一种透射式平响应软x射线辐射流测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种透射式平响应软X射线辐射流测量装置，所述装置中的阳极后端外围固定设置有锥体，锥体的外围设置有输出头，输出头与外壳连接，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，外壳固定连接有高压管，高压管中轴线上依次连接有陶瓷可阀、连接针、绝缘筒、高压头，限流电阻分别与内筒、陶瓷可阀连接。本发明中的薄膜阴极能为光电子后续处理提供条件，将应用中的平响应滤片与XRD探测器集成一体，结构更紧凑，能实现惯性约束聚变领域软X射线辐射流测量。
【专利说明】
一种透射式平响应软X射线辐射流测量装置
技术领域
[0001] 本发明属于软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】
[0002] 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。
[0003] 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 害Γ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。
[0004] 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。
[0005] 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。
【发明内容】
[0006] 本发明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。本发明的透射式平响应软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。
[0007] 本发明的技术方案如下： 本发明的透射式平响应软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。
[0008] 所述的薄膜阴极与阳极间的间隙为l-3mm。
[0009] 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。
[0010] 所述的输出头接头为SMA型、N型、BNC型中的一种。
[0011]所述的阳极、锥体到输出头的阻抗均为50Ω。
[0012] 所述的阳极的材料采用铜、铝、金中的一种。
[0013] 本发明的有益效果是，本发明中的薄膜阴极，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。本发明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。
[0014] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的透射式平响应软X射线辐射流测量装置的结构示意图。
[0016] 图2为本发明中的透射阴极的结构示意图。
[0017]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】
[0018] 实施例1 图1为本发明的透射式平响应软X射线辐射流测量装置的结构示意图，图2为本发明中 的透射阴极的结构示意图。在图1、2中，本发明的透射式平响应软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。
[0019] 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。
[0020] 所述的阳极4、锥体3到输出头2的阻抗均为50 Ω。
[0021] 本实施例中，所述的薄膜阴极5与阳极4间的间隙为2 _，输出头2接头为SMA型，阳 极4的材料采用铜。
[0022] 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10ΜΩ，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。
[0023]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35μπι的小孔构成。
[0024]本发明的透射式平响应软X射线辐射流测量装置工作流程如下： 本发明中的输出头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，
i中：.1?/)为辐射流，W为信号衰减倍数，馬为示波器阻抗，为本发 明的探测装置响应函数，Ω为立体角，能够计算得到辐射流随时间变化结果。
[0025] 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 _，输 出头2接头为N型，阳极4的材料采用金。
[0026] 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 _，输 出头2接头为BNC型，阳极4的材料采用铝。
[0027]最后说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种透射式平响应软X射线辐射流测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括外壳 (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。2. 根据权利要求1所述的透射式平响应软X射线辐射流测量装置，其特征在于，所述的 薄膜阴极(5)与阳极(4)间的间隙为1-3 _。3. 根据权利要求1所述的透射式平响应软X射线辐射流测量装置，其特征在于，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。4. 根据权利要求1所述的透射式平响应软X射线辐射流测量装置，其特征在于，所述的 输出头(2)接头为SMA型、N型、BNC型中的一种。5. 根据权利要求1所述的透射式平响应软X射线辐射流测量装置，其特征在于，所述的 阳极(4)、锥体(3)到输出头(2)的阻抗均为50 Ω。6. 根据权利要求1所述的透射式平响应软X射线辐射流测量装置，其特征在于，所述的 阳极(4)的材料采用铜、铝、金中的一种。
【文档编号】G01T1/29GK105842727SQ201610385141
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】侯立飞, 杜华冰, 车兴森, 杨轶濛, 杨国洪, 杨家敏
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心