一种制造技术

本发明专利技术为一种

【技术实现步骤摘要】
一种X射线折射聚焦与探测系统


：
[0001]本专利技术属于
X
射线探测与应用
，涉及一种
X
射线折射聚焦与探测系统
。

技术介绍

：
[0002]X
射线折射聚焦与探测系统是利用折射原理实现
X
射线光子聚焦探测的新型系统，当
X
射线穿透材料发生折射的同时，材料吸收而导致衰减是一项不可忽略的因素，能量越低，吸收衰减越大
。X
射线脉冲星辐射呈幂律谱分布，且辐射通量弱，为了实现低能
X
射线光子的探测，需要较大的
X
射线聚焦与探测面积，可通过多个阵列式透镜单元拼接形成
。2019
年，瑞典皇家理工学院
M.Wujun
等人提出阵列排列折射透镜来构建硬
X
射线望远镜的概念，根据单个复合折射透镜对
13.5keV
的
X
射线聚焦性能，他们设计了一种阵列式望远镜的结构
。
本专利技术将针对低能段的软
X
射线信号的探测，利用
X
射线低衰减材料铍，而非不适用太空环境的光刻胶材料，也非目前广泛用于同步辐射源且对
X
射线衰减更大的硅材料，来设计低衰减的折射透镜结构，并开发相应制作技术
。
这是本专利技术区别于国际相关工作的主要创新点之一，国内尚未有阵列式
X
射线折射透镜的文献资料
。
[0003]1996
年，
X
射线复合折射透镜的概念被提出，此后开发了多种材料及相应制作技术
。
但除了与半导体工艺匹配的材料，尚未在其它材料
(
如铍
)
上更具效率地制备阵列式复合折射透镜
。
本专利技术所涉及的阵列式
X
射线透镜可采用热压技术对铍材料进行复合折射透镜批量化加工，铍材料的使用及透镜加工方法的开发是
X
射线望远镜聚焦单元轻量化及低
X
射线衰减特点的综合体现
。
[0004]用于脉冲星导航的
X
射线折射聚焦与探测系统应具有较高的角分辨率，如1角分乃至更高，本专利技术可提供角分辨率望远镜的技术支撑
。
然而，针对脉冲星导航所需的软
X
射线探测频段
(0.5
‑
10keV)
，
X
射线折射聚焦与探测系统无法将所有能量同时聚焦于一点
。
实际上，针对宽谱的探测将导致探测器在焦平面上出现较大的焦斑，若要探测到大部分能量的光子，会降低角分辨率
。
为此，综合权衡了光子探测效率和角分辨率，在最佳能量设计值的焦平面上设置光阑结构，对应阵列式聚焦特点，该光阑也为阵列式
。
进一步，为防止
X
射线从透镜阵列平面上的非透镜区域入射进来，需在这些区域镀制
X
射线阻挡层
。
该设计不同于
M.Wujun
等人提出的设计概念，能有效提高望远镜的角分辨率，且系统更加轻量化
。
[0005]当前，
X
射线折射聚焦与探测系统主要用于对同步辐射源
X
射线波段的聚焦与显微成像等，同步辐射的光束尺寸决定了透镜尺寸在
1mm
以内
。
近些年，国外开展了将折射透镜用于硬
X
射线光子的探测，提出利用光刻胶构建阵列式
X
射线折射透镜，并结合高能探测器构成
X
射线望远镜结构的概念
。
他们与现有
X
射线望远镜卫星项目
NuSTAR、ASTRO
‑
H
上基于反射式
X
射线聚焦与探测系统相比，在重量上显著降低，焦距大幅缩短，对
X
射线空间探测的载荷比要求大幅度降低
。
但光刻胶材料因自身特性，难于长期适用于实际太空环境，目前，国外尚处于概念阶段，尚未见到空间应用的报道，国内处于技术跟踪阶段
。
[0006]国内开展
X
射线折射透镜研究已十余年，所用材料主要为铝
、
硅
、PMMA、
光刻胶，对应的加工技术为激光打孔
、
深反应离子刻蚀
、
极紫外或
X
射线光刻，这些透镜主要用于同步
辐射源上对硬
X
射线光子的聚焦
。
国内尚未提出或实施将折射透镜用于脉冲星软
X
射线信号探测的概念
。

技术实现思路

：
[0007]本专利技术的目的在于提供一种
X
射线折射聚焦与探测系统，能实现轻量化
、
短焦距，又能进行模块化拼接形成大探测面积
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种
X
射线折射聚焦与探测系统，其特征在于：包括阵列式
X
射线折射透镜
、
阵列式光阑和
X
射线探测器；阵列式
X
射线折射透镜用于将平行的
X
射线进行高增益聚焦；阵列式光阑用于限制焦斑大小，提高角分辨率，并滤除照射在阵列式光阑非孔区域的空间噪声粒子；
X
射线探测器将聚焦的
X
射线光子转换成电信号，读出光子的能量
、
时间
、
位置信息
。
[0010]阵列式
X
射线折射透镜由轻元素材料制造，选择为
Be
材料；阵列式
X
射线折射透镜由数量众多的微小抛物面型透镜组成，每个透镜都能够将平行入射的
X
射线进行聚焦
。
[0011]在阵列式折射透镜与
X
射线探测器之间放置阵列式光阑，限制焦斑大小，提高角分辨率；阵列式光阑经过硅片刻蚀
、
镀膜与键合制作而成，光阑孔数量与折射透镜数量相同，且安装时两者光轴准确重合
。
[0012]阵列式光阑后端紧贴着
X
射线探测器，穿过阵列式光阑后形成的光斑能够被
X
射线探测器探测；
X
射线探测器选择高时间分辨率
、
高能量分辨率及具有位置信息读出的硅基探测器
。
[0013]脉冲星辐射的
X
射线光子穿过阵列式折射透镜后，实现
X
射线光子的聚焦，再穿过阵列式光阑孔，汇聚在
X
射线探测器焦平面上，并被
X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
X
射线折射聚焦与探测系统，其特征在于：包括阵列式
X
射线折射透镜
、
阵列式光阑和
X
射线探测器；阵列式
X
射线折射透镜用于将平行的
X
射线进行高增益聚焦；阵列式光阑用于限制焦斑大小，提高角分辨率，并滤除照射在阵列式光阑非孔区域的空间噪声粒子；
X
射线探测器将聚焦的
X
射线光子转换成电信号，读出光子的能量
、
时间
、
位置信息
。2.
根据权利要求1所述的一种
X
射线折射聚焦与探测系统，其特征在于：阵列式
X
射线折射透镜由轻元素材料制造，选择为
Be
材料；阵列式
X
射线折射透镜由数量众多的微小抛物面型透镜组成，每个透镜都能够将平行入射的
X
射线进行聚焦
。3.
根据权利要求1所述的一种
X
射线折射聚焦与探测系统，其特征在于：在阵列式折射透镜与
X
射线探测器之间放置阵列式光阑，限制焦斑大小，提高角分辨率；阵列式光阑经过硅片刻蚀
、
镀膜与键合制作而成，光阑孔数量与折射透镜数量相同，且安装时两者光轴准确重合
。4.
根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周庆勇，雷耀虎，朱永兴，杨高，赵航，鲁艳军，王龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军，
类型：发明
国别省市：