气体放电中的中子、γ和X射线

用气体放电方法研究含氘金属异常现象,测到了强度为10~4n/s的中子。中子的产生人为可控,持续稳定,重复性100％。用NE213测出了能量在1.00MeV—3.00MeV之间的中子能谱。测出了平均能量为(27.6±2.1)KeV的反常X射线。测到了能量约470keV的反常γ射线。     

硬X射线调制望远镜卫星及其科学目标

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,承载有高能X射线望远镜（20~250keV,5000 cm²）、中能X射线望远镜（5~30keV,952 cm²）、低能X射线望远镜（1~15keV,384 cm²）以及空间环境监测器。HXMT具有扫描观测和定点观测两种工作模式,扫描观测可以进行宽波段大天区X射线巡天成像,定点观测可以研究黑洞、中子星等高能天体的多波段X射线快速光变,HXMT还可以监视天空的高能爆发现象。     

空泡机制产生betatron X射线辐射的数值模拟

针对SILEX钛宝石激光器参数,采用PIC数值模拟程序VORPAL对激光尾波场加速进行了模拟,得到了电子轨迹及能量数据,进而通过理论计算得到了空泡机制下X射线辐射特性。结果表明,空泡机制下高能电子在空泡中做betatron振荡且多数电子被加速到170 MeV左右;加速能量较低的电子（约100 MeV）, 其辐射谱为临界能量约3 keV的类同步辐射谱,发散角约为8 mrad,而能量较高的电子（约170 MeV）对应的光子临界能量约为10 keV。     

空泡机制产生betatron X射线辐射的数值模拟

针对SILEX钛宝石激光器参数,采用PIC数值模拟程序VORPAL对激光尾波场加速进行了模拟,得到了电子轨迹及能量数据,进而通过理论计算得到了空泡机制下X射线辐射特性。结果表明,空泡机制下高能电子在空泡中做betatron振荡且多数电子被加速到170 MeV左右;加速能量较低的电子（约100 MeV）, 其辐射谱为临界能量约3 keV的类同步辐射谱,发散角约为8 mrad,而能量较高的电子（约170 MeV）对应的光子临界能量约为10 keV。     

一种聚焦型X射线探测器在轨性能标定方法

X射线探测器是X射线天文观测及脉冲星导航的核心器件,受发射振动、高能粒子辐射损伤及元器件老化等影响,X射线探测器空间观测性能会逐渐变化,X射线探测器在轨标定有利于观测天体X射线辐射信息的准确获取及精确建模.研究利用了脉冲星辐射能谱标定X射线探测器性能的方法,能较好地消除探测器本底及空间环境噪声的影响,通过处理脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1卫星)的Crab脉冲星观测数据,评估了我国首款聚焦型X射线探测器的在轨性能.计算结果表明,XPNAV-1卫星上聚焦型X射线探测器的有效面积在0.6-1.9 keV能段内优于2 cm~2,其中在0.7 keV能量处取得最大值3.06 cm~2,探测效率约10%;有效面积随着探测能量增大而减小,在2—3.5 keV能段内有效面积约为1 cm~2,而大于5 keV能段的有效面积约为0.1 cm~2,且此能段估计精度明显受光子统计误差影响.同时研究了考虑能量响应矩阵的探测器有效面积标定新方法,利用地面性能测试中五个特征能谱处的能量分辨率重构其能量响应矩阵,重新标定了聚焦型X射线探测器有效面积,发现该能量响应矩阵对结果影响较小.最后建议观测某些超新星遗迹监测能量分辨率及能量线性等指标的变化.     

γ射线对含氢正比计数管中子能谱测量的影响

通过蒙特卡罗模拟和实验测量相结合的方法,获得从50keV~10MeV区间γ射线在直径为30mm内充1.013 25MPa氢气的球形含氢正比计数管上的能量响应,结果显示,γ射线在该计数管中的能量沉积主要集中在100keV附近及以下。Am-Be中子源和137 Cs源的实验测量结果显示,强137 Cs源的γ射线会严重影响含氢正比计数管对Am-Be中子源100keV以下能谱的测量,这表明,裂变材料介质内的强γ射线同样会影响到介质内100keV以下中子能谱的测量。根据计数管对反冲质子和电子电离信号的收集特性,采用上升时间法甄别掉本底γ射线是可行的。     

聚龙一号丝阵负载Z箍缩硬X射线能谱测量

为获取聚龙一号实验装置负载放电产生硬X射线的能谱分布,设计了一套7通道硬X射线能谱仪。介绍了这套多通道硬X射线能谱仪的测谱原理、主要参数及根据测量结果回推光源辐射能谱的解谱算法。在聚龙一号装置丝阵负载物理实验中对测量系统进行考核,获得了信噪比较高的测量波形。利用最大熵方法进行解谱,获得了丝阵负载产生的硬X射线能谱分布,辐射能段主要集中在200~500 keV附近,且1 MeV以上光子份额较低。     

硅漂移电子温度测量系统的研制

在磁约束聚变装置中，对等离子体电子温度的测量一般采用电子回旋辐射法（ECE）、汤姆逊散射法以及软X射线能谱法。其中软X射线（1～20keV）能谱法是一种传统的方法，它比汤姆逊散射法的测量误差小，且有较好的时空分辨；与电子回旋辐射法（ECE）相比较，时空分辨能力相近，但可作绝对测量，并且受超热电子和逃逸电子的影响较ECE小。在软X射线能谱法的应用中，过去使用Si（Li）探测器来探测软X射线能谱，Si（Li）探测器体积大，能量分辨和量子效率低，并且需要使用液氮冷却，大体积的杜瓦（通常35L）使探测器体积庞大，     

平响应X射线光阴极的理论设计与计算模拟

给出了适用于0.1~5keV的平响应X射线光阴极的设计方案.采用两层不同厚度、相同面积的相同金属材料制备X射线光阴极,两金属层的厚度和微观结构经过优化后,在惯性约束聚变实验感兴趣的能区具有良好的平响应特征,不需要复杂的解谱过程.选取4种不同的光阴极材料,改变厚度和占空比设计,计算得到了光阴极不平整度.模拟结果表明,该光阴极在0.1~5keV能量响应基本一致,不平整度优于5%.     

Lucy-Richardson迭代解谱在X射线荧光分析的应用

硬X射线调制望远镜是我国第一颗X射线天文卫星,其载荷低能X射线望远镜采用了SCD型探测器CCD236,主要对能量在0.7～13.0 keV的软X射线光子进行观测。卫星发射前,需要对探测器进行详细的性能标定,其中包括能量响应矩阵的标定。能量响应矩阵是能谱分析的关键。CCD236探测器输出能谱并不是观测光源的真实发射谱,而是发射谱与探测器能量响应矩阵的卷积结果。一般可以通过直接反卷积的方法还原光源的真实能谱。解谱过程可以看作是一维成像问题,利用能量响应矩阵与输出能谱进行反卷积解谱。常用的反卷积算法为Lucy-Richardson迭代算法,其利用条件几率的贝氏定理反复进行运算,进而对输出能谱进行反解,得到观测光源的真实发射能谱。通过能量响应矩阵对CCD236探测器的55Fe测量能谱进行解谱。经过解谱,能谱的能量分辨从144.3 eV提升到了65.6 eV@5.9 keV,连续谱成分被明显地抑制,提高了能谱的峰背比。反解能谱由两个半峰全宽很小的（<70.0 eV）高斯峰组成,两成分的强度比为8.4,能够很好地表征真实发射谱的结构。利用这种方法可对材料X射线荧光谱进行解谱,还原材料的荧光谱,提高能谱的能量分辨。反解结果中主要元素各类荧光线通过解谱彼此独立,能谱峰背比很高,可以很好地用于X射线荧光分析中,提高荧光谱的质量。     

标定脉冲星导航探测器的荧光X射线光源

为标定X射线脉冲星导航用探测器, 设计了一种荧光X射线源, 该射线源的工作原理是 用X射线管的出射线轰击特定荧光靶材, 从而获得能量一定的荧光X射线, 并以此作为标定探测器的荧光X射线光源. 采用硅漂移半导体探测器在大气环境下测试了按上述原理搭建的荧光X射线光源的能谱分布和光子流量, 从光子流量入手推算了该荧光X射线光源用于真空系统中对探测器进行标定的可行性. 研制出了荧光X射线光源样机, 并在真空系统中对荧光X射线光源样机光子流量做了测试. 在探测距离D_x=300 cm, X射线管管流I_a=200 μA时, 所测得的荧光X射线光源光子流量可达19.57 ph/s@4.51 keV, 25.22 ph/s@5.41 keV, 33.27 ph/s@8.05 keV, 确认了所提方法的可行性, 获得了标定探测器的荧光X射线光源.     

碘化汞材料固有空间分辨的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗方法模拟了直接转换X射线探测材料HgI2在医用X射线范围的固有空间分辨性能,模拟基于最新版本的EGSnrc模拟软件的用户代码DOSRZnrc,模拟了HgI2材料对无限小锥束入射X射线的调制传递函数(MTF)。考虑到荧光光子和散射光子重吸收,高速电子射程扩展以及离轴X射线入射对空间分辨力的影响,把模拟结果和文献解析方法获得的结果做了对比,两者符合较好。模拟结果表明,初级高速电子射程和入射角度对材料固有空间分辨力影响很大,材料分辨对入射X光子能量很敏感,高能时分辨力特性急剧变差,而对材料厚度很不敏感。相对于非晶硒(α-Se),HgI2材料具有更好的固有空间分辨力,尤其在50 keV能量以上时。在fMTF=0.5时,能量为20 keV,50 keV和100 keV的X射线入射,HgI2和非晶Se固有空间分辨力分别为390 lp/mm,170lp/mm,52 lp/mm和390 lp/mm,80 lp/mm,22 lp/mm。     

单光子计数型CCD的蒙特卡罗模拟

建立了适用于研究PI-LCX:1300型单光子计数型CCD量子效率及多像素事件的蒙特卡罗模拟模型,采用蒙特卡罗程序Geant4对0.5~30.0 keV能量区间的X射线在CCD芯片中的输运进行了模拟研究。研究了X射线在CCD芯片中的能量沉积谱,给出了CCD探测X射线的效率曲线,其结果与厂家提供的效率曲线一致。研究了Si片厚度对探测效率的影响,结果表明在有效探测范围内,Si片越厚探测效率越高,而对较高能量的X射线,此趋势不明显。研究了能量沉积分布在多个像素中的问题,结果表明周围像素中的能量沉积主要由中心像素的特征X射线及瑞利散射X射线所贡献,在5~30 keV之间X射线能量越高,能量沉积效率越低,多像素污染效果越弱。     

单光子计数型CCD的蒙特卡罗模拟

建立了适用于研究PI-LCX：1300型单光子计数型CCD量子效率及多像素事件的蒙特卡罗模拟模型,采用蒙特卡罗程序Geant4对0.5~30.0 keV能量区间的X射线在CCD芯片中的输运进行了模拟研究。研究了X射线在CCD芯片中的能量沉积谱,给出了CCD探测X射线的效率曲线,其结果与厂家提供的效率曲线一致。研究了Si片厚度对探测效率的影响,结果表明在有效探测范围内,Si片越厚探测效率越高,而对较高能量的X射线,此趋势不明显。研究了能量沉积分布在多个像素中的问题,结果表明周围像素中的能量沉积主要由中心像素的特征X射线及瑞利散射X射线所贡献,在5~30 keV之间X射线能量越高,能量沉积效率越低,多像素污染效果越弱。     

一种基于热释电效应的X射线荧光分析谱仪

利用热释电晶体实现了一个X射线激发源,并以此激发源和高能量分辨率的硅漂移探测器构建了一个X射线荧光分析谱仪。首先通过分析计算热释电晶体厚度和靶厚度对产生X射线的影响选定了激发源的设计参数;然后测量了激发源发射的X射线本底,其能量范围在1～27 keV,包含有Cu和Ta的特征X射线,最大强度在每秒3 000个计数以上,对本底的测量同时显示出谱仪的探测器部分对Cu的8.05 keV特征峰的分辨率达到210 eV,具有很高的能量分辨率;最后使用该谱仪测试了Fe,Ti和Cr等三种单质样品和高钛玄武岩样品,测试结果表明该谱仪可以有效的分析出样品的元素成分。由于这种X射线荧光分析谱仪的各组成部分体积都很小,进一步便携化后非常适合于非破坏、现场和快速的元素分析场合。     

大气压尖板电极结构重复频率纳秒脉冲放电中X射线辐射特性研究

文章通过碘化钠晶体和光电倍增管构成的X射线探测系统,研究了上升沿15ns,脉宽30-40ns量级,电压90kV的大气压重频纳秒脉冲气体放电中X射线的辐射特性,X射线有效探测能量范围为10-130keV.结果表明放电产生的X射线主要集中在20-90keV能量范围,而能量在十几keV的软X射线和超过90keV的高能X射线数量很少.X射线辐射计数随脉冲重复频率的增加而增加,随着气隙距离的改变存在峰值,且峰值出现在弥散放电模式.     

塑料闪烁体β射线望远镜的能量刻度

建立了一台塑料闪烁体β射线望远镜并进行了能量刻度.利用一组端点能量从0.7MeV到6.1MeV的β^±发射体作为参考源,线性能量刻度的误差仅35keV.     

不同动能的~(129)Xe~(26+)与Au表面作用产生的X射线谱

测量了动能为350—600 keV和1.8—3.9 MeV的129Xe26+入射Au表面产生的X射线谱.结果表明,350—600 keV的Xe26+仅激发出了Au的Mα特征X射线,而1.8—3.9 MeV的Xe26+可激发出Au的Mζ,Mα,Mγ和Mδ特征X射线.分析了X射线强度和产额比与入射离子动能的关系,并估计了Xe26+激发Xe的L-X射线的动能阈值.     

杂质元素特征X射线对氢气放电源打靶新谱线的影响

在氢气放电源打靶的实验中,测到了系列能量恒定不变的低能X射线新谱线,这些新谱线的能量分别为(1.70±0.10) keV, (2.25±0.07) keV,(2.56±0.08) keV,(3.25±0.10) keV和（3.62±0.11） keV,与Si,Ta,S,Cl,K和Ca等元素的特征X射线能量相近,但靶中所含的杂质或来自放电室的杂质元素可能会产生这些能量的X射线谱峰,证实新谱线是否由这些元素的特征X射线干扰所致显得尤为重要。分析了本实验系统中各种杂质的可能来源,论证了放电室端杂质对新谱线的影响,及靶材料中体杂质和面杂质对新谱线的影响;用X射线光电子能谱仪对靶做了表面分析。研究结果表明：杂质元素的特征X射线不会对氢气放电源打靶产生的新谱线有影响。这些新谱线的性质有待进一步的实验研究。     

杂质元素特征X射线对氢气放电源打靶新谱线的影响

 在氢气放电源打靶的实验中,测到了系列能量恒定不变的低能X射线新谱线,这些新谱线的能量分别为(1.70±0.10) keV, (2.25±0.07) keV,(2.56±0.08) keV,(3.25±0.10) keV和（3.62±0.11） keV,与Si,Ta,S,Cl,K和Ca等元素的特征X射线能量相近,但靶中所含的杂质或来自放电室的杂质元素可能会产生这些能量的X射线谱峰,证实新谱线是否由这些元素的特征X射线干扰所致显得尤为重要。分析了本实验系统中各种杂质的可能来源,论证了放电室端杂质对新谱线的影响,及靶材料中体杂质和面杂质对新谱线的影响;用X射线光电子能谱仪对靶做了表面分析。研究结果表明：杂质元素的特征X射线不会对氢气放电源打靶产生的新谱线有影响。这些新谱线的性质有待进一步的实验研究。