[发明专利]激光驱动产生X射线光源的双光谱成像装置

说明书

技术领域

本发明是一种利用激光驱动固体材料产生特征谱线(特征辐射谱线)和连续谱线(轫致辐射谱线)，用于透射成像的装置。

背景技术

激光与固体物质相互作用产生的X射线源，其波长范围覆盖较广，从真空紫外波段到高能的硬X射线。X光谱中被研究最多的当属高能的轫致辐射谱线和材料的特征辐射谱线，都具有光斑小，光子能量高，脉冲时间短的特点，因此常被用于高能量密度物理过程的诊断研究，如内爆过程或箍缩过程的背光成像诊断。其中非热辐射效应的K壳层特征辐射谱线具有较高的能量转化效率，自身线宽很窄，适合选单后作为单色X光源，因而在超强脉冲与材料相互作用中备受关注。

目前激光驱动固体平面箔靶时特征谱线的典型谱线Kα线的产生过程如下：首先，激光迅速在固体靶表面产生冕区等离子体；然后激光将能量交给冕区中的自由电子；最后，自由电子沿激光束方向传播至靶内部并电离靶原子的K壳层电子，这些高能电子向靶内部运动的过程中与靶原子碰撞使其内壳层电离产生空穴，从而辐射出X射线，包括Kα，Kβ等特征辐射谱线，其波长由原子的内壳层能级差决定。除了特征辐射谱线以外，高能电子还会与靶原子碰撞产生连续的轫致辐射谱线。

一般地，激光驱动平面箔靶产生的X射线辐射空间近似呈4π立体角分布，与靶厚密切相关。而靶的厚度根据激光的强度、斜入射角等而定，当厚度大于激光入射条件的临界密度厚度时，阻止了X射线的光子运动，其实就是在靶的内部衰减X射线。虽然激光驱动箔靶产生的X射线谱空间近似呈4π立体角分布，但实验中受真空靶室空间布置的限制，往往只能单独利用轫致辐射谱线或者特征辐射谱线，即要么只使用轫致辐射谱线，要么只使用特征辐射谱线。这两种情况，都仅仅使用了X射线的很窄一部分。如果能够充分利用激光驱动靶产生的轫致辐射谱线和特征辐射谱线，从靶平面的前后两侧分别引出其谱线，则大大提高诊断效率和能力。

发明内容

本发明的目的是为充分利用激光驱动平面固体箔靶产生X射线源的技术，提供一种能够同时利用特征辐射谱线和轫致辐射谱线进行成像的方法，进而设计出激光驱动产生X射线光源的双光谱成像装置。

本发明的基本思路是：激光斜入射平面箔靶，同时利用特征辐射谱线和轫致辐射谱线。其中，特征辐射谱线通道是：在靶前或靶后布置能够聚焦X射线的球面弯晶，实现对X射线的衍射，在球面弯晶的下游的样品支架上布置待测样品，用弧形胶片盒等成像器进行接收背光成像信息；轫致辐射谱线通道是：在靶后或靶前产生的轫致辐射谱线，直接透射样品支架上的待测样品，在接收信号端，用弧形胶片盒等成像器进行接收背光成像信息。

本发明的具体技术方案是：

一种激光驱动产生X射线光源的双光谱成像装置，包括激光器、真空室、设于真空室上并与激光器相配合的驱动激光入口、装于真空室中的靶组件，靶组件由平面箔靶和支架构成，且平面箔靶位于真空室中间位置，平面箔靶所在平面将真空室分隔成靶前空间和靶后空间，其特征在于：

靶前空间中固定有衍射特征辐射谱线的球面弯晶，靶后空间中固定有样品支架、特征辐射谱线成像器、轫致辐射谱线成像器，平面箔靶、球面弯晶、样品支架、特征辐射谱线成像器构成特征辐射谱线光路装置，平面箔靶、样品支架、轫致辐射谱线成像器构成轫致辐射谱线光路装置，且样品支架还位于球面弯晶下游特征辐射谱线衍射光路与轫致辐射谱线透射光路的交汇处，实现同时成像；

或者靶前空间中固定有样品支架、特征辐射谱线成像器、轫致辐射谱线成像器，靶后空间中固定有衍射特征辐射谱线的球面弯晶，平面箔靶、球面弯晶、样品支架、特征辐射谱线成像器构成特征辐射谱线光路装置，平面箔靶、样品支架、轫致辐射谱线成像器构成轫致辐射谱线光路装置，且样品支架还位于球面弯晶下游特征辐射谱线衍射光路与轫致辐射谱线透射光路的交汇处，实现同时成像。

进一步的方案是：在驱动激光入口与平面箔靶之间装有聚焦镜。

进一步的方案是：样品支架、轫致辐射谱线成像器之间装有狭缝。

进一步的方案是：特征辐射谱线成像器、轫致辐射谱线成像器都是敞口胶片成像盒，敞口处一般要用特定金属膜密封以便遮挡低能X射线和可见光。胶片成像盒左侧面开有插口，胶片成像盒前后侧面内壁开有与插口连通的圆弧型凹槽，胶片成像盒的敞口构成X射线入射口。以使胶片从插口插入胶片成像盒后，胶片两侧受控于圆弧型凹槽，胶片成圆弧型分布。圆弧型凹槽曲率半径一般为胶片安装位置与入射X射线焦点的距离。