一种透射式平响应软X射线辐射流测量装置的制作方法

本实用新型属于软X射线辐射流测量领域，具体涉及一种透射式平响应软X射线辐射流测量装置。

背景技术：

在激光聚变研究中，辐射流存在于整个物理过程之中，包括黑腔物理的X光辐射流，内爆物理的靶丸自发光等。为了研究黑腔辐射源的强度、辐射温度，以及内爆辐照对称性与热核燃烧过程等，辐射流的测量不可或缺。

目前对辐射流测量的主要设备有平响应X光二极管（FXRD）、X光二极管（XRD）阵列组成的软X光能谱仪（SXS）等设备。平响应XRD是一种利用复合滤片和XRD来实现X光平响应的探测器。XRD阴极灵敏度随X光能量呈下降趋势，而滤片透过率则随X光能谱呈上升趋势。利用两者的互补关系，不同面积配比的复合滤片对X光进行权重配比，再结合XRD响应，即可实现理想的平响应特性。中国工程物理研究院激光聚变研究中心利用金阴极XRD与金组合滤片实现了0.1 keV-5 keV范围的平响应，包含金M带在内。复合滤片为形状相同的400 nm与50 nm两种厚度的金膜构成，其面积配比为1：6.5。为实现该面积配比，利用光刻技术在400 nm厚金膜上刻蚀小孔阵列。而软X光能谱仪是应用滤波法分光进行能谱测量的。滤波法分光是采用某些元素在各自的L或K吸收边能量处的透过率突变，将一个连续的X光谱 “切割”成若干个窄的谱段。滤光片配置XRD探测器，构成软X光探测道系统。为了抑制滤片-XRD探测道高能尾部，在低能道还配置有X光平面镜。最终，阵列中配置高压电源系统的XRD，通过微波电缆将信号传送至数字示波器，完成数据采集。

这些装置的探测部件均为真空X光二极管。目前使用的X光二极管为无窗平板结构的光电探测器，具有响应时间快，抗干扰性能好，便于灵敏度标定等优点。探测器工作时，脉冲光子群穿过网状阳极，打在阴极上，产生光电子群，光电子在阴阳极间强电场加速下，迅速返回阳极，从而在输出电路中感应出脉冲电流输出电脉冲。这种XRD也称之为反射式二极管，其时间分辨为几十皮秒量级。

尽管这些装置在X射线辐射流测量中可实现高精度的定量测量，能满足研究需要，但是存在以下不足：（1）无法对探测器产生的电子进行后续处理。对于反射式探测器，X射线穿过栅网结构的阳极，照射至阴极，产生光电子。在电场的作用下，光电子向栅网运动，产生输出电流。由于结构与工作特点，探测器产生的光电子无法进行后续处理。（2）装置结构不够紧凑。装置构成元件很多，标定环节多，安装复杂，各种不确定性因素导致测量结果不确定度偏大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决已有技术中软X射线辐射流定量测量中存在的无法对探测器产生的电子进行后续处理、结构复杂的问题，提供一种透射式平响应软X射线辐射流测量装置。本实用新型的透射式平响应软X射线辐射流测量装置能为光电子后续处理提供条件，结构更紧凑，能实现惯性约束聚变领域，黑腔物理、辐射输运、辐射烧蚀、辐射不透明度以及内爆动力学的软X射线辐射流测量。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型的透射式平响应软X射线辐射流测量装置，其特点是，所述的测量装置包括外壳、输出头、锥体、阳极、薄膜阴极、卡环、内筒、绝缘层、绝缘环、锁紧环、外筒、连接环、限流电阻、高压管、陶瓷可阀、连接针、绝缘筒、连接筒、高压头，所述外壳为环状，阳极由三段不同直径的金属圆柱体构成。其连接关系是，在外壳内中心轴线上设置有输出头、锥体、阳极、外筒、绝缘层、薄膜阴极、卡环、内筒、绝缘环，阳极后端外围固定设置有锥体，锥体的外围固定设置有输出头，输出头通过螺钉与外壳连接。卡环的外围固定设置有内筒，薄膜阴极通过卡环压紧在内筒内。内筒的外围设置有外筒，内筒与外筒之间设置有绝缘层，外筒的外围设置有锁紧环，绝缘环通过锁紧环压紧在锥体外筒内。外筒通过连接环与输出头连接。所述的薄膜阴极与阳极间有一间隙。外壳固定连接有高压管，高压管中轴线上依次设置有陶瓷可阀、连接针、绝缘筒、高压头。连接针包裹在绝缘筒内。陶瓷可阀的下端与高压管固定连接，上端通过连接针与高压头连接。高压头通过连接筒与高压管连接。限流电阻的一端与内筒连接，另一端与陶瓷可阀中的芯针固定连接。

所述的薄膜阴极与阳极间的间隙为1-3mm。

所述的薄膜阴极由底层的硅环、中层的金属膜、上层的带针孔阵列金属膜构成。

所述的输出头接头为SMA型、N型、BNC型中的一种。

所述的阳极、锥体到输出头的阻抗均为50Ω。

所述的阳极的材料采用铜、铝、金中的一种。

本实用新型的有益效果是，本实用新型中的薄膜阴极，其产生的光电子与入射X光光路不干涉，为光电子的后续处理提供了条件，能实现惯性约束聚变领域，黑腔物理、辐射输运、辐射烧蚀、辐射不透明度以及内爆动力学的软X射线辐射流测量。本实用新型将应用中的平响应滤片与XRD探测器集成一体，结构更紧凑，减少了滤片安装与标定工作，使得辐射流测量更方便。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的透射式平响应软X射线辐射流测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型中的透射阴极的结构示意图。

图中，1.外壳 2.输出头 3.锥体 4.阳极 5.薄膜阴极 6.卡环 7.内筒 8.绝缘层 9.绝缘环 10.锁紧环 11.外筒 12.连接环 13.限流电阻 14.高压管 15.陶瓷可阀 16.连接针 17.绝缘筒 18.连接筒 19.高压头 20.硅环 21.金属膜 22.带针孔阵列金属膜。

具体实施方式

实施例1

图1为本实用新型的透射式平响应软X射线辐射流测量装置的结构示意图，图2为本实用新型中的透射阴极的结构示意图。在图1 、2中，本实用新型的透射式平响应软X射线辐射流测量装置，包括外壳1、输出头2、锥体3、阳极4、薄膜阴极5、卡环6、内筒7、绝缘层8、绝缘环9、锁紧环10、外筒11、连接环12、限流电阻13、高压管14、陶瓷可阀15、连接针16、绝缘筒17、连接筒18、高压头19，所述外壳1为环状，阳极4由三段不同直径的金属圆柱体构成。其连接关系是，在外壳1内中心轴线上设置有输出头2、锥体3、阳极4、外筒11、绝缘层8、薄膜阴极5、卡环6、内筒7、绝缘环9，阳极4后端外围固定设置有锥体3，锥体3的外围固定设置有输出头2，输出头2通过螺钉与外壳1连接。卡环6的外围固定设置有内筒7，薄膜阴极5通过卡环6压紧在内筒7内。内筒7的外围设置有外筒11，内筒7与外筒11之间设置有绝缘层8，外筒11的外围设置有锁紧环10，绝缘环9通过锁紧环10压紧在锥体外筒11内。外筒11通过连接环12与输出头2连接。所述的薄膜阴极5与阳极4间有一间隙。外壳1固定连接有高压管14，高压管14中轴线上依次设置有陶瓷可阀15、连接针16、绝缘筒17、高压头19。连接针16包裹在绝缘筒17内。陶瓷可阀15的下端与高压管14固定连接，上端通过连接针16与高压头19连接。高压头19通过连接筒18与高压管14连接。限流电阻13的一端与内筒7连接，另一端与陶瓷可阀15中的芯针固定连接。

所述的薄膜阴极5由底层的硅环20、中层的金属膜21、上层的带针孔阵列金属膜22构成。

所述的阳极4、锥体3到输出头2的阻抗均为50Ω。

本实施例中，所述的薄膜阴极5与阳极4间的间隙为2 mm，输出头2接头为SMA型，阳极4的材料采用铜。

外壳1材料为采用不锈钢，锥体3材料采用铝，卡环6材料为铝，内筒7材料采用不锈钢，绝缘层8材料采用聚四氟乙烯，绝缘环9材料采用聚四氟乙烯，锁紧环10材料采用铜，外筒11材料采用铜，连接环12材料采用铜，限流电阻13电阻值为10MΩ，高压管14材料采用不锈钢，连接针16材料采用银，绝缘筒17材料采用聚四氟乙烯，连接筒18材料采用铜。

所述的薄膜阴极5为直径为10 mm的圆形。薄膜阴极5的中层金属膜21为50 nm厚度的金膜，上层的带针孔阵列金属膜22为厚度400nm的金膜。带针孔阵列金属膜22上刻蚀有针孔阵列，针孔阵列由100x100个直径为35μm的小孔构成。

本实用新型的透射式平响应软X射线辐射流测量装置工作流程如下：

本实用新型中的输出头2通过电缆与示波器连接。高压头19通过电缆与直流电源连接，电源提供-2000V偏压，在薄膜阴极5与阳极4之间施加电场，同时为内筒7、绝缘层8、外筒11构成的储能电容充电，保证瞬间信号输出有足够电荷量。当X射线照射至薄膜阴极5，电子产生并在电场作用下飞行至阳极4，通过锥体3、输出头2、电缆传输至示波器。根据公式，其中：为辐射流，为信号衰减倍数，为示波器阻抗，为本实用新型的探测装置响应函数，为立体角，能够计算得到辐射流随时间变化结果。

实施例2

本实施例与实施例1 的结构相同，不同之处是，薄膜阴极5与阳极4间的间隙为1 mm，输出头2接头为N型，阳极4的材料采用金。

实施例3

本实施例与实施例1 的结构相同，不同之处是，薄膜阴极5与阳极4间的间隙为3 mm，输出头2接头为BNC型，阳极4的材料采用铝。

最后说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人而言，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分特征等同替换，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。