线位相衬度成像技术的发展状况，详细论述了X射线干涉相衬、衍射增强相衬，类同轴相衬和数字位相重构等几种典型的成像原理，讨论了影响成像衬度与分辨率的若干因素，并对位相成像的发展趋势作了展望。     

X射线相衬成像

本文介绍了近年来X射线位相衬度成像技术的发展状况,详细论述了X射线干涉相衬、衍射增强相衬,类同轴相衬和数字位相重构等几种典型的成像原理,讨论了影响成像衬度与分辨率的若干因素,并对位相成像的发展趋势作了展望。     

硬X射线调制望远镜——中国第一颗X射线天文卫星

问： 硬X 射线调制望远镜(The Hard X-ray Modulation Telescope,简称HXMT)是我国自主研制的第一颗X射线天文卫星。目前卫星的研制工作已经完成,将于近期择机发射。张教授,您能不能简单介绍一下为什么要发射这颗卫星？&;amp;lt;br&;amp;lt;张双南：天体发出的辐射往往覆盖了从无线电到高能伽马射线的整个电磁波谱段。为了更好地研究天体的物理性质,或者借助于天体提供的极端物理环境研究一些基本的物理过程,就需要尽可能从各个波段对天体进行观测。但是,由于地球大气的吸收,在天体发出的辐射中,只有部分无线电波和可见光能够到达地面,因此,红外线、紫外线、X射线、伽马射线的天文观测必须在大气层之上进行,它们也是空间天文观测的主要波段。&;amp;lt;br&;amp;lt;天体的X射线辐射和高温、高能粒子、强磁场和强引力场等极端物理环境和性质有关,是研究天体上各种剧烈活动的主要探针之一。X射线天文学是空间天文中起步最早,也是最主要的学科之一。在高空气球和探空火箭观测的基础之上,美国于1970 年发射第一个X 射线天文卫星“自由号”,实现X射线巡天,发现了300 多个X射线天体,打开了人类观测宇宙的新窗口,“自由号”的负责人里卡尔多·贾科尼也因此获得了2002 年的诺贝尔物理学奖。发射X 射线天文卫星,是研究天体高能辐射性质和高能物理过程的主流方法。     

X射线用Kirkpatrick-Baez显微镜成像质量的研究

对惯性约束聚变的一种重要诊断方法-Kirkpatrick-Baez型结构显微镜成像方法进行了研究。计算了Kirkpatrick-Baez型结构显微镜的主要像差,并分析得出：造成轴上点像差的主要因素是球差,占像差的94%。基于光线追迹方法模拟出这种结构的成像过程,比较了不同反射镜长随视场变化对物面分辨率的影响,发现为了保证物面的空间分辨率能达到ICF研究要求视场应尽量控制在200 μm以内。最终得出能量在8 keV、视场为200 μm,分辨率小于10 μm的Kirkpatrick-Baez型结构的模型。提出在装调过程中重要公差计算方法,得到数值孔径为0.003 7时,角度装调公差应在-0.087°~0.067°范围内。     

X射线用Kirkpatrick-Baez显微镜成像质量的研究

 对惯性约束聚变的一种重要诊断方法-Kirkpatrick-Baez型结构显微镜成像方法进行了研究。计算了Kirkpatrick-Baez型结构显微镜的主要像差,并分析得出：造成轴上点像差的主要因素是球差,占像差的94%。基于光线追迹方法模拟出这种结构的成像过程,比较了不同反射镜长随视场变化对物面分辨率的影响,发现为了保证物面的空间分辨率能达到ICF研究要求视场应尽量控制在200 μm以内。最终得出能量在8 keV、视场为200 μm,分辨率小于10 μm的Kirkpatrick-Baez型结构的模型。提出在装调过程中重要公差计算方法,得到数值孔径为0.003 7时,角度装调公差应在-0.087°~0.067°范围内。     

数字化X射线成像技术

 医学影像技术的起源要追溯到1895年11月8日伦琴发现X射线。传统的X射线照相是让通过人体的X射线打在胶片上,图1为胶片X光骨盆像。图1X光骨盆像随着物理学、电子学、计算机科学的飞速发展,放射影像领域先后出现了一系列新的成像技术和设备,构成了当代新的影像技术,这些新技术的应用,不仅极大丰富了形态学诊断信息和图像层次,更为重要的是实现了图像信息的数字化。其中,CR和DR是目前大中型医院放射科对常规X线机进行升级换代时的主要考虑对象之一,它们都以形成数字化图像为诊断依据,能实现医院X射线设备从模拟到数字的飞跃,但它们又有各自的成像方式和成像特点。     

生物细胞X射线成像

许多生物细胞非常小，无法用光学显微镜进行研究．而X射线衍射和电子显微镜技术不适于对活细胞的研究．2000年生物物理学家Janos Hajdu提出了一种新的活细胞及微小生物粒子成像方法，这种方法使用极强的超短X射线激光脉冲产生的衍射图案来成像．     

软X射线显微成像位相型波带片浅析

软X射线显微成像技术是研究超微观世界的有力工具,而位相型波带片则以其高分辨率的优势,目前已成为实现软X射线成像的理想光学元件.本文简要介绍位相型波带片的特性及其在软X射线显微成像技术中的应用.     

中国研制硬X射线调制望远镜卫星

经过数年的延迟,中国第一个专用的天文卫星终获政府批准.这个价值1.54亿美元的硬X射线望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)将于2015年发射升空,在离地面550千米高空,用4年时间给我们绘出一幅X射线天图并对X射线源的性质进行详细研究.     

傅里叶望远镜成像质量分析与评价

斯特列尓比通常被作为评价傅里叶望远镜成像质量的方法.该方法通过求得复原图像与理想图像的相关度来评价成像质量,主要用于计算机仿真分析.然而,在真实环境中往往因为不能预知被测目标的形貌特征,使斯特列尓比像质评价方法失去作用.本文针对实验室内傅里叶望远镜成像数据,采用了两种不需要参考图象对比的方法:灰度平均梯度法和拉普拉斯梯度模法描述复原图像包含细节信息的程度,分析了非参照图像评价方法的可行性.对同一复杂程度的目标,分别利用计算机仿真及室内实测数据成像,分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法与斯特列尓比描述成像质量的一致性.结果表明,分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法这样的评价与斯特列尓比评价趋势一致,证明了分析灰度平均梯度法、拉普拉斯梯度模法无参照评价方法用于分析与评价傅里叶望远镜图像质量的可行性.     

多层嵌套式X射线聚焦光学器件

针对X射线脉冲星导航与X射线空间通信的需求,对多层嵌套式X射线聚焦光学器件进行研制与实验标定。根据掠入射原理,对聚焦透镜进行理论设计,确定聚焦透镜的关键参数。讨论聚焦透镜的材料、镀膜等研制工艺。分别在可见光与X射线条件下测试了聚焦透镜的性能参数。结果表明测得可见光焦斑直径为14mm,X射线焦斑直径为20mm,在10m真空管道中测得光子能量为1.5keV时聚焦效率为30.2%,有效面积为2400mm2。     

X射线光栅微分相衬成像视场分析

X射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势, 尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大. 大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素. 针对大视场成像的客观需求, 基于菲涅耳衍射原理和光栅结构特征, 建立了量化物理模型用于分析影响成像视场的因素, 提出了实现大成像视场的有效途径, 为未来大视场光栅微分相衬成像方法的设计和应用提供理论依据.