一种百制造技术

本发明专利技术涉及百

【技术实现步骤摘要】
一种百keV脉冲X射线源高帧频多分幅成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种
X
射线源高帧频多分幅成像系统及方法，具体涉及一种百
keV
脉冲
X
射线源高帧频多分幅成像系统及方法
。

技术介绍

[0002]脉冲辐射源多分幅成像技术能够反映辐射源强度分布随时间的演化过程，为装置改进物理设计和性能提升提供依据
。
[0003]田进寿在
《
条纹及分幅相机技术发展概述
[J].
强激光与粒子束
,2020,32:112003.doi:10.11884/HPLPB202032.200119》
中介绍了目前脉冲辐射源多分幅成像的主要技术方法，总体概括为3种：一是像增强器选通型分幅相机：采用分光棱镜将闪烁体转化的可见光图像分光到多台
ICCD
相机，每台
ICCD
相机记录一幅曝光时间
2ns
～
ms
的图像；二是行波选通型分幅相机：采用针孔阵列将
X
射线图像分到像增强器微带的不同区域，快门电脉冲在微带上传输，选通区域的光电子得到倍增，成像到荧光屏上；三是扫描分幅相机：闪烁体转化的可见光图像入射到光阴极产生光电子图像，经加速聚焦成一条很细的电子束，斜坡电压使聚焦光电子束扫描进入多缝光阑，每个光阑缝曝光记录一幅图像
。
典型商业化扫描分幅相机可采集1～8幅曝光时间
50ns
～
ms
的图像，幅间隔
300ns
～
10ms
可调
。
[0004]以上技术方法有各自的优势，但应用于百
keV
脉冲
X
射线辐射源分幅成像时存在以下不足：像增强器选通型分幅相机图像画幅数取决于
ICCD
相机个数，造价昂贵，多画幅成像时系统规模偏大
。
行波选通型分幅相机的微带线兼具光电阴极和传输线的双层功能，很难实现可见光波段成像
。
此外，由于百
keVX
射线的强穿透能力，需要钨合金厚针孔对
X
射线成像，而钨合金厚针孔阵列加工难度大，工艺要求高
。
扫描分幅相机画幅数偏少，单画幅曝光时间偏长，帧频率小于
2.86
×
106，难以满足百
keV
脉冲
X
射线分幅成像需求
。
[0005]压缩感知超快成像技术是基于扫描分幅技术原理发展而来的
。Gao Liang
在
Nature
上发表的“Single
‑
shot compressed ultrafast photography at one hundred billion frames per second”一文介绍了该方法，可实现单次不可重复激光光斑运动过程的多画幅成像，画幅数为
350。
但是该系统中狭缝最大开缝宽度～
5mm
，对应的
CCD
相机像素阵列较小
(150
×
150)
，造成空间分辨率降低；全程扫描时间偏短
220ps
，无法涵盖脉冲
X
射线源十
ns
～百
ns
发光过程；采用分束立方及多透镜传像，光传输效率偏低，编码图像边缘存在畸变
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的主要是解决现有单次不可重复百
keV
脉冲
X
射线源多画幅二维时间序列图像获取时，存在空间分辨率降低
、
无法涵盖脉冲
X
射线源十
ns
～百
ns
发光过程
、
光传输效率偏低
、
编码图像边缘存在畸变等技术问题，提供一种百
keV
脉冲
X
射线源高帧频多分幅成像系统及方法
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种百
keV
脉冲
X
射线源高帧频多分幅成像系统，其特殊之处在于：包括金属暗箱
、
设置在金属暗箱外部的闪烁体和脉冲信号发生器，以及设置在金属暗箱内部的第一镜头
、
可调狭缝
、
透射式编码版
、
中继镜头
、
大面阵球面光阴极条纹管
、
像增强器
、
第二镜头和
CMOS
相机；
[0009]所述闪烁体靠近待测脉冲功率加速器的阳极设置，用于将待测脉冲功率加速器产生的
X
射线图像转换为可见光图像出射，金属暗箱设置有供闪烁体出射成像光路穿过的通孔，第一镜头
、
可调狭缝
、
中继镜头
、
大面阵球面光阴极条纹管
、
像增强器
、
第二镜头和
CMOS
相机沿闪烁体出射的成像光路在金属暗箱内依次设置，透射式编码版设置在可调狭缝的中部；
[0010]所述脉冲信号发生器的输入端与待测脉冲功率加速器连接，输出端与大面阵球面光阴极条纹管
、
像增强器
、CMOS
相机连接，脉冲信号发生器接收到待测脉冲功率加速器的触发信号后，输出触发信号到大面阵球面光阴极条纹管
、
像增强器
、CMOS
相机；
[0011]所述可调狭缝的宽度调节范围为
10mm
～
20mm。
[0012]进一步地，还包括设置在金属暗箱内部，且位于闪烁体成像光路的反射镜
。
第一镜头位于反射镜的反射光路上
。
[0013]进一步地，所述透射式编码版为像素尺寸
A
μ
m
×
A
μ
m
的随机编码，透光像素的个数比例为
20
％～
50
％，其中，
A
的取值范围为：
100
～
140。
[0014]进一步地，所述大面阵球面光阴极条纹管的全程扫描时间调节范围为
100ns
～1μ
s。
[0015]进一步地，所述大面阵球面光阴极条纹管的球面光阴极和荧光屏直径均为
37mm
，像增强器的光阴极和荧光屏直径均为
40mm。
[0016]进一步地，所述
CMOS
相机像素阵列为
B
×
C
，其中，
B
的取值范围为：
1280...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种百
keV
脉冲
X
射线源高帧频多分幅成像系统，其特征在于：包括金属暗箱
(11)、
设置在金属暗箱
(11)
外部的闪烁体
(1)
和脉冲信号发生器
(12)
，以及设置在金属暗箱
(11)
内部的第一镜头
(3)、
可调狭缝
(4)、
透射式编码版
(5)、
中继镜头
(6)、
大面阵球面光阴极条纹管
(7)、
像增强器
(8)、
第二镜头
(9)
和
CMOS
相机
(10)
；所述闪烁体
(1)
靠近待测脉冲功率加速器的阳极
(14)
设置，用于将待测脉冲功率加速器产生的
X
射线图像转换为可见光图像出射，金属暗箱
(11)
设置有供闪烁体
(1)
出射成像光路穿过的通孔，第一镜头
(3)、
可调狭缝
(4)、
中继镜头
(6)、
大面阵球面光阴极条纹管
(7)、
像增强器
(8)、
第二镜头
(9)
和
CMOS
相机
(10)
沿闪烁体
(1)
出射的成像光路在金属暗箱
(11)
内依次设置，透射式编码版
(5)
设置在可调狭缝
(4)
的中部；所述脉冲信号发生器
(12)
的输入端与待测脉冲功率加速器连接，输出端与大面阵球面光阴极条纹管
(7)、
像增强器
(8)、CMOS
相机
(10)
连接，脉冲信号发生器
(12)
接收到待测脉冲功率加速器的触发信号后，输出触发信号到大面阵球面光阴极条纹管
(7)、
像增强器
(8)、CMOS
相机
(10)
；所述可调狭缝
(4)
的宽度调节范围为
10mm
～
20mm。2.
根据权利要求1所述一种百
keV
脉冲
X
射线源高帧频多分幅成像系统，其特征在于：还包括设置在金属暗箱
(11)
内部，且位于闪烁体
(1)
成像光路的反射镜
(2)
，第一镜头
(3)
位于反射镜
(2)
的反射光路上
。3.
根据权利要求1或2所述一种百
keV
脉冲
X
射线源高帧频多分幅成像系统，其特征在于：所述透射式编码版
(5)
为像素尺寸
A
μ
m
×
A
μ
m
的随机编码，透光像素的个数比例为
20
％～
50
％，其中，
A
的取值范围为：
100
～
140。4.
根据权利要求3所述一种百
keV
脉冲
X
射线源高帧频多分幅成像系统，其特征在于：所述大面阵球面光阴极条纹管
(7)
的全程扫描时间调节范围为
100ns
～1μ
s。5.
根据权利要求4所述一种百
keV
脉冲
X
射线源高帧频多分幅成像系统，其特征在于：所述大面阵球面光阴极条纹管
(7)
的球面光阴极和荧光屏直径均为
37mm
，像增强器
(8)
的光阴极和荧光屏直径均为
40mm。6.
根据权利要求5所述一种百
keV
脉冲
X
射线源高帧频多分幅成像系统，其特征在于：所述
CMOS
相机
(10)
像素阵列为
B
×
C
，其中，
B
的取值范围为：
1280
～
2048
，
C
的取值范围为：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志明，盛亮，宋岩，周浩宇，韩长材，段宝军，刘振，彭博栋，严维鹏，郭泉，朱子健，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：