一种激光加载材料动态破碎行为的X光成像方法及靶结构与流程

一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法及靶结构
技术领域
1.本发明涉及x射线成像技术领域，具体涉及一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法及靶结构。


背景技术：

2.在x射线成像技术中，目前通常使用针孔辅助成像方法来辅助完成，本方法是在背光靶x光出光面一侧增加一个小孔，由于背光源初始尺寸较大，针孔的作用就是约束背光源的尺寸，通过针孔的辅助作用小尺寸光源的高分辨率成像效果。为实现好的约束效果，针孔需要有一定的厚度，为避免出现等离子体堵孔效应，针孔的尺寸最下只能做到50μm作用，此外，由于背光源产生的x射线在通过针孔中心和针孔边缘时穿透深度不一致，最终会导致经针孔约束后的次级光场分布出现严重的不均匀性，从而导致成像结果精度底的问题。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法及靶结构，提高对材料动态破碎行为的高时空分辨x光成像效果精度，利用背光丝靶结构可获得更小直径的背光源尺寸和均匀的次级光场分布。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像的靶结构，包括背光丝靶、支撑板、靶架和加载靶，所述靶架包括背光部和加载部，所述背光丝靶设置于所述支撑板，所述支撑板设置于所述背光部，所述加载靶设置于所述加载部；所述背光丝靶指向所述加载靶，且所述背光丝靶和所述加载靶在同一轴线上。为了解决上述技术问题并达到相应技术效果，本发明提供的一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像的靶结构，与传统针孔辅助成像方法中所采用的靶结构相比，本发明中利用背光丝靶结构代替针孔结构，可将背光源的尺寸约束至10～15μm，相较于传统针孔约束后的50μm左右的背光源尺寸，可利用本靶结构获得均匀的次级光场分布，从而提高对材料动态破碎行为的高时空分辨x光成像效果精度。本靶结构对于x光成像效果的高时间分辨能达到fs～ns级别，高空间分辨能达到μm级别，且光子能量具有灵活可调的特点。
6.进一步的技术方案：
7.靶结构还包括引光片，所述引光片也设置于所述支撑板，且所述引光片设置于所述背光丝靶靠近背光激光源一侧；
8.进一步的：所述引光片为半透明的薄片结构。
9.进一步的：所述背光丝靶中细丝的直径为10～15μm，且所述引光片的厚度与细丝的直径相适配。
10.进一步的：靶结构还包括限光孔，所述限光孔贴附在所述加载靶表面，且设置于所述加载靶靠近加载激光源一侧。
11.进一步的：所述背光丝靶沿所述支撑板底面的中线设置于所述支撑板的底部。
12.进一步的：所述背光丝靶靠近加载靶一端突出所述支撑片的边缘；
13.进一步的：所述引光片靠近加载靶一端也突出所述支撑片的边缘，且所述引光片的突出长度不小于所述背光丝靶的突出长度。
14.进一步的：所述背光部开设有用于夹固所述支撑板的狭缝，且所述背光丝靶与所述背光部之间的间距可调。
15.进一步的：所述加载部开设有用于安装加载靶和限光孔的槽孔；
16.进一步的：所述槽孔为由上至下直径逐渐减小的沉头孔。
17.进一步的：所述靶架为低原子序数材料制成的架体结构。
18.进一步的：靶结构还包括用于连接辅助瞄靶系统的靶杆，所述靶杆固定于所述靶架。
19.一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法，包括如下步骤：
20.步骤s1：靶结构的制备，包括靶结构中各部件的制备与组装；
21.步骤s2：靶结构在靶室内的安装，通过靶架将整个靶结构固定于激光装置的辅助瞄靶系统；
22.步骤s3：成像探测器的安装及其与靶结构配合位置关系的调整；
23.步骤s4：开启加载激光源，加载激光源均匀作用于加载靶；
24.步骤s5：开启背光激光源，背光激光源作用于背光丝靶，并在丝尖产生x光射线；
25.步骤s6：x光成像，x光射线穿透加载靶并在成像探测器上进行成像。上述一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法，采用上述靶结构与传统针孔辅助成像方法中所采用的靶结构相比，本发明中利用背光丝靶结构代替针孔结构，可将背光源的尺寸约束至10～15μm，相较于传统针孔约束后的50μm左右的背光源尺寸，可利用本靶结构获得均匀的次级光场分布，从而提高对材料动态破碎行为的高时空分辨x光成像效果精度。本靶结构对于x光成像效果的高时间分辨能达到fs～ns级别，高空间分辨能达到μm级别，且光子能量具有灵活可调的特点。
26.进一步的技术方案：
27.步骤s1靶结构的制备包括如下步骤：
28.s11：利用短脉冲激光技术加工背光丝靶、引光片、支撑板、靶架、限光孔、加载靶和靶杆；
29.s12：将背光丝靶、引光片、支撑板、靶架、限光孔、加载靶和靶杆放入酒精或丙酮中浸泡；
30.s13：将浸泡后的背光丝靶、引光片、支撑板、靶架、限光孔、加载靶和靶杆进行干燥；
31.s14：干燥后开始靶结构的组装，将背光丝靶和引光片粘接在支撑板上，然后将粘接有背光丝靶和引光片的支撑板安装到靶架的背光部；
32.将加载靶设置于靶架的加载部上开设的槽孔内，然后将限光孔设置于加载靶上；
33.将靶杆安装于靶架顶端。
34.进一步的：步骤s3中，成像探测器与靶结构配合位置关系的调整后，背光丝靶、加载靶和成像探测器为与同一轴线上，且在成像探测器前设置不透明的滤片。
35.进一步的：步骤s4中，加载激光源通过限光孔的作用均匀加载到加载靶上，此时加
载靶出现层裂破碎现象。
36.进一步的：步骤s5中，背光激光源首先照射到引光片上，并通过引光片的引光作用将背光激光源引导至背光丝靶上，此时背光丝靶完全处于引光片的瞄准视场内；
37.引导至背光丝靶上的背光激光源在丝尖位置处激发出x光射线。
38.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
39.1、本发明一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法及靶结构，本发明中利用背光丝靶结构代替针孔结构，可将背光源的尺寸约束至10～15μm，相较于传统针孔约束后的50μm左右的背光源尺寸相比，可利用本靶结构获得均匀的次级光场分布，从而提高对材料动态破碎行为的高时空分辨x光成像效果精度；
40.2、本发明一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法及靶结构，本靶结构对于x光成像效果的高时间分辨能达到fs～ns级别，高空间分辨能达到μm级别，且光子能量具有灵活可调的特点；
41.3、本发明一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法及靶结构，由于背光丝靶细丝丝尖尺寸极小，在宽大的激光靶室内快速准确的找到丝尖难度极大，故通过设置引光片结构，在使用时首先通过瞄靶系统对靶结构进行调整，使得背光激光源找到引光片，通过引光片将背光激光源引导到背光丝靶的丝尖，并在丝尖处获得实验所需的x光。
42.4、本发明一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法及靶结构，利用限光孔结构约束加载到加载靶上加载激光束的大小，避免激光束边缘的加载不均匀。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
44.图1为本发明靶结构示意图；
45.图2为本发明背光丝靶安装结构示意图一；
46.图3为本发明背光丝靶安装结构示意图二；
47.图4为利用本靶结构的x光成像原理示意图。
48.附图中标记及对应的零部件名称：
49.1-背光丝靶，2-引光片，3-支撑板，4-靶架，5-限光孔，6-加载靶，7-靶杆，8-滤片，9-图像探测器，10-背光激光源，11-加载激光源，41-背光部，42-加载部。
具体实施方式
50.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
51.在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
52.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
53.在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
54.实施例1
55.如图1～图4所示，本发明一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像的靶结构，包括背光丝靶1、支撑板3、靶架4和加载靶6，所述靶架4包括背光部41和加载部42，所述背光丝靶1设置于所述支撑板3，所述支撑板3设置于所述背光部41，所述加载靶6设置于所述加载部42；所述背光丝靶1指向所述加载靶6，且所述背光丝靶1和所述加载靶6在同一轴线上。本实施例中，将所述靶架4分为背光部41和加载部42，可分别用作背光丝靶1和加载靶6的安装，并且保证安装好的背光丝靶1的丝尖指向加载靶6，此时所述背光丝靶1丝尖处激发的x激光才能有效的照射在加载靶6上，并用图像探测器9探测并记录经加载靶6(层碎裂物质)吸收的x光图像；本实施例中，所述背光丝靶1的细丝尺寸能够达到10μm左右，从而可将背光源的尺寸约束至10μm左右，相较于传统针孔约束后的50μm左右的背光源尺寸，利用本实施例中提供的靶结构能够获得均匀的次级光场分布，从而提高对材料动态破碎行为的高时空分辨x光成像效果精度，其中对于x光成像效果的高时间分辨能达到fs～ns级别，高空间分辨能达到μm级别，且光子能量具有灵活可调的特点。
56.还包括引光片2，所述引光片2也设置于所述支撑板3，且所述引光片2设置于所述背光丝靶1靠近背光激光源10一侧；所述引光片2为半透明的薄片结构。由于背光丝靶1细丝丝尖尺寸极小，在宽大的激光靶室内快速准确的找到丝尖难度极大，故通过设置引光片2结构，在使用时首先通过瞄靶系统对靶结构进行调整，使得背光激光源10找到引光片2，通过引光片2将背光激光源10引导到背光丝靶1的丝尖，且所述引光片2的厚度与所述背光丝靶1细丝的直径相同，此时背光激光源10夹在到所述丝尖处便可获得实验所需的x光。且本实施例中所述引光片2为半透明的薄片结构，此时背光激光源10能够更容易的经过引光片2并在背光丝靶1的丝尖处激发x光用于实验。为实现上述效果需满足的前提是，所述引光片2到背光丝靶1的距离使得所述背光丝靶1完全处于所述引光片2的瞄准视场内。
57.所述背光丝靶1中细丝的直径为10～15μm，且所述引光片2的厚度与细丝的直径相适配。本实施例中，所述背光丝靶1的细丝直径能够做到10～15μm，此时经由所述背光丝靶1约束后的x光直径能够达到10～15μm，与传统靶结构相比，通过背光丝靶1约束产生的x光直径更小，可利用本靶结构获得均匀的次级光场分布，从而提高对材料动态破碎行为的高时空分辨x光成像效果精度。
58.还包括限光孔5，所述限光孔5贴附在所述加载靶6表面，且设置于所述加载靶6靠
近加载激光源11一侧。本实施例中，利用所述限光孔5结构约束加载到加载靶6上加载激光束的大小，避免激光束边缘的加载不均匀，从而影响实验的正常进行。
59.如图2所述，所述背光丝靶1沿所述支撑板3底面的中线设置于所述支撑板3的底部。此种安装方式的优点在于能够保持背光丝靶1、加载靶6和图像探测器9在同一轴线上，保证x光成像效果。与此同时如图3所示，所述背光丝靶1沿所述支撑板3底面边线设置于所述支撑板3的底部边缘，此种安装方式相较于上一方式其操作更为简单，此时虽可能会引发背光丝靶1、加载靶6和图像探测器9不再同一轴线上的问题，但当所述支撑板3厚度很小时此影响对成像效果的影响不大可忽略。
60.所述背光丝靶1靠近加载靶6一端突出所述支撑片3的边缘；本实施例中，所述背光丝靶1突出所述支撑片3的边缘的这一段作为x光激发段，且为保证背光丝靶1激发的x光能够有效的作用于加载靶6，此时，突出部分需满足其不会在自身重力或其他因素的影响下发生变形，而导致所述背光丝靶1与所述加载靶6不再同一轴线上，进而对成像效果造成负面影响。
61.所述引光片2靠近加载靶6一端也突出所述支撑片3的边缘，且所述引光片2的突出长度不小于所述背光丝靶1的突出长度。本实施例中，所述引光片2的突出长度不小于所述背光丝靶1的突出长度，是为了保证所述引光片2到背光丝靶1的距离使得所述背光丝靶1完全处于所述引光片2的瞄准视场内。
62.所述背光部41开设有用于夹固所述支撑板3的狭缝，且所述背光丝靶1与所述背光部41之间的间距可调。本实施例中，所述支撑板3上开设的狭缝可为支撑板3的安装提供场所，且可通过改变支撑板3在狭缝处的连接点来调整连接在支撑板3下方的背光丝靶1与所述背光部41之间的距离，从而将背光激光束引到背光丝靶1上，并在其丝尖处激发x光用于成像实验。
63.所述加载部42开设有用于安装加载靶6和限光孔5的槽孔；本实施例中，所述槽孔的设置时为了方便加载靶6和限光孔5的安装，其中限光孔5的设置能够约束加载到加载靶上加载激光束的大小，避免激光束边缘的加载不均匀。且本实施例中，所述槽孔为由上至下直径逐渐减小的沉头孔，此种结构形式的槽孔可逐渐约束加载激光束的大小，从而增强其对加载激光束的大小的约束效果，更加有效的避免激光束边缘的加载不均匀的情况发生。
64.所述靶架4为低原子序数材料制成的架体结构。本实施例中，所述靶架4采用低原子序数的材料制成，能够避免背光丝靶1细丝丝尖激发的x光与所述靶架4相互作用产生较高能量的次级x光。
65.还包括用于连接辅助瞄靶系统的靶杆7，所述靶杆7固定于所述靶架4。本实施例中，所述靶杆7主要用于靶结构与瞄靶系统的连接，从而方便使用瞄靶系统对靶结构在靶室中位置的调整，保证能够正确有效的完成x光成像实验。
66.实施例2
67.本实施例对采用实施例1中所述靶结构的一种x光成像方法做进一步说明。
68.如图1～图4所示，一种激光加载材料动态破碎行为的x光成像方法，包括如下步骤：
69.步骤s1：靶结构的制备，包括靶结构中各部件的制备与组装；本实施例中，所述靶结构的背光丝靶1的细丝尺寸能够达到10μm左右，从而可将背光源的尺寸约束至10μm左右，
相较于传统针孔约束后的50μm左右的背光源尺寸，利用此靶结构能够获得均匀的次级光场分布，从而提高对材料动态破碎行为的高时空分辨x光成像效果精度，其中对于x光成像效果的高时间分辨能达到fs～ns级别，高空间分辨能达到μm级别，且光子能量具有灵活可调的特点。
70.步骤s2：靶结构在靶室内的安装，通过靶架4将整个靶结构固定于激光装置的辅助瞄靶系统；本实施例中，靶结构通过靶杆7与所述辅助瞄靶系统连接，然后可通过辅助瞄靶系统对靶结构在靶室内的位置进行调整以满足实验需求。
71.步骤s3：成像探测器9的安装及其与靶结构配合位置关系的调整；本实施例中，通过辅助瞄靶系统调节后，所述靶结构的背光丝靶1、加载靶6和成像探测器9处于同一轴线上，此时背光丝靶1上激发的x光射线在经过加载靶6后可在成像探测器9上形成清晰准确的x光图像，便于对加载材料动态破碎行为进行分析。
72.步骤s4：开启加载激光源11，加载激光源11均匀作用于加载靶6；本实施例中，所述加载激光源11可均匀的加载至加载靶6上，并激发加载靶6的层裂破碎行位。
73.步骤s5：开启背光激光源10，背光激光源10作用于背光丝靶1，并在丝尖产生x光射线；本实施例中，所述背光激光源10首先会照射至引光片2上，然后再通过引光片2将背光激光源10引导至背光丝靶1的丝尖处，并且在丝尖处激发用于实验的x光射线。
74.步骤s6：x光成像，x光射线穿透加载靶6并在成像探测器9上进行成像。本实施例中，当x光射线穿透加载靶6后，成像探测器9会探测并记录经加载靶6吸收的x光图像，然后通过进一步的图像处理便可获得目标的外部轮廓、内部细节、面密度分布等信息。
75.步骤s1靶结构的制备包括如下步骤：
76.s11：利用短脉冲激光技术加工背光丝靶1、引光片2、支撑板3、靶架4、限光孔5、加载靶6和靶杆7；本实施例中采用短脉冲激光技术加工而成的背光丝靶1、引光片2、支撑板3、靶架4、限光孔5、加载靶6和靶杆7，其精度更高更能够满足实验对靶结构的精度要求，实现获得均匀的次级光场分布的目的，从而提高对材料动态破碎行为的高时空分辨x光成像效果精度，同时x光成像效果的高时间分辨能可达到fs～ns级别，高空间分辨能达到μm级别，光子能量具有灵活可调的特点。
77.s12：将背光丝靶1、引光片2、支撑板3、靶架4、限光孔5、加载靶6和靶杆7放入酒精或丙酮中浸泡；本实施例中，采用酒精或丙酮等对靶结构的各个组件进行浸泡，能够去除其表面杂质和生产加工时附着在表面的残余物。
78.s13：将浸泡后的背光丝靶1、引光片2、支撑板3、靶架4、限光孔5、加载靶6和靶杆7进行干燥；本实施例中，对干燥的要求需满足干燥后，各个组件表面物液体痕迹，从而保证各组件对光的传导不会产生影响。
79.s14：干燥后开始靶结构的组装，将背光丝靶1和引光片2粘接在支撑板3上，然后将粘接有背光丝靶1和引光片2的支撑板3安装到靶架4的背光部41；
80.将加载靶6设置于靶架4的加载部42上开设的槽孔内，然后将限光孔5设置于加载靶6上；
81.将靶杆7安装于靶架4顶端。
82.步骤s3中，成像探测器9与靶结构配合位置关系的调整后，背光丝靶1、加载靶6和成像探测器9为与同一轴线上，且在成像探测器9前设置不透明的滤片8。本实施例中，所述
滤片8的设置，一方面能够避免激光加载产生的碎片冲击到成像探测器9对其造成损伤，另一方面，通过对滤片8材料和厚度的组合优化，能够衰减低能和部分高能x光射线，提高光源的单色化水平。
83.步骤s4中，加载激光源11通过限光孔5的作用均匀加载到加载靶6上，此时加载靶6出现层裂破碎现象。本实施例中，在进行加载靶层裂破碎时，需通过限光孔5约束加载到加载靶6上激光束的直径大小，且避免光束边缘加载的不均匀影响加载靶6的层裂破碎效果。
84.步骤s5中，背光激光源10首先照射到引光片2上，并通过引光片2的引光作用将背光激光源10引导至背光丝靶1上，此时背光丝靶1完全处于引光片2的瞄准视场内；
85.引导至背光丝靶1上的背光激光源10在丝尖位置处激发出x光射线。
86.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，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。