Light-controlled pulsed x-ray tube with photocathode

Unstable mechanical structure, low energy efficiency, and cooling requirements limit the application of conventional x-ray tubes based on filament as cathode in several academic areas. In this paper, we demonstrate a light-controlled pulsed x-ray tube using multialkali cathode as electron generator. The photocathode active area of the light controlled x-ray tube is 13.2 cm² (41 mm in diameter), which provides high photoelectron-emitting efficiency up to 0.288 mA/lm in 460-nm LED and 2.37-mA maximum tube current. Furthermore, the modulation ability from 1 kHz to 100 kHz of the x-ray tube is tested. The results suggest that the light-controlled pulsed x-ray tube has easy modulation and short x-ray pulse properties and is promising to be the next generation x-ray tube with wide applications in medical radiation therapy as well as the calibration for detectors and scintillators.     

基于交叉延迟线位敏阳极微通道板探测器的光子计数激光三维超分辨成像（特邀）

以未来天基态势感知对远距离空间目标高灵敏度探测与精细三维成像的潜在需求为出发点,开展以光子灵敏探测器为核心的光子计数激光三维成像系统及关键技术研究。提出了一种基于自主研制的交叉延迟线位敏阳极微通道板探测器的光子计数激光三维成像技术。首先介绍了该技术的基本原理,并从全链路建模与成像仿真特性分析的角度对其空间应用的潜力进行了研究;之后探讨了多域联合三维超分辨重建提升系统时空分辨能力的可行性;最后研制了基于交叉延迟线位敏阳极微通道板探测器的光子计数激光三维成像原理样机,在6.8 m距离处实现了距离分辨率优于5 mm的三维成像效果,证明了该技术方法的有效性。     

基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统研究

为进行X射线脉冲星导航的关键技术研究,搭建了基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统.地面模拟系统由模拟X射线脉冲源、基于微通道板的高灵敏X射线光子探测器、电荷灵敏前放和主放电路、时间测量单元、X射线脉冲轮廓构造及X射线脉冲到达时间测量系统组成.该模拟系统可在地面模拟X射线脉冲星导航的星源的强度、周期及脉冲轮廓,实现对X射线脉冲星单光子到达时间的记录,构造X射线脉冲星脉冲轮廓,计算X射线脉冲到达时间.描述了基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统的组成和工作原理,报道了基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统的初步结果. 关键词： X射线脉冲星导航 微通道板光子探测器 脉冲轮廓     

X射线脉冲星导航系统导航精度的研究

为提高X射线脉冲星导航系统的导航精度,提出了一种基于低通滤波器的恒比定时方法,以提高X射线脉冲星导航系统中X射线脉冲到达时间的测量精度.通过设计测量方案,对原有的峰值定时方法和改进后的恒比定时系统的定时精度和死时间进行测量.测量结果表明,峰值定时系统的定时精度和死时间分别为18和4750 ns,恒比定时系统的定时精度和死时间分别为0.78和105 ns,与原有的峰值定时系统相比,采用恒比定时系统的定时精度和死时间均得到明显的提高.在X射线脉冲星导航系统中,通过利用这两种不同定时系统来测量X射线光子的到达时间以构造累积脉冲轮廓.实验结果表明,与峰值定时系统相比,采用改进的恒比定时系统获得的累积脉冲轮廓的信噪比得到明显改善,因此,采用恒比定时系统的导航精度可得到提高.     

基于X射线的新一代深空无线通信

在空间无线通信的研究应用方面,微波和激光通信技术已比较成熟,但是也存在传输距离、通信速率有限等瓶颈问题,严重制约未来的深空应用.X射线由于波长短、穿透能力强,当X射线光子能量大于10keV(λ＜0.1nm)时,在太空中几乎是无衰减的传输.因此可望在较小的体积、重量、功耗下实现远距离太空传输.然而,在我国对于X射线通信的应用研究目前尚属空白,美国航空航天局也刚刚提出并将此技术称为“革命性的概念”.因此,利用X射线作为信息载体的新概念空间通信方法的研究具有重要的科学意义及应用前景,X射线通信技术不仅将对已有的微波和激光通信技术起到很好的补充,而且还能在微波和激光受到屏蔽的通信场合发挥独特作用.开展基于X射线的深空无线通信技术研究,主要包括开展X射线空间通信的传输理论研究,开展大功率、宽频带(GHz)X射线脉冲调制发射技术的研究,开展快速、极微弱X射线探测技术的研究,开展X射线深空通信的捕获、跟踪与对准技术的研究,以及开展高效率纠错编码理论与技术的研究.     

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.     

电荷云尺寸对紫外光子计数成像探测器性能的影响

微通道板出射电荷云尺寸与微通道板增益、微通道板输出面和楔条形阳极间距离以及阳极加速电压等因素有关.到达阳极的电荷云尺寸对紫外光子计数探测器的成像性能有重要影响.本文研究了电荷云尺寸对紫外光子计数成像系统成像性能的影响,论述了调制畸变和"S"畸变两种图像畸变及其产生的原因,采用蒙特卡洛方法模拟了不同尺寸的电荷云对阳极解码的影响.实验测试了微通道板和阳极间距离、微通道板增益以及阳极加速电压对紫外光子计数成像系统成像性能的影响,并给出了实际解决调制畸变和"S"畸变的有效方法. 关键词： 光子计数成像 楔条形阳极 微通道板 阳极探测器     

基于光电阴极的超快X射线源设计及调制性能研究

为解决基于热阴极的传统X射线管灯丝发射结构脆弱、能量效率低以及散热等问题,设计了一种新型光控脉冲X射线管装置.通过光电阴极与光源的参数匹配,选择蓝光波段量子效率高的S20阴极与波长为460 nm的LED光源.模拟计算确定X射线管整体结构设计.最终实现最大2.37 mA的管电流,光电阴极电子发射效率为0.288 mA/l...     

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     

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.