專利名稱：一種時(shí)間分辨的多色單能x射線成像譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線成像領(lǐng)域，尤其是涉及一種時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀。
背景技術(shù)：
在激光慣性約束聚變(ICF)研究工作中，對(duì)激光等離子體進(jìn)行時(shí)間分辨的單能或準(zhǔn)單能成像觀測(cè)是獲取等離子體動(dòng)態(tài)演化信息的重要手段，也是校驗(yàn)數(shù)值模擬程序的必要途徑。如多色單能X射線成像，其利用涵蓋靶丸自發(fā)光或某種摻雜元素特征線的X射線能譜范圍內(nèi)多個(gè)能點(diǎn)的X射線單能圖像，以獲得激光等離子體在不同區(qū)域的溫度和密度分布
等重要信息。目前的多色單能X射線成像方法主要有三種，第一種是基于彎晶成像原理，通過將多塊彎晶按照一定角度和順序排列，分別獲得靶丸摻雜元素不同特征線的單色化圖像。該方法的優(yōu)勢(shì)在于單能性很好，能量分辨Ε/ΛΕ可以達(dá)到1000以上，但是高能量分辨也使得能譜積分效率顯著降低。另外，彎晶采用將平面晶體壓彎的方法制備，通過這種方式制備的彎晶面形精度有限，使其無法達(dá)到優(yōu)于5微米的空間分辨，系統(tǒng)實(shí)際空間分辨能力普遍在5-10微米左右。第二種方式是采用多針孔陣孔配合布拉格反射鏡成像(MMI)。布拉格反射鏡可以采用平面晶體或X射線多層膜等。其利用多針孔陣列和布拉格反射鏡分別作為成像元件和分光元件，這種方式的設(shè)計(jì)、研制和裝調(diào)比較簡(jiǎn)單。但是受針孔數(shù)值孔徑的制約，其空間分辨率和有效集光效率都較低。第三種方式是采用四通道Kirkpatrick-Baez (KB)顯微鏡配合平面晶體成像(GMXI)。其采用基于掠入射反射式成像原理的KB顯微鏡和平面晶體分別作為成像元件和分光元件。中心視場(chǎng)分辨率可以到2-3微米，幾百微米視場(chǎng)的分辨率均可優(yōu)于5微米。其集光效率可以達(dá)到10-7，比針孔約高2個(gè)量級(jí)。配合分幅相機(jī)，一次實(shí)驗(yàn)可以在兩個(gè)時(shí)刻分別獲得兩個(gè)能點(diǎn)的單能圖像。
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上述三種方法在某些ICF物理實(shí)驗(yàn)類型和強(qiáng)激光裝置能量條件下，仍然存在以下不足:1.彎晶成像和麗I的空間分辨能力不足，無法達(dá)到優(yōu)于5微米的空間分辨，GMXI雖然具有優(yōu)于5微米的空間分辨率，但是通道數(shù)只有2個(gè)；2.在進(jìn)行X射線自發(fā)光成像時(shí)，軔致輻射的自發(fā)光連續(xù)譜強(qiáng)度遠(yuǎn)低于特征輻射的線譜，特別是在較高能段的診斷區(qū)域(如2-5keV)或能量?jī)H有kj級(jí)的強(qiáng)激光裝置(如神光II)，這種實(shí)驗(yàn)類型時(shí)采用四通道KB顯微鏡配合X射線多層膜元件，以犧牲一定的能量分辨為代價(jià)獲得較高的集光效率，是一種可行的解決措施，但是仍然存在通道數(shù)受限的問題。3.上述三種方式的像面探測(cè)器均采用分幅相機(jī)，可以獲取多個(gè)瞬態(tài)時(shí)刻的二維圖像信息。但是在進(jìn)行時(shí)間分辨ICF物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，像面探測(cè)器使用的是掃描式的條紋相機(jī)，其通過長(zhǎng)度約幾十毫米，寬度約百微米的長(zhǎng)條形光陰極狹縫截取成像的一維空間信息，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，經(jīng)偏轉(zhuǎn)高壓掃描后實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨。這一過程要求多個(gè)通道的圖像在光陰極狹縫的長(zhǎng)度范圍內(nèi)沿同一直線分布排列，而上述三種方式無法滿足這一要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種配合條紋相機(jī)使用的時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):—種時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀，該譜儀包括子午方向上的一塊球面物鏡和弧矢方向上依次排列的η塊球面物鏡，子午方向上的球面物鏡分別與弧矢方向上的η塊球面物鏡構(gòu)成η個(gè)通道，η為大于I的整數(shù)；該譜儀的η個(gè)通道均基于Kirkpatrick-Baez (KB)結(jié)構(gòu)成像,物點(diǎn)發(fā)出的X射線經(jīng)過子午方向上的球面物鏡反射后形成一維成像，隨后再經(jīng)過弧矢方向上依次排列的η塊球面物鏡反射后在像面上形成η個(gè)通道的兩維成像。所述的子午方向上的球面物鏡鍍制基于全外反射原理的單層金屬膜，能量低于截止能點(diǎn)的X射線均能被反射。所述的弧矢方向上的球面物鏡鍍制基于Bragg衍射原理的窄能帶X射線多層膜以實(shí)現(xiàn)單能性；η塊球面物鏡分別 鍍制針對(duì)η個(gè)能點(diǎn)工作的窄能帶X射線多層膜，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多色和單能性。像面上形成η個(gè)通道的兩維成像沿同一條直線順序排列，與條紋相機(jī)光陰極狹縫復(fù)合，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨。通過微調(diào)弧矢方向上球面物鏡的工作掠入射角度和空間位置，可以改變?chǔ)莻€(gè)通道所成圖像在光陰極狹縫上的間隔。所述的η為2 8之間的整數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:1.本發(fā)明的多色單能X射線成像譜儀所成η個(gè)圖像的空間位置沿同一直線排列，并可通過微調(diào)弧矢方向上球面物鏡的角度和空間位置來改變成像間隔，因此配合條紋相機(jī)使用可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間掃描的多色單能X射線成像。2.本發(fā)明的多色單能X射線成像基于多層膜KB結(jié)構(gòu)，其單能性是通過多層膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，多層膜結(jié)構(gòu)比晶體具有較高的積分效率，同時(shí)KB結(jié)構(gòu)自身的空間分辨率和幾何集光效率也明顯高于X射線針孔。因此本發(fā)明的多色單能X射線成像較現(xiàn)有的MMI和彎晶成像技術(shù)具有更高的空間分辨率，較現(xiàn)有的MMI和GMXI具有更高的集光效率，因此適合進(jìn)行X射線產(chǎn)額較少的自發(fā)光成像診斷，特別是在較高能段區(qū)域或能量較低的kj級(jí)強(qiáng)激光裝置上。


圖1為本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例1中X射線在相鄰兩塊反射鏡位置的光路傳播示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1一種時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀，如圖1所示，該譜儀包括子午方向上的一塊球面物鏡(即TRM)和弧矢方向上依次排列的5塊球面物鏡(即M1、M2、M3、M4、M5)，子午方向上的球面物鏡分別與弧矢方向上的5塊球面物鏡構(gòu)成5個(gè)通道；該譜儀的5個(gè)通道均基于Kirkpatrick-Baez (KB)結(jié)構(gòu)成像,物點(diǎn)發(fā)出的X射線經(jīng)過子午方向上的球面物鏡反射后形成一維成像，隨后再經(jīng)過弧矢方向上依次排列的5塊球面物鏡反射后在像面上形成5個(gè)通道的兩維成像。子午方向上的球面物鏡鍍制基于全外反射原理的單層金屬膜，能量低于截止能點(diǎn)的X射線均能被反射?；∈阜较蛏系那蛎嫖镧R鍍制基于Bragg衍射原理的窄能帶X射線多層膜以實(shí)現(xiàn)單能性；5塊球面物鏡分別鍍制針對(duì)5個(gè)能點(diǎn)工作的窄能帶X射線多層膜，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多色和單能性。像面上形成5個(gè)通道的兩維成像沿同一條直線順序排列，與條紋相機(jī)光陰極狹縫復(fù)合，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨。通過微調(diào)弧矢方向上球面物鏡的工作掠入射角度和空間位置，可以改變5個(gè)通道所成圖像在光陰極狹縫上的間隔。如圖1所示，子午方向上的一塊球面物鏡(即TRM)和弧矢方向上依次排列的5塊球面物鏡(即M1、M2、M3、M4、M5)的成像公式如下:
權(quán)利要求
1.一種時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀，其特征在于，該譜儀包括子午方向上的一塊球面物鏡和弧矢方向上依次排列的η塊球面物鏡，子午方向上的球面物鏡分別與弧矢方向上的η塊球面物鏡構(gòu)成η個(gè)通道，η為大于I的整數(shù)； 所述的η個(gè)通道均基于Kirkpatrick-Baez結(jié)構(gòu)成像,物點(diǎn)發(fā)出的X射線經(jīng)過子午方向上的球面物鏡反射后形成一維成像，隨后再經(jīng)過弧矢方向上依次排列的η塊球面物鏡反射后在像面上形成η個(gè)通道的兩維成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀，其特征在于，所述的子午方向上的球面物鏡鍍制基于全外反射原理的單層金屬膜，能量低于截止能點(diǎn)的X射線均能被反射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀，其特征在于，所述的弧矢方向上的球面物鏡鍍制基于Bragg衍射原理的窄能帶X射線多層膜；η塊球面物鏡分別鍍制針對(duì)η個(gè)能點(diǎn)工作的窄能帶X射線多層膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀，其特征在于，像面上形成η個(gè)通道的兩維成像沿同一條直線順序排列，與條紋相機(jī)光陰極狹縫復(fù)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀，其特征在于，所述的η為2 8之間的整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種時(shí)間分辨的多色單能X射線成像譜儀，該譜儀包括子午方向上的一塊球面物鏡和弧矢方向上依次排列的n塊球面物鏡，n為大于1的整數(shù)；n個(gè)通道均基于Kirkpatrick-Baez(KB)結(jié)構(gòu)成像，物點(diǎn)發(fā)出的X射線經(jīng)過子午方向上的球面物鏡反射后形成一維成像，隨后再經(jīng)過弧矢方向上依次排列的n塊球面物鏡反射后在像面上形成n個(gè)通道的兩維成像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的多色單能X射線成像譜儀較現(xiàn)有的MMI和彎晶成像技術(shù)具有更高的空間分辨率，較現(xiàn)有的MMI和GMXI具有更高的集光效率，因此適合進(jìn)行X射線產(chǎn)額較少的自發(fā)光成像診斷，特別是在較高能段區(qū)域或能量較低的kJ級(jí)強(qiáng)激光裝置上。
文檔編號(hào)G01N23/04GK103234987SQ20131013406
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者穆寶忠, 章逸舟, 伊圣振, 王新, 朱京濤, 王占山 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)