[实用新型]多能点谱分辨软X射线分幅成像系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种软X射线分幅成像系统，尤其是涉及一种基于掠入射平面镜的多能点谱分辨软X射线分幅成像系统及其应用，属于X射线成像领域。

背景技术

对于间接驱动的惯性约束聚变，黑腔辐射场均匀性直接关系到靶丸内爆对称性。从实验研究的角度，黑腔等离子体演化涉及两个重要过程：激光光斑运动和腔壁等离子体膨胀，它们既有明显区别，又相互关联，且都发生在激光能量沉积区附近。激光光斑运动直接影响靶丸辐照均匀性。腔壁等离子体高速膨胀，则可能使靶丸提前预热甚至解体，同时引起腔内密度梯度，导致临界密度面位移和激光折射，进而影响激光注入效率和靶丸辐照均匀性。鉴于惯性约束聚变使用的黑腔通常由金材料制作，为定量评估和表征黑腔辐射场均匀性，理论上必须获取金O带、N带和M带的单色或准单色等离子体时空演化图像，这就要求诊断设备必须同时具备时间分辨、二维空间分辨和光谱分辨能力。

X光分幅相机满足时空分辨要求，是激光惯性约束聚变研究的重要诊断设备，它由针孔阵列、阴极微带线、微通道板、荧光屏和皮秒脉冲发生器等组成，阴极微带线直接镀制在微通道板输入面上。相机工作时，激光等离子体产生的X射线辐射经针孔阵列成像到阴极微带线上，同时皮秒电脉冲在微带上传输，电脉冲每经过一个成像区域，相机曝光一次，最终在记录面上形成按时间顺序排布的系列二维图像。其实时间分辨约80ps，二维空间分辨优于15lp/mm，响应光谱范围为0.1-10keV。如此宽的光谱响应说明分幅相机不具备光谱选择能力，分幅相机无法直接用于定量观测黑腔辐射场均匀性。

为适应实验研究的需要，目前使用滤片（带通滤片或ROSS滤片）来获得准单能X射线，再经过针孔阵列成像到分幅相机探测面，以获得具有时空能分辨的等离子体演化图像。根据实验效果，当前技术至少存在三方面不足：第一，滤片法透过率低，分幅相机工作在动态模式下，获得的图像信号强度弱，信噪比差，噪声信号容易掩盖黑腔等离子体演化过程中的重要特征；第二，滤片单色性差，存在高能X射线尾巴，使得成像结果总是包含高温等离子体的辐射特征信息；第三，较软X射线波段（<1keV）的滤片制作难度很大，滤片厚度通常为亚微米量级，实验中容易被靶解体碎片破坏，极大地影响实验效率。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有诊断技术存在的缺陷而提供一种基于掠入射平面镜的多能点谱分辨软X射线分幅成像系统及其应用。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种多能点谱分辨软X射线分幅成像系统，该成像系统包括针孔阵列板、掠入射平面镜、光学调整机构、滤片、限光狭缝和记录介质；所述针孔阵列板上排布了多列成像针孔，每列针孔与一块掠入射平面镜构成一个成像通道；所述掠入射平面镜安装在光学调整机构上；目标靶发出的X光经针孔成像后，辐照到掠入射平面镜上，满足特定掠射角条件的光线被镜面反射出来，通过限光狭缝，最终成像到记录介质上，成像画幅数与针孔数目相同。

所述的针孔阵列板包括基板和按一定规则排布在基板上的针孔阵列，所述的基板为钽薄片或钨薄片或金薄片，其厚度不大于50微米，所述的针孔阵列是通过激光打孔或光刻的方法在上述基板上形成按阵列规则排布的多个贯穿通孔，所述的通孔直径依据X射线观测能点进行最优设计，以获得最佳空间分辨。

所述的掠入射平面镜表面镀制了光谱选择性薄膜，所述的薄膜可以是单层膜也可以是多层膜。

所述的单层膜掠入射平面镜光谱选择原理基于掠入射X射线全反射原理，具有高能X射线截止功能。

所述的多层膜掠入射平面镜光谱选择原理基于掠入射X射线Bragg衍射原理。

所述的掠入射平面镜数量为1块或2块或4块。

所述的光学调整机构为掠入射平面镜的支撑底座，使掠入射平面镜具有位置与姿态调整功能，所述的位置与姿态调整包括二维平移、俯仰和方位调整。

所述的滤片其厚度介于0.05微米至10微米之间，厚度较厚时采用单一材料薄片，厚度较薄时制作于CH膜或C膜衬底上。

所述的限光狭缝位于X射线光束交叉处，采用重金属材料制作，厚度不小于3毫米，狭缝宽度介于1毫米至5毫米之间。

所述的记录介质为X光成像板、胶片或CCD时，获得时间积分的二维成像结果；所述的记录介质为分幅相机时，获得时间分辨的等离子体二维演化图像。

多能点谱分辨软X射线分幅成像系统的应用，该系统应用于激光聚变、Z箍缩聚变和实验室天体物理实验中的等离子体诊断，目的是研究等离子体时间、空间和能谱的演化规律。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：