300kV脉冲X射线源辐射特性及其应用研究

发布时间：2021-04-08 06:13

　　脉冲X射线源因其脉冲短、强度高等特点而被广泛应用于实验物理研究,其中一类为瞬态过程诊断,主要包括透射成像和衍射成像等。透射成像通常又被称为闪光照相,它是利用脉冲X射线源的轫致辐射,当客体为高面密度时,需要X射线具有强穿透性,X射线源辐射光子能量应偏向高能;而当客体为低面密度时,为了提高面密度诊断灵敏度,光子能量应偏向低能。衍射成像则是利用脉冲X射线源的特征辐射与晶体材料发生衍射,进而研究晶体材料在动态加载条件下发生的压缩、位错和相变等响应特性,由于材料原子、分子间距为1-～10A,结合工程因素,决定了 X射线波长不能过短,因此光子能量也偏向低能,同时要求特征辐射强度高,单色性好。可见,不同的成像应用对脉冲X射线源的辐射光子能量以及能谱需求不同。针对衍射成像和低面密度客体透射成像应用需求,基于脉冲功率技术的数百kV低能脉冲X射线源是比较合适的选择,也因此得到了国、内外相关研究机构的青睐,并重点发展了应用技术,取得了不少的研究成果。但同时也发现:1)在电子与靶相互作用理论中,对脉冲X射线源的设计缺乏足够的支撑,靶参数对辐射的影响规律认识不够;2)针对衍射成像应用的二极管,未见有关Kα辐射特... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：103 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２闪光照相示意??

?３００ｋＶ脉冲Ｘ射线源辐射特性及其应用研宄???对成像造成的模糊，从而获得该时刻的准静态闪光Ｘ光图像Ｗ，因此脉冲Ｘ射线源也常??被称为闪光Ｘ光机，其基本成像布局如图１．２所示。闪光照相中，如果客体的面密度高，??脉冲Ｘ射线源辐射光子能量应偏向高能提高穿透能力，比如微喷现象的中晚期；相反则??应偏向低能提高面密度灵敏度，比如微喷现象的早期。??Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ??Ｐｕｌｓｅｄ?ｘ－ｒａｙ?＿＿＿＿＿＿－－－－一＂＂＂＂＂＂??ｓｏｍｃｅ＾＾－－??＾?Ｈ?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ??ｖ＾ｌ??图１．２闪光照相示意??典型应用之二是利用脉冲Ｘ射线源的特征辐射与客体发生衍射，进而研究客体在??动态加载条件下的压缩、位错和相变等微介观响应特性，一般客体为单晶或多晶材料，??代表性衍射成像布局及结果见图１．３。由于原子和分子的间距为１－？１０Ａ，结合应用研宄??需求，决定了?Ｘ射线波长不能过短，因此光子能量也偏向低能，同时要求特征辐射强度??高，单色性好。??［？?Ｉ??１．?ｊ－?—Ｊ?？２〇ｌ??Ｔａｒ〇＊ｉ?Ｃｈａｍｂｅｒ?旦■??｛?ｗ?—?１１０Ｈ??Ｑｕｎ?／?〇〇＜一?二、ｙ?｜?Ｉ??一？：一??．?＾?＾?１?ｍ??＾Ｘ－ｒａｙ?Ｓｏｕｒｃｅ＾???—??＼????５?１０?１５?２０??＼?Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｄｅｔｅｃｔｏｒ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?（ｍｍ）??图１．３动态衍射成像布局（左）及结果（右）Ｍｍ??可见，不同的成像应用对脉冲Ｘ射线源的辐射光子能量以及能谱需求不同。??１．１．３．成像效果影响因素??脉冲Ｘ射线源用于成像时

式中５，代表系统空间分辨力，庆、和艮分别表示脉冲Ｘ射线源、探测器??和客体带来的模糊度，ｍｍ；?＆?ＺＸ?ｖ分别表示焦斑（ｍｍ）、探测器像元尺寸（ｍｍ）以??及客体运动速度（ｍｍ／ｎｓ）；?Ｚ表示Ｘ射线脉宽，ｎｓ；?Ｍ为成像放大比，定义如下［１２］：??Ｍ?＝?Ｌ－＾?（１－３）??乙１??（?Ｌｌ?＾??一一＾?Ｓｏｕｒｃｅ?ｂｌｕｒ??〇??一一?￣?—?Ｄｅｔｅｃｔｏｒ?ｂｌｕｒ??Ｘ－ｒａｙ?ｓｏｕｒｃｅ?〇ｂｊｅｃｔ??Ｄｅｔｅｃｔｏｒ??图１．４成像模糊度示意??从式（１－２）和式（１－３）可以得出，若仅考虑脉冲Ｘ射线源部分，焦斑越孝Ｘ射??线脉宽越窄，则成像效果越好，但两者与照射量有关，可能导致脉冲Ｘ射线源的技术路??径完全不同，实际中需要综合考虑。焦斑可以采用刀刃法、小孔相机、狭缝法等方法测??量，经由数学方法处理后获得等效焦斑尺寸，目前各个研宄机构对焦斑没有统一的定义，??如表。表中每列依次代表源分布类型、源半高宽、美国阿拉莫斯实验室定义焦斑、??英国原子能武器研宄机构定义焦斑以及极限分辨率。??表１－１同样半髙宽下的焦斑比较??．?．?ＦＷＨＭ?ｄｔＡＮＬ?ｄＡＷＥ?ＬＲ??Ｓｏｕｒｃｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ???（ｍｍ）?（ｍｍ）?（ｍｍ）?（ｌｐ／ｍｍ）???Ｇａｕｓｓｉａｎ?１?１．５９８?１．２５?０．９１７??３??


本文编号：3125014