一种高能带电粒子成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高能带电粒子成像装置，属于带电粒子成像技术领域，依次包括共光轴设置的粒子源、束流匹配传输段、等离子体成像透镜组和探测系统，本发明专利技术采用粒子源、束流匹配传输段、等离子体成像透镜组和探测系统组成高能带电粒子成像系统，结构简单且紧凑，提升了高能带电粒子的适用性，丰富了高能带电粒子的应用场景，同时，利用等离子体成像透镜的高梯度优势，降低高阶成像误差，提升高能带电粒子成像装置的空间分辨能力，调节便捷。

【技术实现步骤摘要】
一种高能带电粒子成像装置
本专利技术属于带电粒子成像
，具体地说涉及一种高能带电粒子成像装置。
技术介绍
高能带电粒子成像技术(Chargedparticleradiography)专利技术于上世纪90年代，利用高能带电粒子的高穿透力，穿过样品的带电粒子经过磁透镜成像系统的聚焦散焦作用，在辐射转换靶上形成点对点的样品实空间图像，能直观显示不透明致密物体的内部结构信息。同时，得益于携带电荷的特性，亦可用来测量瞬态电磁场。因此，高能带电粒子成像技术在高能量密度物理诊断、医学成像以及闪光照相领域发挥着重要作用。磁透镜成像系统是高能带电粒子成像装置的核心部件，通常由螺线管以及四极磁铁组来构成。其中，螺线管透镜结构简单，具有对称几何结构，可以实现对带电粒子x和y两个方向同时聚焦，如CN201480007705.4针对具有机架的磁共振成像系统中的场畸变部件的主动补偿。但是，螺线管聚焦能力偏弱，且随着带电粒子能量提高，其聚焦能力显著下降，因此，螺线管多用于低能带电粒子的成像装置中，如透射式电子显微镜。相对于螺线管，四极磁铁的聚焦能力较强，如CN201510331159.6一种匹配束流为平行束的带电粒子照相装置，但单个四极磁铁只能对带电粒子的一个方向聚焦、另一个方向散焦，因此，往往需要多块四极磁铁才能形成一个等效的成像透镜。基于四极磁铁的带电粒子成像光学系统构造复杂，体积庞大，造价高昂，限制了其应用场景和范围。因此，现有技术有待于进一步发展和提升。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种高能带电粒子成像装置，具有高时空分辨能力，且结构紧凑。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高能带电粒子成像装置，依次包括：粒子源，用于产生高能脉冲带电粒子束；束流匹配传输段，用于将高能脉冲带电粒子束传输到样品处；等离子体成像透镜组，对携带样品信息的高能脉冲带电粒子束聚焦形成点对点的像；和探测系统，用于采集样品形成的点对点的像，并转换成图像，以直观显示样品的实空间信息。进一步，粒子源产生具有脉冲时间结构的脉冲带电粒子束，所述脉冲带电粒子束经过加速器增能为高能脉冲带电粒子束。进一步，所述脉冲带电粒子束为脉冲电子束或脉冲质子束，相对应的，所述粒子源为电子源或质子源。优选的，所述粒子源包括激光器和发射电子枪，处于临界状态的发射电子枪在激光器的照射下通过光电效应生成脉冲电子束。进一步，高能脉冲带电粒子束经过匹配传输段的横向处理传输至样品上，且其横向尺寸与样品尺寸匹配。优选的，所述匹配传输段采用四极磁铁对高能脉冲带电粒子束进行横向处理。优选的，所述横向处理包括聚焦、散焦和扩散。优选的，所述匹配为高能脉冲带电粒子束的横向尺寸不小于样品尺寸，已实现对样品进行完整成像。进一步，所述等离子体成像透镜组包括依次排列的多级等离子体成像透镜，且后级等离子体成像透镜的物平面与前级等离子体成像透镜的像平面重合。进一步，样品位于最前级等离子体成像透镜的物平面处，所述最前级等离子体成像透镜与样品的间距最小。进一步，所述样品的总体放大倍数等于各级等离子体成像透镜放大倍数的乘积。进一步，所述等离子体成像透镜包括放电管和脉冲高压模块，所述放电管内充满气体，所述脉冲高压模块用于向放电管施加脉冲高压，在脉冲高压作用下，放电管内气体被击穿形成等离子体，促使脉冲电流形成角向脉冲强磁场。进一步，当高能脉冲带电粒子束从等离子体透镜经过时，其在x方向和y方向均会受到指向轴线的径向聚焦力。进一步，当等离子体均匀电离时，高能脉冲带电粒子束受到的径向聚焦力与其径向位置成线性关系。优选的，所述等离子体成像透镜组至少包括一级等离子体成像透镜。进一步，在物距、像距和等离子体成像透镜组的放大倍数基本保持不变的情形下，通过调整等离子体成像透镜的长度或内径，以达到匹配高能脉冲带电粒子束的能量的目的。进一步，在物距、像距、等离子体成像透镜结构和等离子体成像透镜组的放大倍数基本保持不变的情形下，通过调整加载脉冲电流的强度及角向脉冲强磁场的磁场梯度，以达到匹配高能脉冲带电粒子束的能量的目的。优选的，数值变化幅度不大于10％时认为基本保持不变。进一步，所述探测系统包括成像屏和图像采集器，所述成像屏位于等离子体成像透镜组的像平面，携带样品实空间信息的高能脉冲带电粒子束传输至成像屏产生荧光信号，图像采集器采集所述荧光信号并转换成数字化图像，以直观显示样品的实空间信息。本专利技术的有益效果是：1、采用粒子源、束流匹配传输段、等离子体成像透镜组和探测系统组成高能带电粒子成像系统，结构简单且紧凑，提升了高能带电粒子的适用性，丰富了高能带电粒子的应用场景。2、利用等离子体成像透镜的高梯度优势，降低高阶成像误差，提升高能带电粒子成像装置的空间分辨能力。3、通过调节等离子体成像透镜的排列级数，调节样品的放大总倍数，操作便捷。4、在物距、像距和等离子体成像透镜组的放大倍数基本保持不变的情形下，通过调整等离子体成像透镜的长度或内径，以达到匹配高能脉冲带电粒子束的能量的目的。5、在物距、像距、等离子体成像透镜结构和等离子体成像透镜组的放大倍数基本保持不变的情形下，通过调整加载脉冲电流的强度及角向脉冲强磁场的磁场梯度，以达到匹配高能脉冲带电粒子束的能量的目的。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是粒子源的结构示意图；图3是等离子体成像透镜的结构示意图；图4是实施例二中针对100MeV高能脉冲电子束构成的等离子体成像透镜组的示意图；图5是针对图4的均匀等离子体成像透镜中不同偏轴位置与磁场强度的示意图；图6是实施例二中针对200MeV高能脉冲电子束构成的等离子体成像透镜组的示意图；图7为实施例四中两级等离子体成像透镜的示意图。附图中：1-粒子源、101-激光器、102-发射电子枪、2-束流匹配传输段、3-样品、4-等离子体成像透镜组、401-放电管、402-脉冲高压模块、403-脉冲电流、404-离子体通道、405-角向脉冲强磁场、5-成像屏、6-图像采集器、7-直线加速器。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本专利技术创造。实施例一：如图1所示，一种高能带电粒子成像装置，依次包括共光轴设置的粒子源1、束流匹配传输段2、等离子体成像透镜组4和探测系统。其中，粒子源1用于产生高能脉冲带电粒子束，束流匹配传输段2用于将高能脉冲带电粒子束传输到样品3处，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能带电粒子成像装置，其特征在于，依次包括：/n粒子源，用于产生高能脉冲带电粒子束；/n束流匹配传输段，用于将高能脉冲带电粒子束传输到样品处；/n等离子体成像透镜组，对携带样品信息的高能脉冲带电粒子束聚焦形成点对点的像；/n和探测系统，用于采集样品形成的点对点的像，并转换成图像，以直观显示样品的实空间信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种高能带电粒子成像装置，其特征在于，依次包括：
粒子源，用于产生高能脉冲带电粒子束；
束流匹配传输段，用于将高能脉冲带电粒子束传输到样品处；
等离子体成像透镜组，对携带样品信息的高能脉冲带电粒子束聚焦形成点对点的像；
和探测系统，用于采集样品形成的点对点的像，并转换成图像，以直观显示样品的实空间信息。


2.根据权利要求1所述的一种高能带电粒子成像装置，其特征在于，所述粒子源产生具有脉冲时间结构的脉冲带电粒子束，所述脉冲带电粒子束经过加速器增能为高能脉冲带电粒子束。


3.根据权利要求1所述的一种高能带电粒子成像装置，其特征在于，所述高能脉冲带电粒子束经过匹配传输段的横向处理传输至样品上，且其横向尺寸与样品尺寸匹配。


4.根据权利要求1-3任一所述的一种高能带电粒子成像装置，其特征在于，所述等离子体成像透镜组包括依次排列的多级等离子体成像透镜，且后级等离子体成像透镜的物平面与前级等离子体成像透镜的像平面重合。


5.根据权利要求4所述的一种高能带电粒子成像装置，其特征在于，所述样品位于最前级等离子体成像透镜的物平面处。


6.根据权利要求5所述的一种高能带电粒子成像装置，其特征在于，所述样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：周征，王建新，肖德鑫，王汉斌，劳成龙，陈立均，张鹏，李鹏，周奎，吴岱，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51