專利名稱：一種時間分辨的多色單能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，對激光等離子體進行時間分辨的單能或準單能成像觀測是獲取等離子體動態(tài)演化信息的重要手段，也是校驗數(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)多個能點的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)勢在于單能性很好，能量分辨Ε/ΛΕ可以達到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，使其無法達到優(yōu)于5微米的空間分辨，系統(tǒng)實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、研制和裝調(diào)比較簡單。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。中心視場分辨率可以到2-3微米，幾百微米視場的分辨率均可優(yōu)于5微米。其集光效率可以達到10-7，比針孔約高2個量級。配合分幅相機，一次實驗可以在兩個時刻分別獲得兩個能點的單能圖像。
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上述三種方法在某些ICF物理實驗類型和強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；2.在進行X射線自發(fā)光成像時，軔致輻射的自發(fā)光連續(xù)譜強度遠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)或能量僅有kj級的強激光裝置(如神光II)，這種實驗類型時采用四通道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器均采用分幅相機，可以獲取多個瞬態(tài)時刻的二維圖像信息。但是在進行時間分辨ICF物理實驗時，像面探測器使用的是掃描式的條紋相機，其通過長度約幾十毫米，寬度約百微米的長條形光陰極狹縫截取成像的一維空間信息，并將其轉(zhuǎn)換成電信號后，經(jīng)偏轉(zhuǎn)高壓掃描后實現(xiàn)時間分辨。這一過程要求多個通道的圖像在光陰極狹縫的長度范圍內(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使用的時間分辨的多色單能X射線成像譜儀。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):—種時間分辨的多色單能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個通道，η為大于I的整數(shù)；該譜儀的η個通道均基于Kirkpatrick-Baez (KB)結(jié)構(gòu)成像,物點發(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射線多層膜以實現(xiàn)單能性；η塊球面物鏡分別 鍍制針對η個能點工作的窄能帶X射線多層膜，以同時實現(xiàn)多色和單能性。像面上形成η個通道的兩維成像沿同一條直線順序排列，與條紋相機光陰極狹縫復(fù)合，可以實現(xiàn)時間分辨。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η個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，因此配合條紋相機使用可以實現(xiàn)時間掃描的多色單能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)實現(xiàn)的，多層膜結(jié)構(gòu)比晶體具有較高的積分效率，同時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級強激光裝置上。


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。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例1一種時間分辨的多色單能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個通道；該譜儀的5個通道均基于Kirkpatrick-Baez (KB)結(jié)構(gòu)成像,物點發(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，能量低于截止能點的X射線均能被反射。弧矢方向上的球面物鏡鍍制基于Bragg衍射原理的窄能帶X射線多層膜以實現(xiàn)單能性；5塊球面物鏡分別鍍制針對5個能點工作的窄能帶X射線多層膜，以同時實現(xiàn)多色和單能性。像面上形成5個通道的兩維成像沿同一條直線順序排列，與條紋相機光陰極狹縫復(fù)合，可以實現(xiàn)時間分辨。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個通道，η為大于I的整數(shù)； 所述的η個通道均基于Kirkpatrick-Baez結(jié)構(gòu)成像,物點發(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個通道的兩維成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時間分辨的多色單能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η個能點工作的窄能帶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個通道的兩維成像沿同一條直線順序排列，與條紋相機光陰極狹縫復(fù)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時間分辨的多色單能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個通道均基于Kirkpatrick-Baez(KB)結(jié)構(gòu)成像，物點發(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級強激光裝置上。
文檔編號G01N23/04GK103234987SQ20131013406
公開日2013年8月7日 申請日期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 申請人:同濟大學(xué)