一种硬X射线条纹相机及其探测硬X射线能段的方法技术

本发明专利技术公开一种硬X射线条纹相机，包括条纹变像管、像增强器、记录介质组件、电控系统；电控系统内设有真空金属腔体，条纹变像管设置在该真空金属腔体内，像增强器与条纹变像管连接，记录介质组件设置在电控系统外，并与像增强器连接；条纹变像管包括具有入口狭缝和出口的管体，设置在管体内并由入口狭缝往出口的方向依次分布的探测光阴极、加速电极、聚焦电极和偏转系统；探测光阴极包括阴极基底，以及多个设置在阴极基底上并使阴极基底呈现出蜂窝状的阴极通道；阴极通道与阴极基底法线之间的夹角为0.1°‑15°，并且每个阴极通道内壁上均设有一层用于初级电子电离产生低能二级电子的碱金属镀层。通过上述方案，本发明专利技术实现了对10～300keV能段的硬X射线的探测。

A hard X ray streak camera and its method for detecting hard X ray energy segments

The invention discloses a hard X ray streak camera, including streak tube, image intensifier, recording medium components, electronic control system; electronic control system is arranged in the vacuum cavity streak tube is arranged in the vacuum metal cavity, image intensifier and streak tube connection, recording medium component is arranged in the external electric control system and, with the image intensifier connection; streak tube comprises a tube body with the entrance slit and exit, set in the entrance to the exit slit in the direction of distribution of the probe light cathode, accelerating electrode, electrode and focusing deflection system of the body and the probe tube; the cathode comprises a cathode substrate, and a plurality of cathode arranged on the substrate and the cathode substrate showed a honeycomb cathode channel; the angle between the cathode and the cathode substrate normal channel is 0.1 degrees 15 degrees, and the inner wall of each channel is provided with a cathode There is a layer of alkali metal coating used for the production of low energy two electrons by primary electron ionization. Through the above scheme, the invention realizes the detection of the hard X ray of the 10 ~ 300keV energy section.

【技术实现步骤摘要】
一种硬X射线条纹相机及其探测硬X射线能段的方法
本专利技术涉及等离子体物理和核探测领域，具体涉及的是一种硬X射线条纹相机及其探测硬X射线能段的方法。
技术介绍
条纹相机是测量超快物理过程的一种有效仪器，在激光惯性约束聚变等领域中不可或缺。现有的用于探测X射线能段的条纹相机，大多由条纹变像管、像增强器、记录介质组件、用于提供电力和控制运行的电控制系统(包括高压供电模块、远程控制模块、延迟同步模块、扫描控制模块、工控模块、真空金属腔体)组成，其中，条纹变像管是条纹相机的核心部件，它一般由光阴极、加速电极、聚焦电极、偏转系统组成。条纹相机探测X射线能段的主要过程为：X射线脉冲进入条纹变像管后，由其内的光阴极转换为光电子束脉冲，然后出光阴极表面的次级电子束脉冲经过电场加速，由聚焦电极的聚焦在偏转系统的入口小孔处。在偏转系统的作用下，不同时间到达光阴极的脉冲在垂直于入口狭缝的方向上被偏转至空间的不同位置，其位置与原运动方向的垂直距离与电子脉冲到达偏转系统的时间呈一一对应关系，电子束脉冲经过偏转系统后由像增强器进行放大并转化为可见光信号并由记录介质组件记录。这样，光脉冲的时间分布信息就被转换为空间上一维的信息。虽然可以实现X射线的探测，但是现有的条纹相机，其光阴极由于结构设计不合理，导致相机只能用于探测10keV以下的X射线，对于能段较高(例如10～300keV能段)的硬X射线，则不能进行探测。这就导致了现有的条纹相机难以很好地满足目前人们对X射线能段的探测需求。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种硬X射线条纹相机及其探测硬X射线能段的方法，可以探测10～300keV能段的X射线，满足实际的探测需求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种硬X射线条纹相机，包括条纹变像管、像增强器、记录介质组件、电控系统；所述电控系统内设有真空金属腔体，所述条纹变像管设置在该真空金属腔体内，用于将光脉冲转换为光电子束脉冲，所述像增强器与条纹变像管连接，用于将光电子束脉冲放大并转化为可见光信号，所述记录介质组件设置在电控系统外，并与像增强器连接，用于记录可见光信号；所述条纹变像管包括具有入口狭缝和出口的管体，设置在管体内并由入口狭缝往出口的方向依次分布的探测光阴极、加速电极、聚焦电极和偏转系统；所述探测光阴极包括用于在硬X射线光子照射下与其发生光电效应产生初级电子的阴极基底，以及多个设置在阴极基底上并使阴极基底呈现出蜂窝状的阴极通道；所述阴极通道与阴极基底法线之间的夹角为0.1°-15°，并且每个阴极通道内壁上均设有一层用于初级电子电离产生低能二级电子的碱金属镀层。作为优选，所述记录介质组件为CCD。作为优选，所述阴极基底的厚度为0.3-30mm。作为优选，所述碱金属镀层为金属Na镀层或金属K镀层。基于上述基础，本专利技术还提供了该条纹相机探测硬X射线能段的方法，包括以下步骤：(1)通过外界脉冲高压电源在阴极基底上加载200V-2000V的工作电压；(2)硬X射线脉冲通过入口狭缝进入至条纹变像管内，并照射阴极基底发生光电效应，产生初级电子；(3)初级电子进入阴极通道，并电离阴极通道内壁上的碱金属镀层，产生低于50eV的低能二级电子；(4)在200V-2000V的电压作用下，低能二级电子在阴极通道内产生雪崩放大，形成电子束；(5)电子束进入加速电极内被加速，然后由聚焦电极聚焦在偏转系统入口处；(6)偏转系统将聚焦的电子束偏转，然后由像增强器放大并转换为可见光信号；(7)记录介质组件记录可见光信号，使光脉冲的时间分布信息被转换为空间上的一维信息。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术通过改变条纹变像管中的光阴极结构，采用阴极基底+蜂窝状阴极通道+内壁碱金属镀层的方式，当能段范围为10-300keV的硬X射线照射至阴极基底时，由于蜂窝状的阴极通道和阴极通道与阴极基底法线之间的夹角设计的关系，硬X射线与阴极基底充分发生光电效应，产生高能初级电子，高能初级电子穿越蜂窝状的相邻阴极通道之间的“墙壁厚度”到达各个阴极通道内，然后电离阴极通道内壁上的碱金属镀层，产生能量小于50eV的二级电子，所产生的二级电子在阴极通道内经过雪崩放大后传出，如此一来，由于二级电子主要在50eV以下，能散极小，且探测光阴极出射的脉冲电子束的脉冲也极小，因而更容易被加速、聚焦和偏转，从而由像增强器放大并转换为可见光信号后，利用记录介质组件记录可见光信号，便可使光脉冲的时间分布信息被转换为空间上的一维信息。如此便可实现对能段范围为10-300keV的硬X射线的探测。(2)常规的光阴极，为了能将次级电子束有效拉出，光阴极不能做的很厚(通常也就在几十纳米到几百纳米之间)，如此所导致的结果是X射线难以充分发生光电效应，造成不能探测更高能段的X射线。本专利技术通过实现二级电子的雪崩放大，可以将二级电子束有效射出，其可根据实际需要设计阴极基底的厚度(0.3-30mm)，让二级电子在阴极通道内充分产生雪崩放大，然后射出。如此一来，结合蜂窝状的阴极通道+阴极通道与阴极基底法线之间的夹角的设计，硬X射线便可以与阴极基底充分发生光电效应，并充分产生能量小于50eV的低能二级电子。(3)本专利技术中的探测光阴极由于可以实现电子的雪崩放大，因而具备了一定的放大功能，所以本专利技术的探测灵敏度也比现有的条纹相机探测灵敏度高。(4)本专利技术设计合理、使用方便、性能优异，很好地突破了现有技术的限制，实现了创新，因而其适于推广应用。附图说明图1为本专利技术条纹相机的剖视图。图2为本专利技术中条纹变像管的剖视图。图3为本专利技术中探测光阴极的结构示意图。其中，附图标记对应的名称为：1-电控系统，2-条纹变像管，3-入口狭缝，4-管体，5-探测光阴极，501-阴极基底，502-阴极通道，503-碱金属镀层，6-加速电极，7-聚焦电极，8-偏转系统，9-像增强器，10-记录介质组件。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的方式包括但不仅限于以下实施例。如图1～3所示，本专利技术提供了一种新型的条纹相机，可实现10～300keV能段的X射线的探测。本专利技术主要由电控系统1、条纹变像管2、像增强器9、记录介质组件10几大部分组成，其中，与现有技术一样，所述电控系统1内设有真空金属腔体，所述条纹变像管2和像增强器9均设置在该真空金属腔体内，用于将光脉冲转换为光电子束脉冲，所述像增强器9与条纹变像管2连接，用于将光电子束脉冲放大并转化为可见光信号，所述记录介质组件10设置在电控系统1外，并与像增强器9连接，用于记录可见光信号(记录介质组件可采用CCD)。与现有技术相同，本专利技术的条纹变像管2包括具有入口狭缝3和出口的管体4，设置在管体4内并由入口狭缝往出口的方向依次分布的探测光阴极5、加速电极6、聚焦电极7和偏转系统8。而本专利技术的最大创新点在于，采用独立自主设计的探测光阴极，如图3所示。在条纹变像管中，所述的探测光阴极5包括用于在硬X射线光子照射下与其发生光电效应产生初级电子的阴极基底501(厚度0.3-30mm)，以及多个设置在阴极基底501上并使阴极基底呈现出蜂窝状的阴极通道502。每个阴极通道502内壁上均设有一层碱金属镀层503(金属Na镀层或金属K镀层)。下面详细介绍本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬X射线条纹相机，包括条纹变像管(2)、像增强器(9)、记录介质组件(10)、电控系统(1)；所述电控系统(1)内设有真空金属腔体，所述条纹变像管(2)设置在该真空金属腔体内，用于将光脉冲转换为光电子束脉冲，所述像增强器(9)与条纹变像管(2)连接，用于将光电子束脉冲放大并转化为可见光信号，所述记录介质组件(10)设置在电控系统(1)外，并与像增强器(9)连接，用于记录可见光信号；其特征在于，所述条纹变像管(2)包括具有入口狭缝(3)和出口的管体(4)，设置在管体(4)内并由入口狭缝往出口的方向依次分布的探测光阴极(5)、加速电极(6)、聚焦电极(7)和偏转系统(8)；所述探测光阴极(5)包括用于在硬X射线光子照射下与其发生光电效应产生初级电子的阴极基底(501)，以及多个设置在阴极基底(501)上并使阴极基底呈现出蜂窝状的阴极通道(502)；所述阴极通道(502)与阴极基底(501)法线之间的夹角为0.1°‑15°，并且每个阴极通道(502)内壁上均设有一层用于初级电子电离产生低能二级电子的碱金属镀层(503)。

【技术特征摘要】
1.一种硬X射线条纹相机，包括条纹变像管(2)、像增强器(9)、记录介质组件(10)、电控系统(1)；所述电控系统(1)内设有真空金属腔体，所述条纹变像管(2)设置在该真空金属腔体内，用于将光脉冲转换为光电子束脉冲，所述像增强器(9)与条纹变像管(2)连接，用于将光电子束脉冲放大并转化为可见光信号，所述记录介质组件(10)设置在电控系统(1)外，并与像增强器(9)连接，用于记录可见光信号；其特征在于，所述条纹变像管(2)包括具有入口狭缝(3)和出口的管体(4)，设置在管体(4)内并由入口狭缝往出口的方向依次分布的探测光阴极(5)、加速电极(6)、聚焦电极(7)和偏转系统(8)；所述探测光阴极(5)包括用于在硬X射线光子照射下与其发生光电效应产生初级电子的阴极基底(501)，以及多个设置在阴极基底(501)上并使阴极基底呈现出蜂窝状的阴极通道(502)；所述阴极通道(502)与阴极基底(501)法线之间的夹角为0.1°-15°，并且每个阴极通道(502)内壁上均设有一层用于初级电子电离产生低能二级电子的碱金属镀层(503)。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨靖，单连强，韩丹，吴玉迟，于明海，张天奎，袁宗强，毕碧，杨雷，闫永宏，董克攻，王少义，朱斌，谭放，杨月，张晓辉，周维民，曹磊峰，谷渝秋，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51