一种用于零像散像差的双球面弯晶成像系统及其调节方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于零像散像差的双球面弯晶成像系统，该系统包括固定底板、五维调节架Ⅰ、球面凹晶、五维调节架Ⅱ、球面凸晶、二维调节架Ⅰ、五维调节架Ⅲ、连杆、长方体玻璃块、底片室、底片盒、滤片框、滤片、底片、挡光板、五维调节架Ⅳ，球面凹晶固定设置在五维调节架Ⅰ上，球面凸晶固定设置在五维调节架Ⅱ上，长方体玻璃块固定设置在五维调节架Ⅲ上，连杆的一端固定在固定底板的下表面、另一端固定在五维调节架Ⅳ上，底片室固定设置在二维调节支架上，各五维调节架依次固定在固定底板上。本发明专利技术有效消除球面弯晶的像散像差对空间分辨力的影响，使球面弯晶具有高空间分辨能力应用于高温稠密等离子体、惯性约束聚变中小球内爆过程的诊断。

A double spherical curved crystal imaging system and its adjustment method for zero astigmatic aberration

The invention discloses a double spherical bent crystal imaging system without astigmatism aberration, the system includes a fixed plate, five dimensional control of spherical concave crystal, five dimensional control II, spherical convex crystal, two-dimensional adjusting frame I, five dimensional adjusting frame III, connecting rod, rectangular pieces of glass, film, film room box, filter box, filter, film, barndoors, five dimensional control IV, spherical concave crystal is fixedly arranged on the adjusting frame of dimension, spherical convex crystal arranged in five dimensional control II, cuboid glass block is fixedly arranged in five dimensional control III, one end of the connecting rod is fixed on the fixed plate under the surface, the other end is fixed on the five dimensional control IV, the film chamber is fixedly arranged in a two-dimensional adjusting bracket, the five dimensional adjusting frame are fixed in the fixed plate. The invention effectively eliminates the influence of the astigmatic aberration of spherical bent crystal on the spatial resolution, and enables the spherical bent crystal to have high spatial resolution ability. It is applied to the diagnosis of the ball implosion process in high temperature dense plasma and inertial confinement fusion.

【技术实现步骤摘要】
一种用于零像散像差的双球面弯晶成像系统及其调节方法
本专利技术属于X射线成像领域，具体涉及一种用于零像散像差的双球面弯晶成像系统及其调节方法，可用于小布拉格角（掠入射角）、高空间分辨力、准单色性的高温等离子体X射线成像。
技术介绍
X射线成像技术常用于高温稠密等离子体、惯性约束聚变中小球内爆过程的诊断。诸如在内爆过程中，靶丸推进层与燃料界面由于流体力学不稳定性产生的畸变，以及由于驱动不对称产生的大尺度形变等对内爆效率有严重影响。燃料界面的实验观测是研究这些问题的有效途径，而且界面图像可以准确地反映燃料区的压缩形状。通过对靶丸的压缩过程进行X射线背光照相，可以获得具有一定精度的时空间分辨靶球内爆背光图像，以便研究辐射驱动内爆的对称性问题和分析内爆推进层运动的过程，并与数值模拟程序进行比对。用于X射线成像元件主要有针孔相机、KB显微镜、球面弯晶或超环面弯晶。X射线针孔相机的成像空间分辨力主要由孔径大小决定的。空间分辨力和成像效率互为制约关系，使得针孔相机只适用于小型激光器产生等离子体X射线成像。KB显微镜成像的中心视场分辨力由轴上点球差决定，非中心视场分辨力由球差和离轴像差共同影响；随着视场的增大，轴外像差增大，造成轴外点空间分辨力的降低，使得空间分辨力随视场的变化曲线呈“V”形。在较高能点时，KB显微镜受到全外反射临界角限制，工作掠入角θ较小，分辨力曲线的斜率较大。球面弯晶由于具有聚焦特性，用于X射线成像可以克服X射线针孔相机的缺点和弥补KB显微镜的不足，但球面弯晶的成像分辨能力主要要考虑由像散像差决定的空间分辨能力，而随着布拉格角减小，球面弯晶在子午和弧矢面的焦面间隔加大，导致空间分辨能力降低，因而球面弯晶用于X射线成像将面临非正入射像散像差的成像失真问题。如果将球面弯晶的X射线成像方案限制布拉格角在830<θ<900（近正入射）范围，以及探测器在X射线光源附近使用，成像空间分辨力可以达到，但遇到的困境是：探测器容易遭到激光打靶喷出的碎片损坏。其次，几乎只能采用晶格常数选单，由于目前可用于分光晶体的晶格常数有限，因而在一定程度上局限了球面弯晶的应用，从而将会失去其比拟的优势。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于零像散像差的双球面弯晶成像系统及其调节方法，本专利技术为可用于小布拉格角条件下的高空间分辨能力、准单色X射线成像的双球面弯晶，本专利技术的双球面弯晶是对单个球面弯晶成像的基础上提出的改进，有效地消除了像散像差对空间分辨力的影响，使得球面弯晶几乎可在任何布拉格角条件下都可能实现高空间分辨力、准单色性的X射线成像。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于零像散像差的双球面弯晶成像系统，该成像系统包括固定底板、五维调节架Ⅰ、球面凹晶、五维调节架Ⅱ、球面凸晶、二维调节架Ⅰ、五维调节架Ⅲ、连杆、长方体玻璃块、底片室、底片盒、滤片框、滤片、底片、挡光板、五维调节架Ⅳ，所述球面凹晶固定设置在五维调节架Ⅰ上，球面凸晶固定设置在五维调节架Ⅱ上，长方体玻璃块固定设置在五维调节架Ⅲ上，连杆的一端固定在固定底板的下表面、另一端固定在五维调节架Ⅳ上，底片室固定设置在二维调节支架上，所述五维调节架Ⅰ、五维调节架Ⅱ、五维调节架Ⅲ依次固定在固定底板上；所述底片盒的中心点在光源中心和长方体玻璃块中心点连线的延长线上，所述底片盒信号接收面的法线方向与球面凸晶中心反射光线一致，所述底片位于底片盒中，滤片粘贴在滤片框上，然后粘贴好滤片的滤片框置于底片盒中与底片叠合在一起组成记录系统，记录系统插入至底片室中，且滤片与底片的中心点均在球面凸晶中心反射光线上。所述球面凹晶所在的圆和球面凸晶所在的圆为同心圆。所述球面凹晶的曲率半径为R1，相应的布拉格角为θ1，所述球面凸晶的曲率半径为R2，相应的布拉格角为θ2，所述球面凹晶、球面凸晶之间的曲率半径和布拉格角的约束关系为R1cosθ1=R2cosθ2。所述45°<θ1<90°，0°<θ2<45°。所述球面凹晶、球面凸晶和底片盒在物体的同侧，所述球面凹晶和球面凸晶中心连线与物体和像的连线垂直相交。一种用于零像散像差的双球面弯晶成像系统的调节方法，该调节方法包括实验室离线调节和靶室在线调节。所述实验室离线调节包括以下几步：第一步，建立实验室装调监视系统，利用水平仪调整固定底板至水平，在固定底板上安放长方体玻璃块进行基准的建立，长方体玻璃块中心处刻有十字刻线，所述十字刻线的横刻线与该表面的水平边之间均相互平行，平行误差不大于2″，所述十字刻线的纵刻线与该表面的竖直边之间均相互平行，平行误差不大于2″，调节第一激光经纬仪、第一平行光管视场里的自准，使第一激光经纬仪的光轴与横刻线重合，第一平行光管的光轴与纵刻线重合，建立以第一平行光管光轴为X轴、第一激光经纬仪光轴为Y轴，X轴、Y轴交点为坐标原点O的笛卡尔OXYZ坐标系；第二步，将辅助小球安装在五维调节架Ⅲ上，通过五维调节架Ⅲ固定在固定底板上，利用实验室装调监视系统，将辅助小球精准地放置到坐标原点O的位置；第三步，将所述球面凹晶固定在五维调节架Ⅰ上，通过五维调节架Ⅰ固定在固定底板上，利用第一激光经纬仪观察，将所述球面凹晶中心调整直到y轴上，然后以辅助小球为基准，将球面凹晶中心精准放在球面凹晶既定设计的位置处；第四步，用所述第一平行光管监视，以辅助小球为基准，在物和像的位置分别准确放置第二小球和第一小球以替代物和像，分别将第二小球和第一小球固定在二维调节架Ⅱ和二维调节架Ⅰ上，然后利用辅助小球和所述球面凹晶中心点位置，再建立观察基准线为第二激光经纬仪的光轴线，利用实验室X射线衍射仪的电源，光束通过第二小球辐照球面凹晶上，转动五维调节架Ⅰ的XY轴面内的二维转动，使得球面凹晶衍射角θ1满足布拉格条件，且在辅助小球的位置上观察到有第二小球的清晰图像，并且第二小球图像轮廓中心与辅助小球中心重合，关闭X射线衍射仪电源，锁定五维调节架Ⅰ；第五步，将所述球面凸晶固定在五维调节架Ⅱ上，在y轴上放置球面凸晶位置的方法与第三步相同，调节球面凸晶的姿态及位置的方法同第四步，调节至在第一小球位置上观察到有第二小球的清晰图像，关闭X射线衍射仪的电源，锁死五维调节架Ⅱ；第六步，拆下所述辅助小球，将辅助小球更换为长方体玻璃块并固定，通过第一激光经纬仪贴面方法，利用第一平行光管完成视场自准，锁死五维调节架Ⅲ，完成用于零像散像差的双球面弯晶成像系统的实验室离线调节。所述靶室在线调节包括以下几步：步骤（1），在靶室的靶位处放置定位小球，利用定位小球、第一法兰窗口的中心和第二平行光管建立靶室的在线调节的监视基准线，以定位小球为零基准，量取像距位置，在像距位置上放置第三小球，使第三小球中心位于监视基准线上；步骤（2），将连杆固定在五维调节架Ⅴ上，所述五维调节架Ⅴ固定在靶室底板上，将所述的长方体玻璃块中心移动到监视基准线上，具体方法同步骤（1），并通过第二平行光管完成视场自准；步骤（3），以所述的定位小球、第三小球、长方体玻璃块中心连线为基准线，利用激光水平仪，通过以长方体玻璃块中心位置不变调节五维调节架Ⅴ，使球面凹晶的中心、球面凸晶的中心和定位小球的中心均在同一水平面内；步骤（4），本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于零像散像差的双球面弯晶成像系统，其特征在于，该成像系统包括固定底板（2）、五维调节架Ⅰ（3）、球面凹晶（4）、五维调节架Ⅱ（5）、球面凸晶（6）、二维调节架Ⅰ（7）、五维调节架Ⅲ（9）、连杆（13）、长方体玻璃块（17）、底片室（23）、底片盒（24）、滤片框（25）、滤片（25‑1）、底片（25‑2）、挡光板（26）、五维调节架Ⅳ（27），所述球面凹晶（4）固定设置在五维调节架Ⅰ（3）上，球面凸晶（6）固定设置在五维调节架Ⅱ（5）上，长方体玻璃块（17）固定设置在五维调节架Ⅲ（9）上，连杆（13）的一端固定在固定底板（2）的下表面、另一端固定在五维调节架Ⅳ（27）上，底片室（23）固定设置在二维调节支架（7）上，所述五维调节架Ⅰ（3）、五维调节架Ⅱ（5）、五维调节架Ⅲ（9）依次固定在固定底板（2）上；所述底片盒（24）的中心点在光源（1）中心和长方体玻璃块（17）中心点连线的延长线上，所述底片盒（24）信号接收面的法线方向与球面凸晶（6）反射光线一致，所述底片（25‑2）位于底片盒（24）中，滤片（25‑1）粘贴在滤片框（25）上，然后粘贴好滤片的滤片框置于底片盒（24）中与底片（25‑2）叠合在一起组成记录系统，记录系统插入至底片室（23）中，且滤片（25‑1）与底片（25‑2）的中心点均在球面凸晶中心反射光线上。...

【技术特征摘要】
1.一种用于零像散像差的双球面弯晶成像系统，其特征在于，该成像系统包括固定底板（2）、五维调节架Ⅰ（3）、球面凹晶（4）、五维调节架Ⅱ（5）、球面凸晶（6）、二维调节架Ⅰ（7）、五维调节架Ⅲ（9）、连杆（13）、长方体玻璃块（17）、底片室（23）、底片盒（24）、滤片框（25）、滤片（25-1）、底片（25-2）、挡光板（26）、五维调节架Ⅳ（27），所述球面凹晶（4）固定设置在五维调节架Ⅰ（3）上，球面凸晶（6）固定设置在五维调节架Ⅱ（5）上，长方体玻璃块（17）固定设置在五维调节架Ⅲ（9）上，连杆（13）的一端固定在固定底板（2）的下表面、另一端固定在五维调节架Ⅳ（27）上，底片室（23）固定设置在二维调节支架（7）上，所述五维调节架Ⅰ（3）、五维调节架Ⅱ（5）、五维调节架Ⅲ（9）依次固定在固定底板（2）上；所述底片盒（24）的中心点在光源（1）中心和长方体玻璃块（17）中心点连线的延长线上，所述底片盒（24）信号接收面的法线方向与球面凸晶（6）反射光线一致，所述底片（25-2）位于底片盒（24）中，滤片（25-1）粘贴在滤片框（25）上，然后粘贴好滤片的滤片框置于底片盒（24）中与底片（25-2）叠合在一起组成记录系统，记录系统插入至底片室（23）中，且滤片（25-1）与底片（25-2）的中心点均在球面凸晶中心反射光线上。2.根据权利要求1所述的用于零像散像差的双球面弯晶成像系统，其特征在于，所述球面凹晶（4）所在的圆和球面凸晶（6）所在的圆为同心圆。3.根据权利要求1所述的用于零像散像差的双球面弯晶成像系统，其特征在于，所述球面凹晶（4）的曲率半径为R1，相应的布拉格角为θ1，所述球面凸晶（6）的曲率半径为R2，相应的布拉格角为θ2，所述球面凹晶、球面凸晶之间的曲率半径和布拉格角的约束关系为R1cosθ1=R2cosθ2。4.根据权利要求3所述的用于零像散像差的双球面弯晶成像系统，其特征在于，所述45°<θ1<90°，0°<θ2<45°。5.根据权利要求1-4任一所述的用于零像散像差的双球面弯晶成像系统，其特征在于，所述球面凹晶（4）、球面凸晶（6）和底片盒（24）在物体的同侧，所述球面凹晶和球面凸晶中心连线与物体和像的连线垂直相交。6.一种权利要求5所述的用于零像散像差的双球面弯晶成像系统的调节方法，其特征在于，该调节方法包括实验室离线调节和靶室在线调节。7.根据权利要求6所述的用于零像散像差的双球面弯晶成像系统的调节方法，其特征在于，所述实验室离线调节包括以下几步：第一步，建立实验室装调监视系统，利用水平仪调整固定底板至水平，在固定底板上安放长方体玻璃块进行基准的建立，长方体玻璃块中心处刻有十字刻线，所述十字刻线的横刻线与该表面的水平边之间均相互平行，平行误差不大于2″，所述十字刻线的纵刻线与该表面的竖直边之间均相互平行，平行误差不大于2″，调节第一激光经纬仪（16）、第一平行光管（14）视场里的自准，使第一激光经纬仪的光轴与横刻线重合，第一平行光管的光轴与纵刻线重合，建立以第一平行光管光轴为X轴、第一激光经纬仪光轴为Y轴，X轴、Y轴交点为坐标原点O的笛卡尔OXYZ坐标系；第二步，将辅助小球（10）安装在五维调节架Ⅲ（9）上，通过五维调节架Ⅲ（9）固定在固定底板（2）上，利用实验室装调监视系统，将辅助小球（10）精准地放...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞荣，安红海，舒桦，方智恒，贾果，谢志勇，王伟，熊俊，张帆，华能，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31