一种二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统的制作方法

本发明属于激光聚变研究领域和X射线探测领域，具体涉及一种二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统。

背景技术：

在激光惯性约束聚变研究中，对黑腔辐射流的精密诊断历来是十分重要的研究内容。随着研究的进一步深入，科学家们发现除了需要对黑腔辐射流的总量进行探测外，还需要进一步对黑腔内辐射流的空间分布及其时间演化过程进行高精密诊断，这对于检验理论模型和程序以及最终实现点火都十分关键。通常，采用软X光多通道能谱仪（Dante）[E. L. Dewald, K. M. Campbell, R. E. Turner, et al. Rev.Sci.Instrum. 75, 3759 (2004).]、平响应X射线探测器（F-XRD）[Zhichao Li, Xiaohua Jiang, Shenye Liu, et al. Rev.Sci.Instrum. 81, 073504 (2010).]和限孔型F-XRD[Kuan Ren, Shenye Liu, Huabing Du, et al. Rev.Sci.Instrum. 86, 103112 (2015).]实现对黑腔辐射流的诊断，但这些诊断系统无空间分辨，只能给出黑腔辐射场的整体辐射流随时间的变化过程或者是黑腔辐射场中某一固定位置的辐射流的变化过程，没有办法诊断出黑腔内各个位置辐射流的空间变化过程。后来，中国专利文献库公开了一种针孔配平响应X光条纹相机的辐射流诊断系统（201710012101.4），但条纹相机只具有沿着阴极方向的一维空间分辨，这种辐射流诊断系统只能给出黑腔内某一维方向上的辐射流的时空演化过程。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统。

本发明的二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统，其特点是：所述的辐射流诊断系统包括沿水平方向顺序排列的针孔板、变像组件、分幅相机；

所述的针孔板上设置有针孔阵列；

所述的变像组件包括沿水平方向顺序排列的光电阴极、加速极、聚焦极和阳极；所述的光电阴极为透射式平响应X射线光电阴极；

所述分幅相机包括沿水平方向顺序排列的MCP、荧光屏、光纤面板、图像记录系统；所述的MCP上有微带，微带位于变像组件的像面位置；

黑腔内部发出的X射线先由针孔板上的针孔阵列成像到变像组件的光电阴极上，光电阴极将X射线转化为电子，电子再由加速极、聚焦极与阳极成像到分幅相机的微带上，电子经过分幅相机的选通倍增作用后，在荧光屏上输出具有时间分辨和二维空间分辨的可见光图像，可见光图像经过光纤面板的传输后由图像记录系统记录储存。

所述的针孔板材料为钽片，钽片的厚度大于等于20μm。

所述针孔阵列中针孔的个数大于等于1，针孔的直径范围为10μm~30μm。

所述的分幅相机的时间分辨小于等于150ps，空间分辨小于等于100μm。

在本发明的二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统的工作过程中，针孔阵列对 X射线的成像具有二维空间分辨，变像组件的光电阴极在将X射线转化为电子的过程中，X射线的二维空间分布情况也会转换到电子的空间分布中去，而变像组件的加速极、聚焦极与阳极形成的电子透镜对电子具有聚焦成像作用，电子的空间分布信息得以维持。分幅相机本身具有二维空间分辨能力，在对电子的作用过程中，也能维持电子的空间分布信息。分幅相机的微带对电子具有选通作用，可以使系统获得时间分辨。变像组件所用的光电阴极为透射式平响应X射线光电阴极，对不同能量的X射线具有相同的谱响应灵敏度，因此通过图像记录系统记录的图像，可直接得出黑腔内部X射线辐射流的二维空间分布随时间的演化过程。

本发明的二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统用于对黑腔内辐射流的空间分布及其时间演化过程进行高精密诊断，能够实现对黑腔内辐射流时空演化过程的二维高空间分辨测量。本发明的二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统的时间分辨可达150ps，空间分辨可达10μm量级。本发明的二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统的结构示意图；

图2为本发明的二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统中的针孔板结构示意图；

图3为本发明的二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统中的MCP结构示意图；

图中，1.黑腔 2.针孔板 3.变像组件 4.分幅相机 5.图像记录系统 6.针孔阵列 7.光电阴极 8.加速极 9.聚焦极 10.阳极 11.MCP 12.微带 13.荧光屏 14.光纤面板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的二维空间分辨的黑腔辐射流诊断系统包括沿水平方向顺序排列的针孔板2、变像组件3、分幅相机4；

如图2所示，所述的针孔板上2设置有针孔阵列6；

所述的变像组件3包括沿水平方向顺序排列的光电阴极7、加速极8、聚焦极9和阳极10；所述的光电阴极7为透射式平响应X射线光电阴极；

所述分幅相机4包括沿水平方向顺序排列的MCP11、荧光屏13、光纤面板14、图像记录系统5；如图3所示，所述的MCP11上有微带12，微带12位于变像组件3的像面位置；

黑腔1内部发出的X射线先由针孔板2上的针孔阵列6成像到变像组件3的光电阴极7上，光电阴极7将X射线转化为电子，电子再由加速极8、聚焦极9与阳极10成像到分幅相机4的微带12上，电子经过分幅相机4的选通倍增作用后，在荧光屏13上输出具有时间分辨和二维空间分辨的可见光图像，可见光图像经过光纤面板14的传输后由图像记录系统5记录储存。

所述的针孔板2材料为钽片，钽片的厚度大于等于20μm。

所述针孔阵列6中针孔的个数大于等于1，针孔的直径范围为10μm~30μm。

所述的分幅相机4的时间分辨小于等于150ps，空间分辨小于等于100μm。

实施例1

在本实施例中，针孔板2的材料为钽片，针孔板2的厚度为20μm，针孔6的个数为1个，针孔6的直径为10μm，分幅相机4的时间分辨为150ps，空间分辨为100μm。系统可获得反映出黑腔内部X射线辐射流二维空间分布信息的单幅图像，并具有时间分辨。诊断系统整体的时间分辨主要由变像组件3的时间弥散与分幅相机4的时间分辨共同决定，但变像组件3引入的时间弥散是小量，可认为系统的时间分辨即为分幅相机4的时间分辨，为150ps。系统整体的空间分辨由针孔阵列6、变像组件3和分幅相机4的空间分辨共同决定，可达10μm量级。

实施例2

本实施例与实施例1的实施方式基本相同，不同之处在于，针孔板2的厚度为20μm，针孔阵列6中的针孔个数为2个，针孔的直径为20μm，分幅相机4的时间分辨为150ps，空间分辨为100μm。系统可获得某两个时刻黑腔1内部X射线辐射流二维空间分布的两幅图像，并具有时间分辨。时间分辨为150ps，空间分辨可达10μm量级。

实施例3

本实施例与实施例1的实施方式基本相同，不同之处在于，针孔板2的厚度为30μm，针孔阵列6中的针孔个数为1个，针孔的直径为30μm，分幅相机4的时间分辨为100ps，空间分辨为50μm。系统可获得某时刻黑腔1内部X射线辐射流二维空间分布的单幅图像，并具有时间分辨。时间分辨为100ps，空间分辨可达10μm量级。

实施例4

本实施例与实施例1的实施方式基本相同，不同之处在于，针孔板2的厚度为30μm，针孔阵列6中的针孔个数为2个，针孔的直径为10μm，分幅相机4的时间分辨为150ps，空间分辨为50μm。系统可获得某两个时刻黑腔1内部X射线辐射流二维空间分布的两幅图像，并具有时间分辨。时间分辨为150ps，空间分辨可达10μm量级。

实施例5

本实施例与实施例1的实施方式基本相同，不同之处在于，针孔板2的厚度为20μm，针孔阵列6中的针孔个数为1个，针孔的直径为10μm，分幅相机4的时间分辨为100ps，空间分辨为50μm。系统可获得某时刻黑腔1内部X射线辐射流二维空间分布的单幅图像，并具有时间分辨。时间分辨为100ps，空间分辨可达10μm量级。

实施例6

本实施例与实施例1的实施方式基本相同，不同之处在于，针孔板2的厚度为30μm，针孔阵列6中的针孔个数为2个，针孔的直径为30μm，分幅相机4的时间分辨为150ps，空间分辨为100μm。系统可获得某两个时刻黑腔1内部X射线辐射流二维空间分布的两幅图像，并具有时间分辨。时间分辨为150ps，空间分辨可达10μm量级。

本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。