CN102956280B - 中子半影成像的编码孔径的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种中子半影成像的编码孔径的制备方法，首先通过激光拉管仪拉制石英玻璃管，获得符合半影孔孔径形状要求的石英玻璃管，将玻璃管固定在模具中，向模具中加入熔化的液态重金属，待重金属冷却成为固态后，用氢氟酸溶液将金属块中的石英玻璃管溶解，将金属块沿中部切割，即得到两个包含双圆锥型厚孔径的半影孔。本发明制备得到直径变化可控的双圆锥型厚孔径，适用于不同的中子半影成相技术的半影孔设计。本发明制备过程简单，采用玻璃管拉制技术和金属模腔成型技术结合的方法制备此编码孔径，成本低且便于普及。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种中子半影成像技术领域的编码孔径制备方法，具体是一种双圆锥型厚孔径的制备方法。
背景技术
聚变能作为一种原料储量丰富的清洁能源，日益引起人们的重视。随着激光技术的发展，惯性约束受控热核聚变（ICF）已成为实现热核聚变反应的一个重要的手段。在ICF实验中，通过中子成像技术，能够获得内爆中子产生区域图像，从而获得燃料内爆压缩尺寸、形状、均匀性、DT燃料粒子温度随半径的分布等信息，了解靶丸压缩与产额之间的关系，获得各种黑腔、靶丸设计的性能参数，达到优化靶丸及黑腔设计等目的。
在几种中子成像技术中，半影成像由于其孔径加工简单、造价低、中子收集率高、对中子产额要求低等原因，较适合ICF驱动器。为了对热核中子有足够大的散射界面，半影孔的材料一般是钨、金、铅等重金属，由于中子的穿透性非常强，半影孔的孔径必须制作的足够厚。检测中，源的信息主要包含在半影区中，因此必须选择合适的半影孔形状以形成尽量大的半影区，一般选用锥孔结构，获得的半影像半影区面积大，半影孔点扩散函数（PSF，point spread function）空间不变性较好。如何在一个几十毫米厚的基片上加工出一个几十到几百微米左右孔径的双圆锥型孔径是个很大的难题。
经对现有技术文献的检索发现，L.Disdier，A.Rouyer等在Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research A 489(2002)496-502撰文“High-resolution neutronimaging of laser imploded DT targets”（“激光内爆的氘氚靶丸的高分辨率中子成像”）。该文献中提及的双圆锥型厚孔径的制备方法是电火花加工：电火花加工是一种直接利用电能进行加工的方法。它通过加工过程中工具和工件之间不断产生脉冲火花放电产生的局部高温把金属除蚀下来。使用这种方法只能加工出孔径大于0.6mm的小孔，且加工的孔精度及表面质量较差，另外，电火花加工用的电极制备不易、加工效率较低，无法广泛应用。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种中子半影成像技术编码孔径的制备方法，制备得到直径变化可控的双圆锥型厚孔径。本发明制备过程简单，采用玻璃管拉制技术和金属模腔成型技术结合的方法制备此编码孔径，成本低且便于普及。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先通过激光拉管仪拉制玻璃管，获得符合半影孔孔径形状要求的玻璃管，将玻璃管固定在模具中，向模具中加入熔化的液态重金属，待重金属冷却成为固态后，用氢氟酸溶液将金属块中的玻璃管溶解即得到具有双圆锥型厚孔径的半影孔。
本发明所述方法包括以下步骤：
第一步、拉制微玻璃管。打开激光拉管仪，放入玻璃管，进行功率测试，获得拉断玻璃管的临界功率。换入新的玻璃管，进入拉管工作程序，设定工作参数进行拉制，程序运行结束后取下拉制成型的玻璃管；所述拉制成型的玻璃管的形状为：从中间切断后可得到两个相同的前端为双圆锥形状的玻璃管；
所述玻璃管为石英玻璃管。
所述玻璃管可以选用实心玻璃管，也可以选用空心玻璃管。
所述工作参数中的功率小于临界功率。
第二步、用丙酮、酒精和去离子水对玻璃管进行清洗，通过模具中央的小孔，将之对称固定在模具中央。
所述模具上下两面中央均有和玻璃管直径相同的小孔。
第三步、向模具中浇铸重金属熔液，待熔液冷却凝结后取出成型模块。
所述的重金属熔液是熔点低于石英玻璃的软化点的重金属，可以采用Au、Pb等。
第四步、将裸露在金属模块外部的玻璃管切割去除，用氢氟酸溶液将金属块内部的玻璃管去除，即可得到带有孔径的金属模块。
所述玻璃管是空心石英玻璃管，则在玻璃管中通入氢氟酸去除。
所述玻璃管是实心石英玻璃管，则在恒温水槽中，将金属块放入氢氟酸刻蚀液中去除。所述孔径的形状和玻璃管留在金属模块内部部分的形状相同。
第五步、将金属块从中部切断，获得两个相同的带有双圆锥型孔径的金属块，即可作为半影成像的半影孔。
所述双圆锥型孔径是两个相联接的圆锥形。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明以拉制变形后的石英玻璃为孔芯利用模具进行浇铸成型，再将石英玻璃腐蚀去除，制成带有双圆锥型孔径的半影孔，与现有技术相比，其优点在于：拉制后石英玻璃管的形状符合中子半影成相技术对半影孔的形状要求；玻璃管的形状可以通过改变拉制程序的参数进行改变，直径范围可在几微米至几百微米之间变化，进而有效控制孔径的形状；石英玻璃具有较高软化点，该技术对很多重金属都适用；玻璃管硬度较大，形成的孔径对中性良好；加工的孔精度及表面质量好，表面粗糙度小。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为拉制成型后的玻璃管图；
图2为浇铸使用的模具图；
其中：1和所用玻璃管直径相同的小孔、2浇铸管道
图3为脱模后的金属块
其中：3金属块剖面、4中通孔径
图4为成型后的半影孔
其中：3金属块剖面、5双圆锥孔径
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
第一步、拉制微玻璃管。打开激光拉管仪，放入玻璃管，进行功率测试，获得拉断玻璃管的临界功率。换入新的玻璃管，进入拉管工作程序，设定工作参数进行拉制，程序运行结束后取下拉制成型的玻璃管。
所述玻璃管为直径1mm的空心石英玻璃管。
所述RAMP TEST结果为692。
所述拉制成型的玻璃管形状如图1所示，从中间切断后可得到两个相同的前端为双圆锥形状的玻璃管。
所述工作参数如下：
| Heat（输出功率） | Velocity（拉动速率） | Delay（延时时间） | Pull（拉动力度） |
| 650 | 45 | 140 | 250 |
本实施例使用的激光拉管仪为Sutter Instrument Company于2010年生产的P-2000 Laser Based Micropipette Puller System，表格内参数均为所用仪器自定义，无单位，在激光拉管仪规定的取值范围内取值，值越大，对应参数越大。
第二步、用丙酮、酒精和去离子水对玻璃管进行清洗，通过模具中央的小孔，将之对称固定在模具中。
所述模具如图2所示，为长方体，厚度为100mm，上下两面均有直径1mm的小孔。
第三步、向模具中浇铸重金属熔液，待熔液冷却凝结后取出。
所述的重金属熔液为Au。
第四步、将裸露在金属模块外部的玻璃管切割去除，将金属块内部的玻璃管用氢氟酸腐蚀去除。然后采用缓冲氢氟酸去除金属块中残留的石英玻璃。
所述腐蚀是指，直接在玻璃管中通入氢氟酸进行腐蚀。
所述孔径的形状和玻璃管留在金属模块内部部分的形状相同，如图3所示。
第五步、将金属块从中部切断，获得两个相同的带有双圆锥型孔径的金属块，即可作为半影成像的半影孔。
所述双圆锥型孔径是两个相联接的圆锥形。
所述半影孔小端直径为10微米，大端直径为1mm。
浇铸成型的半影孔如图4所示。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
第一步、拉制微玻璃管。打开激光拉管仪，放入玻璃管，进行功率测试，获得拉断玻璃管的临界功率。换入新的玻璃管，进入拉管工作程序，设定工作参数进行拉制，程序运行结束后取下拉制成型的玻璃管。
所述玻璃管为直径1mm的空心石英玻璃管。
所述RAMP TEST结果为689。
所述拉制成型的玻璃管形状如图1所示，从中间切断后可得到两个相同的前端为双圆锥形状的玻璃管。
所述工作参数如下：
| Heat（输出功率） | Velocity（拉动速率） | Delay(延时时间） | Pull（拉动力度） |
| 550 | 45 | 140 | 150 |
本实施例使用的激光拉管仪为Sutter Instrument Company于2010年生产的P-2000 Laser Based Micropipette Puller System，表格内参数均为所用仪器自定义，无单位，在激光拉管仪规定的取值范围内取值，值越大，对应参数越大。
第二步、用丙酮、酒精和去离子水对玻璃管进行清洗，通过模具中央的小孔，将之对称固定在模具中。
所述模具如图2所示，为长方体，厚度为100mm，上下两面均有直径1mm的小孔。
第三步、向模具中浇铸重金属熔液，待熔液冷却凝结后取出。
所述的重金属熔液为Au。
第四步、将裸露在金属模块外部的玻璃管切割去除，将金属块内部的玻璃管用氢氟酸腐蚀去除。然后采用缓冲氢氟酸去除金属块中残留的石英玻璃。
所述腐蚀是指，直接在玻璃管中通入氢氟酸进行腐蚀。
所述孔径的形状和玻璃管留在金属模块内部部分的形状相同，如图3所示。
第五步、将金属块从中部切断，获得两个相同的带有双圆锥型孔径的金属块，即可作为半影成像的半影孔。
所述双圆锥型孔径是两个相联接的圆锥形。
所述半影孔小端直径为673微米，大端直径为1mm。
浇铸成型的半影孔如图4所示。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
第一步、拉制微玻璃管。打开激光拉管仪，放入玻璃管，进行功率测试，获得拉断玻璃管的临界功率。换入新的玻璃管，进入拉管工作程序，设定工作参数进行拉制，程序运行结束后取下拉制成型的玻璃管。
所述玻璃管为直径1mm的实心石英玻璃管。
所述RAMP TEST结果为724。
所述拉制成型的玻璃管形状如图1所示，从中间切断后可得到两个相同的前端为双圆锥形状的玻璃管。
所述工作参数如下：
| Heat（输出功率） | Velocity（拉动速率） | Delay（延时时间） | Pull（拉动力度） |
| 600 | 45 | 140 | 200 |
本实施例使用的激光拉管仪为Sutter Instrument Company于2010年生产的P-2000 Laser Based Micropipette Puller System，表格内参数均为所用仪器自定义，无单位，在激光拉管仪规定的取值范围内取值，值越大，对应参数越大。
第二步、用丙酮、酒精和去离子水对玻璃管进行清洗，通过模具中央的小孔，将之对称固定在模具中。
所述模具如图2所示，为长方体，厚度为100mm，上下两面均有直径1mm的小孔。
第三步、向模具中浇铸重金属熔液，待熔液冷却凝结后取出。
所述的重金属熔液为Au。
第四步、将裸露在金属模块外部的玻璃管切割去除，将金属块内部的玻璃管用氢氟酸腐蚀去除。然后采用缓冲氢氟酸去除金属块中残留的石英玻璃。
所述腐蚀是指，在恒温水槽中，将金属块放入氢氟酸刻蚀液中去除。
所述孔径的形状和玻璃管留在金属模块内部部分的形状相同，如图3所示。
第五步、将金属块从中部切断，获得两个相同的带有双圆锥型孔径的金属块，即可作为半影成像的半影孔。
所述双圆锥型孔径是两个相联接的圆锥形。
所述半影孔小端直径为386微米，大端直径为1mm。
浇铸成型的半影孔如图4所示。
采用此方法能制备得到孔径不同的半影孔，能实现从几微米至几百微米之间的孔径变化，可以满足不同的设计需要。由于石英玻璃管硬度较大，本方法制备的孔径对中性良好，加工的孔精度及表面质量好。同时本发明制备过程简单，采用玻璃管拉制和金属模腔成型技术结合的方法制备半影孔，成本低且便于普及。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征在于，首先通过激光拉管仪拉制玻璃管，获得符合半影孔孔径形状要求的玻璃管，将玻璃管固定在模具中，向模具中加入熔化的液态重金属，待重金属冷却成为固态后，用氢氟酸溶液将金属块中的玻璃管溶解即得到具有双圆锥型厚孔径的半影孔。
2.根据权利要求1所述的中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、拉制微玻璃管：打开激光拉管仪，放入玻璃管，进行功率测试，获得拉断玻璃管的临界功率；换入新的玻璃管，进入拉管工作程序，设定工作参数进行拉制，程序运行结束后取下拉制成型的玻璃管；所述拉制成型的玻璃管的形状为:从中间切断后能得到两个相同的前端为双圆锥形状的玻璃管；
第二步、用丙酮、酒精和去离子水对玻璃管进行清洗，通过模具中央的小孔，将之对称固定在模具中央；
第三步、向模具中浇铸重金属熔液，待熔液冷却凝结后取出成型模块；
第四步、将裸露在金属模块外部的玻璃管切割去除，用氢氟酸溶液去除金属块内部的玻璃管；
第五步、将金属块从中部切断，获得两个相同的带有双圆锥型孔径的金属块，即可作为半影成像的半影孔。
3.根据权利要求1或2所述的中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征是，所述玻璃管为石英玻璃管。
4.根据权利要求1或2所述的中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征是，所述玻璃管选用实心玻璃管或空心玻璃管。
5.根据权利要求2所述的中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征是，所述拉制玻璃管工作参数中的功率小于临界功率。
6.根据权利要求1或2所述的中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征是，所述模具上下两面中央均有和玻璃管直径相同的小孔。
7.根据权利要求1或2所述的中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征是，所述的重金属熔液是熔点低于石英玻璃的软化点的重金属。
8.根据权利要求2所述的中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征是，所述去除金属块内部的玻璃管，其中玻璃管是实心石英玻璃管时，则在恒温水槽中，将金属块放入氢氟酸刻蚀液中去除。
9.根据权利要求2所述的中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征是，所述去除金属块内部的玻璃管，其中玻璃管是空心石英玻璃管时，则在玻璃管中通入氢氟酸去除。
10.根据权利要求1或2所述的中子半影成像的编码孔径的制备方法，其特征是，所述孔径的形状和玻璃管留在金属模块内部部分的形状相同，即两个相联接的圆锥形构成的双圆锥型孔径。
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