[发明专利]一种基于横向梯度多层膜反射元件的X射线单能成像方法

摘要

本发明提供了一种基于横向梯度多层膜反射元件的X射线单能成像方法，该方案针对一定发射度的点发射X射线光源，通过元件参数的特殊设计，使多层膜上各个位置处都满足对同一光子能量的反射/衍射，达到X射线单能成像的目的。本发明克服了采用具有对数螺旋面型的晶体元件作为反射元件，受反射元件面型的影响而具有较大像差的劣势，同时，多层膜元件的带宽较大，反射光子通量较高，其在线调节也相对容易。本发明应用于X射线单能成像领域，包括Z箍缩、ICF过程中的等离子体自发光成像，点投影背光成像，和基于实验室X射线光源的吸收衬度成像和相位衬度成像等。

主权项

一种基于横向梯度多层膜反射元件的X射线单能成像方法，包括有由自发光物体和小孔组成的发光源，发光源出射X射线的发射角为α，X射线照射在长度为l的多层膜反射元件上，X射线光束在多层膜反射元件两端的掠入射角分别为θ₁和θ₂，其中θ₁<θ₂；X射线经过多层膜反射后射入探测器成像，其特征是：包括有如下步骤：a.确定多层膜的厚度：多层膜对X射线的反射具有衍射特性，即一定角度下只反射特定能量的X射线，与多层膜的周期厚度有关，需满足修正布拉格公式：其中，λ是被反射的X射线的波长，d是多层膜的周期厚度，n是X射线在膜层材料中的折射率，θ为光束的掠入射角；根据自放光物体的尺寸能够得出光源的发射角α为：其中，H是被探测物体的高度尺寸，L₁为自发光物体到小孔的距离；再根据几何关系，能够得出：θ₁＝θ₂‑α   ③其中，β是中心光束，即α的角平分线上的光束在多层膜反射元件上的掠入射角；确定多层膜靠近小孔一端的周期厚度d₂，由于d₂与θ₂满足公式①的布拉格关系，通过公式①计算能够得到θ₂的值，在根据公式③计算得到θ₁的值，在根据公式①进一步计算得到多层膜远离小孔一端的周期厚度d₁的值，其中d₂<d₁；同时，多层膜的厚度在其长度方向上成线性变化，厚度梯度的值为(d₁‑d₂)/l；b.确定多层膜的长度：多层膜的长度与其距光源点的距离有关，在中心光束上下两个三角形中应用正弦定理得：其中L₂是小孔到多层膜反射元件的中心距离，l₁为中心光束在多层膜上的射入点下方的多层膜长度，l₂为中心光束在多层膜上的射入点上方的多层膜长度，将公式⑤和公式⑥变换后可以得到：所需多层膜的有效长度为：c.确定多层膜与探测器之间的距离：中心光束在多层膜上的射入点到探测器的垂直距离L₃可通过下式计算得出：其中M为成像放大比，L₁为被自发光物体到小孔的距离，L₂是小孔到多层膜反射元件的中心距离。