一种快门传输型皮秒时间分辨X光诊断系统

本发明涉及x光条纹相机领域，更具体地说，涉及一种快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统。

背景技术：

1、核能资源蕴藏量极其巨大，且是清洁、安全的能源，其获取途径之一为激光惯性约束聚变。激光惯性约束聚变实验中，高温高密度等离子体能产生大量的软x射线，其中包括连续辐射和线辐射，通过测量这些软x射线谱及其时间和空间分布，就可获得高温高密度等离子体的各种基本参数。聚变整个过程持续时间很短，一般在纳秒甚至亚纳秒量级，因此，软x射线高时空分辨诊断是研究高温高密度等离子体的重要手段。

2、x射线条纹相机具有高时空分辨率，是对x射线时间特性进行研究的主要诊断工具，能提供等离子体空间分辨图像及其随时间运动变化的信息。x射线条纹相机是一种结构复杂而精密的系统设备，传统条纹相机通过光电转换，形成一维空间分布的电子束，再经加载扫描电压的偏转系统，将信号时间顺序依次转化为空间位置顺序。所以，如何进一步提高x射线条纹相机是值得研究的课题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，提供一种快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，包括依次排列在同一轴线上的微带阴极、阳极栅网、真空漂移管、电子成像模块和mcp门控探测器，所述mcp门控探测器包括依次排列的微通道板、荧光屏、光锥和ccd摄像机，所述阳极栅网位于所述真空漂移管的入射端，且所述阳极栅网接地；所述微通道板位于所述真空漂移管的出射端，所述电子成像模块位于所述真空漂移管中部；所述系统还包括与所述微带阴极连接、用于产生负直流电压并叠加超快脉冲的高压电源；

3、x光源发射的x射线照射所述微带阴极，所述微带阴极在x射线作用下产生的光电子在所述微带阴极和所述阳极栅网间加速，并被超快脉冲调控后进入所述真空漂移管，所述光电子穿过所述真空漂移管到达所述微通道板；由于超快脉冲的调控，同一微带阴极的不同位置发射的光电子到达微通道板的时间不同，形成电子束快门传输效应；所述mcp门控探测器在mcp门控脉冲作用下对所述微通道板上的光电子进行取样，取样后的光电子在所述荧光屏上显示为条纹图案，所述条纹图案经所述光锥耦合到所述ccd摄像机进行采集和记录；

4、所述条纹图案包括多条平行排列的条纹，由所述条纹图案中多条条纹的图像强度随时间的变化得到所述x射线对应的输出信号。

5、进一步，在本发明所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统中，所述mcp门控探测器在mcp门控脉冲的作用下对所述微通道板上的光电子进行取样时，将所述光电子同步上所述mcp门控脉冲。

6、进一步，在本发明所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统中，所述微带阴极在x射线作用下产生的光电子同步在所述超快脉冲的上升沿。

7、进一步，在本发明所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统中，所述系统的时间分辨率t为td/m，td为所述mcp门控探测器对时间放大后的电子束团进行取样的积分时间，所述电子束团为光电子集合；

8、发射时间为ti的光电子到达微通道板的时刻为：

9、

10、其中，l是所述阳极栅网和所述微通道板之间漂移区的长度；e＝1.6×10-19c，是电子电荷量；m＝9.1×10-31kg，是电子质量；是t时刻所述微带阴极和所述阳极栅网之间的电压差，vb是所述微带阴极的偏置电压，g是所述超快脉冲的斜率；

11、电子束团的时间放大倍率m可表示为：

12、

13、其中，发射时间为ti+1的光电子到达mcp的时刻为t'i+1。

14、进一步，在本发明所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统中，所述系统的时间分辨率与所述超快脉冲的斜率成正相关。

15、进一步，在本发明所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统中，所述条纹图案的条纹宽度为v*t，其中v为所述超快脉冲的脉冲传输速度，t为所述系统的时间分辨率。

16、进一步，在本发明所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统中，所述条纹图案的条纹宽度与所述系统的时间分辨率成正相关。

17、进一步，在本发明所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统中，所述超快脉冲的传输速度为2×108m/s。

18、进一步，在本发明所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统中，所述系统还包括光学成像系统；

19、所述光学成像系统位于所述微带阴极和所述x光源之间，所述x光源发射的x射线经所述光学成像系统调整光路后射向所述微带阴极。

20、进一步，在本发明所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统中，由所述条纹图案的水平位置信息得到所述系统的水平方向空间分辨率；

21、所述条纹图案在竖直方向上表示时间信息，所述条纹图案在水平方向上表示空间信息。

22、实施本发明的一种快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，具有以下有益效果：本发明不是基于扫描偏转系统，而是基于电子束快门传输、调控及取样系统产生条纹图像，使相机时间分辨率更高。

技术特征：

1.一种快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，包括依次排列在同一轴线上的微带阴极(10)、阳极栅网(20)、真空漂移管(30)、电子成像模块(40)和mcp门控探测器(50)，所述mcp门控探测器(50)包括依次排列的微通道板(501)、荧光屏(502)、光锥(503)和ccd摄像机(504)，所述阳极栅网(20)位于所述真空漂移管(30)的入射端，且所述阳极栅网(20)接地；所述微通道板(501)位于所述真空漂移管(30)的出射端，所述电子成像模块(40)位于所述真空漂移管(30)中部；所述系统还包括与所述微带阴极(10)连接、用于产生负直流电压并叠加超快脉冲的高压电源；

2.根据权利要求1所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，所述mcp门控探测器(50)在mcp门控脉冲的作用下对所述微通道板(501)上的光电子进行取样时，将所述光电子同步上所述mcp门控脉冲。

3.根据权利要求1所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，所述微带阴极(10)在x射线作用下产生的光电子同步在所述超快脉冲的上升沿。

4.根据权利要求1所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，所述系统的时间分辨率t为td/m，td为所述mcp门控探测器(50)对时间放大后的电子束团进行取样的积分时间，所述电子束团为光电子集合；

5.根据权利要求4所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，所述系统的时间分辨率与所述超快脉冲的斜率成正相关。

6.根据权利要求4所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，所述条纹图案的条纹宽度为v*t，其中v为所述超快脉冲的脉冲传输速度，t为所述系统的时间分辨率。

7.根据权利要求6所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，所述条纹图案的条纹宽度与所述系统的时间分辨率成正相关。

8.根据权利要求1所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，所述超快脉冲的传输速度为2×108m/s。

9.根据权利要求1所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，所述系统还包括光学成像系统(60)；

10.根据权利要求9所述的快门传输型皮秒时间分辨x光诊断系统，其特征在于，由所述条纹图案的水平位置信息得到所述系统的水平方向空间分辨率；

技术总结
本发明涉及一种快门传输型皮秒时间分辨X光诊断系统。该系统中，X光源发射的X射线照射微带阴极，微带阴极在X射线作用下产生的光电子在微带阴极和阳极栅网间加速，并被超快脉冲调控后进入真空漂移管，光电子穿过真空漂移管到达微通道板。由于超快脉冲的调控，同一微带阴极的不同位置发射的光电子到达微通道板的时间不同，形成电子束快门传输效应。MCP门控探测器在MCP门控脉冲作用下对微通道板上的光电子进行取样，取样后的光电子在荧光屏上显示为条纹图案，条纹图案经光锥耦合到CCD摄像机进行采集和记录。本发明不是基于扫描偏转系统，而是基于电子束快门传输、调控及取样系统产生条纹图像，使相机时间分辨率更高。

技术研发人员：蔡厚智,向利娟,刘进元
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29