基于超环面晶体的X射线成像诊断

设计了可用于X射线成像用的聚焦型超环面晶体谱仪,讨论了基于布拉格几何结构的超环面及球面弯曲晶体聚焦特性,给出了基于超环面晶体X射线2维单能成像的光源、晶体及探测器的最佳位置,在中国工程物理研究院激光聚变研究中心进行了X射线背光成像实验。利用超环面弯曲晶体作为成像器件,其弧矢及子午平面的曲率半径分别为290mm及190mm,该曲面晶体具有极高的聚光效率。实验中利用X射线成像板获取了Cr的Kα射线辐射形成的金属栅格2维图像。实验结果表明,研制的超环面晶体能够用于X射线单能成像;分析图像的光谱信息可知,在弧矢方向的空间分辨力约为100μm,实验结论符合预期目标。

超环面晶体成像技术分析及实现

为了在聚爆装置上对目标靶进行光谱分析及成像诊断,设计了超环面晶体X射线成像系统。从理论上分析了Johann型弯曲晶体结构的成像像差,利用模拟软件对基于布拉格结构的弯晶系统进行仿真成像,研究布拉格角与成像空间分辨力的关系。采用Oxford射线管、X射线检测器及云母超环面晶体对金属网格进行了X射线背光成像实验,实验获得了网格的X射线图像及铜的Kα射线光谱,结果表明超环面晶体能够进行微米级的高分辩成像,也可用于检测X射线光谱。

钛靶X射线超环面晶体衍射高分辨率聚焦诊断技术研究

针对等离子体X射线成像诊断高空间分辨率的需求,本文提出了一种基于超环面石英晶体衍射聚焦元件的钛靶X射线高分辨率聚焦成像结构,研究分析了超环面晶体成像的原理及特性。为证明超环面晶体具有高空间分辨率特性,基于X射线衍射追迹原理对球面及超环面晶体的X射线衍射进行性能仿真,在保持射线源及成像物体不变的条件下,对比分析了不同晶体面形结构的衍射成像结果,计算得到球面晶体和超环面晶体在弧矢方向上的成像空间分辨率分别约为40μm和5μm。仿真结果表明超环面晶体作为X射线衍射分光元件较传统的球面晶体具有强聚焦、高空间分辨率的特点,是较为理想的X射线衍射分光元件。此外,本文利用特征峰能量为4.75 keV的钛靶激光装置、IP板以及超环面石英晶体完成了X射线背光成像实验研究,其中超环面石英晶体的子午面和弧矢面半径分别为295.6 mm和268.5 mm,晶格常数2d=0.2749 nm,实验获得了清晰的栅格成像图。实验结果表明该超环面石英晶体能够对钛靶X射线进行衍射成像,并能获得较高的成像空间分辨率。实验中获得的超环面石英晶体衍射的最终成像空间分辨率为10μm。

超环面弯晶在X射线单色背光成像中的应用

基于Bragg衍射理论,分析了超环面晶体分析器实现等离子体在子午和弧矢2个方向等比例放大成像的原理,采用云母作为衍射晶体,研制了对激光等离子体进行二维成像的超环面晶体分析器,其子午和弧矢曲率半径分别为290mm和196mm,用于衍射成像时的Bragg角度为54°。采用铬靶X射线源辐照金属网格目标,网格的网孔尺寸为200μm×200μm,通过超环面晶体分析器对铬靶Kα谱线的衍射,在X射线IP板上得到了网格的二维背光衍射图像,并与球面晶体分析器成像效果进行了对比。实验结果表明,与球面晶体分析器相比,超环面晶体分析器可实现在子午和弧矢2个方向等放大比的X射线背光成像,且分析器具有较高的空间分辨力,当光源尺寸为500μm,成像放大倍数为1.86倍时,其空间分辨力达到67μm。

一种新型曲面晶体成像系统的研制

为了对诊断目标进行瞬态辐射成像,提出了研制X射线聚焦成像系统,主要器件为一各向同性的X射线点光源及超环面弯曲晶体成像器。X射线照射至被成像物体后再投射到超环面晶体,经该凹面晶体聚焦后在X射线探测器表面成像。讨论了超环面晶体在布拉格几何结构中的聚焦成像特性,提出利用X射线源进行二维优化成像的适用条件。利用模拟软件对网格物体进行仿真成像,研究像距及光源尺寸对成像空间分辨力的影响,并据此确定了实验参量。设计的超环面弯晶采用云母材料,子午面曲率半径为290 mm,弧矢面曲率半径为190 mm。利用该系统进行了X射线背光成像实验,实验结果表明:系统的成像空间分辨力最高可达到34μm,能够满足聚爆辐射成像的要求;在光源尺寸较大时像距变化对成像效果有明显影响。