一种准单能X射线针孔相机及其安装调试方法技术

技术编号:20328632 阅读:49 留言:0更新日期:2019-02-13 05:26
本发明专利技术公开了一种准单能X射线针孔相机,其工作波长为3keV‑10keV。该针孔相机包括针孔板、针孔座外壳、前通光筒、前通光筒调节机构、掠入射镜室、后通光筒,底片室、接收组件、二维调节激光座、半导体激光器和二维调节架,底片室的外侧固定设置二维调节激光座,二维调节激光座上与底片室相对应的一侧安装半导体激光器,二维调节激光座和底片室的光轴位置均开有供调节激光通过的通孔;掠入射镜室包括镜室外壳、挡光铅板、多层膜掠入射镜和三维调节掠入射镜架,针孔座外壳、前通光筒、镜室外壳、后通光筒和底片室依次机械螺纹连接,镜室外壳的下部固定在二维调节架上。本发明专利技术保证多层膜掠入射镜入射角度的调节精度,通过激光辅助调节,简化安装调节步骤。

【技术实现步骤摘要】
一种准单能X射线针孔相机及其安装调试方法
本专利技术属于成像领域,具体涉及一种工作在数keV波段的高温等离子体X射线成像的准单能X射线针孔相机及其安装调试方法。
技术介绍
X射线针孔相机是高温等离子体成像诊断中重要的诊断设备之一,广泛应用于高温稠密激光等离子体相关的各种研究中。X射线针孔相机主要应用之一是监测激光与靶相互作用的区域(焦斑)形状、大小、均匀性等状态,在这一应用条件下,处于几个keV波段的X射线信号显得尤为重要。在激光与靶相互作用的过程中,靶吸收激光能量变为等离子体,等离子体自发辐射放出包含X射线的电磁辐射。而几个keV波段的X射线信号是等离子体吸收激光能量的最佳表征:只有在激光辐照区域,等离子体吸收了足够的激光能量,达到一定的温度,才能辐射出几个keV波段的X射线(黑体辐射)。对于能量更低的自发光,则是在激光结束后,等离子体已经膨胀、温度已经下降后自发辐射出来的,此时对应的发光区域已不再是激光与靶相互作用的焦斑区域,而是要大得多;而对于能量更高,达到几十或上百keV的X射线发光,则主要是激光辐照靶后产生的超热电子与其他物质(包括靶、靶杆、支架等)作用产生的,此时测量到的发光区域同样不能反映激光与靶相互作用的焦斑。传统X射线针孔相机是基于小孔成像原理的,工作原理及光路如附图1所示。传统X射线针孔相机是不分谱的,但是能够实现几个keV波段X射线的宽谱成像。待测等离子体自发辐射中能量较低的成分,会被选用的金属滤片衰减或遮挡。不同的金属滤片的衰减能力不同,通常截止在几keV。例如5微米的Cu滤片可以很好的吸收能量小于约3keV以下的信号,而对3keV-10keV的信号衰减则比较小,如附图2。而如果在待测等离子体自发辐射中存在能量超过10keV的成分,会直接穿透针孔板基底,不能产生针孔成像;如果这部分成分比较多,将会造成传统X射线针孔相机的失效。因此传统针孔相机只适合用于待测等离子体自发辐射中能量超过10keV的成分较少,也就是激光辐照功率密度并不很高的条件下,此时能够获得几个keV波段的X射线针孔成像信号,给出相对合理的激光焦斑形态。对于超强激光辐照产生的等离子体,自发辐射中能量超过10keV的成分很多,传统X射线针孔相机的失效。针对这一问题,已经发展出一种可用于强激光条件下的掠入射X射线针孔相机(《一种用于强激光条件下的X射线针孔相机及安装调节办法》,专利号:ZL201610245864.9),解决了X射线针孔相机的失效问题,但其中采用的是单层金属膜的掠入射镜,仍存在明显的不足。其一是X射线信号的范围。在高温稠密等离子体的物理研究中,处于几个keV波段的X射线信号非常重要,改进后的针孔相机可以很好的测量0.5keV-2.5keV的X射线信号,但对于能量更高的3keV-10keV的X射线信号则无能为力,并不能很好的满足物理实验研究的需求;其二,信号的谱宽。改进后的针孔相机的工作波段是0.5keV-2.5keV的宽谱X射线信号,如附图3。宽谱信号可能造成信噪比下降、图像模糊等问题,因此,对物理实验来说,单能或准单能的信号在物理信息的提取等方面具有明显的优势。
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准单能X射线针孔相机及其安装调试方法,本专利技术能够在3keV-10keV波段内实现准单能的X射线针孔成像。为实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种准单能X射线针孔相机,该针孔相机包括针孔板、针孔座外壳、前通光筒、前通光筒调节机构、掠入射镜室、后通光筒,底片室、接收组件、二维调节激光座、半导体激光器和二维调节架,在所述底片室的外侧固定设置二维调节激光座,在二维调节激光座上与底片室相对应的一侧安装半导体激光器,在二维调节激光座和底片室的光轴位置均开有供调节激光通过的通孔;所述掠入射镜室包括镜室外壳、挡光铅板、多层膜掠入射镜和三维调节掠入射镜架,所述针孔座外壳、前通光筒、镜室外壳、后通光筒和底片室依次机械螺纹连接,所述镜室外壳的下部固定在二维调节架上,在所述镜室外壳上设有燕尾槽,所述前通光筒调节机构安装于燕尾槽中,所述多层膜掠入射镜的中心位于前通光筒和后通光筒轴线的交点上,所述接收组件之间贴合组成一个整体结构,该整体结构插入至底片室中,且接收组件的中心位置位于后通光筒的光轴上。所述针孔板上设有用于小孔成像的针孔。所述多层膜掠入射镜为平面硅基板上镀制多层膜组成,所述多层膜由若干Mo层和Si层依次相间排列组成,其排列方式为Mo层、Si层交替分布依次排列,所述Mo层和Si层厚度一般相同,均位于3nm-10nm之间、所述多层膜的层数为70-80层。多层膜掠入射镜外形为方形,宽20mm,长80mm。其中Mo层和Si层的厚度相同,具体数值由准单能X射线的中心能量确定。对于掠入射角为1°的情况,其反射曲线包括光子能量低于约2.5keV的低能连续谱和光子能量在5keV-10keV的准单能峰,如附图4所示。配合厚度5微米的Cu滤片可以消衰减掉低能部分,只保留5keV-10keV的准单能峰,如附图5所示。对于不同的掠入射角,低能连续谱和准单能峰的位置会略有不同。所述接收组件,包括压环、滤片、IP板和底片盒,所述压环、滤片、IP板和底片盒依次组成一个整体结构,该整体结构插入至底片室中,且滤片和IP板的中心位置位于光轴上;所述滤片由厚度为微米量级的Cu等金属薄膜组成,通常使用的是厚度5微米的Cu薄膜滤片;所述IP板是一种由富士公司开发的用于记录X射线的感光设备,已广泛应用于等离子体探测、医疗拍片等领域。在本专利技术中使用的是型号为SR2025的IP板,感光面在正面,厚度约1mm,长度和宽度分别为30mm。所述前通光筒调节机构为俯仰和旋转调节,调节范围为±3°,所述前通光筒调节机构为二维调节架,结构与标准二维透镜调整架相同,包括具有中心通光孔的固定板、具有中心通光孔的活动板以及之间连接的两个弹簧和三个螺杆,所述弹簧提供拉力,三个螺杆提供三点支撑,保证结构平衡。所述两个螺杆设置水平位置,另外一个螺杆位于其中一个螺杆的上方,两个弹簧分别位于两个螺杆之间。通过调节螺杆可实现固定板与活动板之间的俯仰和摆动两维调节。所述活动板中心通光孔为内螺纹结构,用于与前通光筒末端固定;所述固定板外侧为燕尾结构,用于与掠入射镜室的前封板快速安装。所述前通光筒调节机构的后端设有燕尾块。所述述镜室外壳为整个镜室的支撑结构,为方形结构,包括六块封板,其中前封板开有通光孔,在外侧设有燕尾槽,用于与前通光筒调节机构中固定板的燕尾块快速安装;所述镜室外壳的后封板开有通光孔并配有内螺纹,用于与后通光筒连接;所述镜室外壳的上封板开有槽状结构,用于插入挡光铅板;所述挡光铅板从镜室外壳上方插入掠入射镜室内。所述三维调节掠入射镜架在一纬平动的调节范围为±15mm。一种准单能X射线针孔相机的安装调试方法,该方法包括以下步骤:第一步,将掠入射镜室、后通光筒,底片室、二维调节激光座、半导体激光器依次连接,所述掠入射镜室包括镜室外壳、挡光铅板、多层膜掠入射镜和三维调节掠入射镜架,其中多层膜掠入射镜表面中心点位于镜室外壳的前封板和后封板的通光孔的轴线交点上;第二步,把所述第一步连接后的结构固定在平台上,打开半导体激光器电源,通过调节二维调节激光座使得激光穿过二维调节激光座本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种准单能X射线针孔相机,其特征在于,该针孔相机包括针孔板(2)、针孔座外壳(3)、前通光筒(4)、前通光筒调节机构(5)、掠入射镜室、后通光筒(8),底片室(9)、接收组件(10)、二维调节激光座(11)、半导体激光器(12)和二维调节架(15),在所述底片室(9)的外侧固定设置二维调节激光座(11),在二维调节激光座(11)上与底片室(9)相对应的一侧安装半导体激光器(12),在二维调节激光座(11)和底片室(9)的光轴位置均开有供调节激光通过的通孔;所述掠入射镜室包括镜室外壳(6)、挡光铅板(7)、多层膜掠入射镜(13)和三维调节掠入射镜架(14),所述针孔座外壳(3)、前通光筒(4)、镜室外壳(6)、后通光筒(8)和底片室(9)依次机械螺纹连接,所述镜室外壳(6)的下部固定在二维调节架(15)上,在所述镜室外壳(6)上设有燕尾槽(61),所述前通光筒调节机构(5)安装于燕尾槽(61)中,所述多层膜掠入射镜(13)的中心位于前通光筒(4)和后通光筒(8)轴线的交点上,所述接收组件(10)之间贴合组成一个整体结构,该整体结构插入至底片室(9)中,且接收组件(10)的中心位置位于后通光筒(8)的光轴上。...

【技术特征摘要】
1.一种准单能X射线针孔相机,其特征在于,该针孔相机包括针孔板(2)、针孔座外壳(3)、前通光筒(4)、前通光筒调节机构(5)、掠入射镜室、后通光筒(8),底片室(9)、接收组件(10)、二维调节激光座(11)、半导体激光器(12)和二维调节架(15),在所述底片室(9)的外侧固定设置二维调节激光座(11),在二维调节激光座(11)上与底片室(9)相对应的一侧安装半导体激光器(12),在二维调节激光座(11)和底片室(9)的光轴位置均开有供调节激光通过的通孔;所述掠入射镜室包括镜室外壳(6)、挡光铅板(7)、多层膜掠入射镜(13)和三维调节掠入射镜架(14),所述针孔座外壳(3)、前通光筒(4)、镜室外壳(6)、后通光筒(8)和底片室(9)依次机械螺纹连接,所述镜室外壳(6)的下部固定在二维调节架(15)上,在所述镜室外壳(6)上设有燕尾槽(61),所述前通光筒调节机构(5)安装于燕尾槽(61)中,所述多层膜掠入射镜(13)的中心位于前通光筒(4)和后通光筒(8)轴线的交点上,所述接收组件(10)之间贴合组成一个整体结构,该整体结构插入至底片室(9)中,且接收组件(10)的中心位置位于后通光筒(8)的光轴上。2.根据权利要求1所述的准单能X射线针孔相机,其特征在于,所述针孔板(2)上设有用于小孔成像的针孔。3.根据权利要求1所述的准单能X射线针孔相机,其特征在于,所述多层膜掠入射镜(13)为平面硅基板上镀制多层膜组成,所述多层膜由若干Mo层和Si层依次排列组成,其排列方式为Mo层、Si层交替分布依次排列,所述Mo层厚度为3-10nm,Si层厚度为3-10nm、所述多层膜的层数为70-80层。4.根据权利要求1所述的准单能X射线针孔相机,其特征在于,多层膜掠入射镜(13)外形为方形,宽20mm,长80mm。5.根据权利要求1所述的准单能X射线针孔相机,其特征在于,所述所述接收组件(10),包括压环(101)、滤片(102)、IP板(103)和底片盒(104),所述压环(101)、滤片(102)、IP板(103)和底片盒(101)依次组成一个整体结构,该整体结构插入至底片室(9)中,且滤片(102)和IP板(103)的中心位置位于光轴上。6.根据权利要求1所述的准单能X射线针孔相机,其特征在于,所述前通光筒调节机构(5)为二维调节架,所述前通光筒调节机构(5)为俯仰和旋转调节,调节范围均为±3°。7.根据权利要求6所述的准单能X射线针孔相机,其特征在于,所述前通光筒调节机构(5)的后端设有燕尾块(51)。8.根据权利要求1所述的准单能X射线针孔相机,其特征在于,所述述镜室外壳(6)为整个镜室的支撑结构,为方形结构,包括六块封板,其中前封板开有通光孔,在外侧设有燕尾槽(61),用于与前通光筒调节机构(5)中固定板的燕尾块(51)快速安装;所...

【专利技术属性】
技术研发人员:王琛熊俊安红海谢志勇曹兆栋王伟方智恒贺芝宇郭尔夫王轶文张众
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

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