X光分幅相机磁透镜结构对电子束成像质量的影响

发布时间：2017-07-20 08:15

  本文关键词：X光分幅相机磁透镜结构对电子束成像质量的影响

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【摘要】：自电磁透镜用于电子成像以来,已经广泛用于各个领域,如医学,生物,探测测量等。由于电子在电场和磁场中运动分别受到电场力和洛伦兹力的作用,使电子束可以像光线穿过光学透镜一样穿过电子透镜聚焦成像,能使电子聚焦成像的透镜便是电磁透镜。电磁透镜有静电透镜和磁透镜之分,使用电场让电子束成像的透镜称为“静电透镜”,使用磁场让电子束成像的透镜称为“磁透镜”。磁透镜由于结构简单,调节方便,抗干扰能力强,多应用于显像管、电子显微镜和真空器件等设备中来聚焦电子束。在超快诊断设备——短磁聚焦式X光分幅相机(XFC)中也具有重要应用。X光分幅相机以微通道板(MCP)为核心部件,得到高精度的时空分辨图像,其测量数据是分析超快过程的重要依据,近年来已经在惯性约束聚变(ICF)、Z箍缩(Z-pinch)、高能高密度物理(HEDP)等研究领域发挥重要作用。在X光分幅相机结构中,磁透镜作为相机结构的重要组成部分,对成像质量及其空间分辨率有着关键影响,因此分析和设计磁透镜的结构,对于提高电子束成像质量及其空间分辨率具有重要理论指导作用。本论文以研究磁透镜结构对电子束成像质量影响为主做了以下工作:采用洛伦兹软件Lorentz 3D-EM建立宽电子束分幅变像管模型,该软件内嵌边界元和有限元计算方法,可有效用于X光分幅变像管磁透镜结构,短磁聚焦分幅变像管的分析和设计,可以模拟得到初始电子能量分布,发射方向,轴上磁场分布等数据和分布图像;以龙格-库塔计算方法求解得到电子运行轨迹,得到电子在接收面的落点分布,便于研究和计算电子束成像空间分辨率。仿真模拟结果可为优化分幅变像管系统设计、提高相机成像质量提供数据参考。本论文采用软件模拟的方法,在电子束成像倍率为1:1情况下得出阴极中心点空间分辨率为16.0 lp/mm,离阴极中心5 mm,10 mm空间分辨率为7.7 lp/mm,4.1 lp/mm。通过测试得到阴极中心点的空间分辨为10 lp/mm,与模拟结果相比较接近。模拟了不同的磁透镜狭缝宽度,得到不同狭缝宽度对应的空间分辨率,得到随着狭缝宽度增加,空间分辨率随之增加的结论;将磁透镜内径设置为原直径的1.25倍,得到阴极中心空间分辨率模拟为23.4lp/mm,离阴极中心5 mm,10 mm距离空间分辨率分别为17.9 lp/mm,11.7 lp/mm,比较可得通过增大磁透镜内径可以提高变象管的空间分辨率。
【关键词】：超快诊断技术 X光分幅相机 磁透镜 短磁聚焦 空间分辨率 洛伦兹软件
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN143;TB852.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 核能10-11
• 1.2 能源问题的根本出路11
• 1.3 惯性约束核聚变11-12
• 1.4 超快诊断技术12-13
• 1.5 X射线分幅相机简介13-15
• 第2章 短磁聚焦X射线分幅相机结构15-21
• 2.1 真空系统15
• 2.2 时间展宽分幅管15-18
• 2.2.1 微通道板MCP16
• 2.2.2 微带型阴极16-17
• 2.2.3 荧光屏17-18
• 2.3 磁透镜18
• 2.4 CCD图像记录装置18
• 2.5 电控系统18-19
• 2.6 X光分幅相机的技术参数19-21
• 2.6.1 空间分辨率19
• 2.6.2 时间分辨率19-20
• 2.6.3 动态范围20-21
• 第3章 光电子理论和电子场中运动轨迹分析21-31
• 3.1 光电子理论基础21-24
• 3.1.1 半导体光电子发射理论21-22
• 3.1.2 金属光电子发射理论22-23
• 3.1.3 次级电子发射23
• 3.1.4 X射线光电子发射特点23-24
• 3.2 电子静磁场中运动轨迹分析24-28
• 3.2.1 轴对称静磁场24
• 3.2.2 轴对称静磁场的空间分布数学表达式24-25
• 3.2.3 轴对称静磁场中旁轴区电子的受力分析25-28
• 3.3 电子轨迹的数值解法28-31
• 3.3.1 求解电子轨迹方程方法28-30
• 3.3.2 电子轨迹方程的求解30-31
• 第4章 分幅变像管的结构模拟与分析31-48
• 4.1 模拟软件及方法介绍31-33
• 4.1.1 LORENTZ-3EM软件简介31
• 4.1.2 LORENTZ-3EM软件功能及技术优势31-32
• 4.1.3 LORENTZ-3EM软件计算方法32-33
• 4.2 变像管及磁透镜结构模拟33-48
• 4.2.1 变像管简介33-34
• 4.2.2 短磁聚焦式变像管结构34-36
• 4.2.3 短磁聚焦式变像管结构模拟设置及计算36-40
• 4.2.4 电子发射轨迹设置及求解40-45
• 4.2.5 计算变像管空间分辨率45-48
• 第5章 磁镜结构设计48-60
• 5.1 磁透镜结构设计对空间分辨率的影响模拟48-60
• 5.1.1 铁壳厚度对空间分辨率的影响48-51
• 5.1.2 不同开缝缝宽对空间分辨率的影响51-54
• 5.1.3 增大内直径对空间分辨率的影响54-60
• 第6章 变像管空间分辨率测试60-66
• 6.1 分幅变像管的静态空间分辨率测试60-62
• 6.2 变像管的空间传递调制函数SMTF计算62-64
• 6.3 磁透镜不同倍率对空间分辨率的影响64-66
• 第7章 总结与展望66-67
• 7.1 论文工作总结66
• 7.2 工作展望66-67
• 参考文献67-70
• 致谢70

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本文编号：567028