CN106707327A - 一种x射线成像器件的瞄准装置及其调校方法和应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种X射线成像器件的瞄准装置及其调校方法和应用方法，所述的瞄准装置包括X射线成像器件、瞄准透镜、可调光阑、支撑机构、四维调节机构和监视器，X射线成像器件位于瞄准透镜中心，且二者分别对靶的X光和可见光成像位置、大小相同；所述的调校方法：将装调用靶中心、X射线成像器件中心和探测器记录面中心放到直线Ⅰ上；调节四维调节机构使装调用靶的可见光像中心与探测器记录面中心重合，且确保X射线成像器件中心仍在直线Ⅰ上。所述的应用方法：整体调整瞄准透镜像与探测器记录面位置关系，实现应用。本发明能够实现用可见光代替不可见X光进行实时在线瞄准，简单方便，将X射线成像器件瞄准效率提升至少80%，具有广阔应用前景。

Description

一种X射线成像器件的瞄准装置及其调校方法和应用方法

技术领域

本发明属于X射线成像领域，具体涉及一种X射线成像器件的瞄准装置及其调校方法和应用方法。

背景技术

惯性约束聚变ICF中激光与靶相互作用产生的等离子体X射线携带着高温等离子体的大量有用物理信息，高温等离子体的X射线能谱可以用来确定电子密度、等离子体的电离状态、电子能量分布、电子温度、辐射流及辐射温度等。

X射线成像器件广泛应用于惯性约束聚变ICF中的X射线能谱诊断设备中，例如狭缝在光栅谱仪、条纹相机中的应用，针孔在针孔相机中的应用，针孔阵列在分幅相机中的应用等等。

而现有X射线成像器件的瞄准存在着以下不足：1、由于X射线的不可见，一次调试、瞄准之后，难以实现后续实验中实时在线瞄准。2、瞄准过程繁琐复杂，费时费力。3、诊断设备每次拆装后均需要复杂地重新瞄准。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种X射线成像器件的瞄准装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种X射线成像器件的瞄准装置的调校方法，本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种X射线成像器件的瞄准装置的应用方法。

本发明的一种X射线成像器件的瞄准装置，其特点是，所述的瞄准装置包括X射线成像器件、瞄准透镜、可调光阑、支撑机构、四维调节机构和监视器。所述的支撑机构为水平放置的圆筒，瞄准透镜竖直卡在圆筒中，X射线成像器件位于瞄准透镜的中心。所述的可调光阑为圆环形，放置在瞄准透镜前端，并与支撑机构固连。所述的支撑机构与四维调节机构连接，四维调节机构通过支撑机构调节瞄准透镜的位置和瞄准透镜的光学指向。所述的瞄准透镜的中心、可调光阑的中心、支撑机构的中心和四维调节机构的中心在同一条直线上。

靶发射的可见光线通过打开状态的可调光阑入射至瞄准透镜，在探测器记录面上成像为像Ⅰ。靶发射的X射线通过关闭状态的可调光阑入射至X射线成像器件，在探测器记录面上成像为像Ⅱ。像Ⅰ和像Ⅱ在探测器记录面上重合。所述的监视器实时监视像Ⅰ在探测器记录面上的位置。

所述的靶为惯性约束聚变ICF使用的平面靶、球靶、腔靶或异形靶中的一种。

所述的X射线成像器件为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的狭缝、狭缝阵列、针孔、针孔阵列、异形孔或异形孔阵列中的一种。

所述的瞄准透镜与X射线成像器件的成像物距、像距相同，像距和物距满足透镜成像公式，瞄准透镜的主光轴与X射线成像器件中心的垂直距离小于等于150um。

所述的瞄准透镜为可见光透过率大于70%的玻璃，包括石英玻璃、有机玻璃或K9玻璃中的一种。

所述的瞄准透镜的开孔尺寸大于X射线成像器件的边界尺寸。所述的可调光阑在关闭状态下，限光孔径大于靶尺寸，并且小于X射线成像器件边界尺寸。

所述的四维调节机构调节支撑机构在垂直于支撑机构的轴线的平面上进行基于平面的X轴和Y轴的平面位移，和基于平面的X轴和Y轴的翻转。

本发明的一种X射线成像器件的瞄准装置的调校方法，其特点是，包括以下步骤：

a.将装调用靶放置在靶的位置上，将激光经纬仪沿支撑机构的中心线放置在支撑机构的后面；

b.利用激光经纬仪作基准，将装调用靶的标识中心、X射线成像器件的中心和探测器记录面的中心调整在直线Ⅰ上；

c.用可见光源照射装调用靶，反复调节四维调节机构，直至瞄准透镜对装调用靶的标识中心所成的可见光像与探测器记录面的中心重合，且X射线成像器件的中心仍在直线Ⅰ上。

所述的装调用靶的标识中心的尺寸小于或等于X射线成像器件的狭缝或孔的尺寸。

本发明的一种X射线成像器件的瞄准装置的应用方法，其特点是，包括以下步骤：

a.打开可调光阑；

b.用可见光源照亮靶；

c. 用监视器实时监视像Ⅰ，通过调整包括所述的瞄准装置和探测器记录面在内的整个探测系统指向，改变像Ⅰ在探测器记录面上的位置，直至像Ⅰ的中心点与探测器记录面的中心点重合，完成实时瞄准；

d.关闭可调光阑；

e.用激光入射至靶上，靶发射出X射线，X射线通过关闭状态的可调光阑入射至X射线成像器件，在探测器记录面上成像为像Ⅱ，像Ⅰ和像Ⅱ在探测器记录面上重合，完成X射线成像器件的瞄准装置的应用。

本发明X射线成像器件的瞄准装置及其调校方法和应用方法能够实现用可见光代替不可见X光进行实时在线瞄准，可以在一次装调、瞄准之后，后续实验中实时进行在线瞄准，具有简单方便的优点，本发明X射线成像器件的瞄准装置及其调校方法和应用方法能够将X射线成像器件瞄准效率提升至少80%，具有广阔应用前景。

附图说明

图1为本发明的X射线成像器件的瞄准装置的结构示意图；

图2为本发明的X射线成像器件的瞄准装置中的X射线成像器件与瞄准透镜装配关系示意图；

图3为本发明的X射线成像器件的瞄准装置的调校方法示意图（一）；

图4为本发明的X射线成像器件的瞄准装置的调校方法示意图（二）；

图5为本发明的X射线成像器件的瞄准装置的应用方法示意图。

图中，1.靶 2.X射线成像器件 3.瞄准透镜 4.可调光阑 5.支撑机构 6.四维调节机构 7.监视器 8.探测器记录面 9.装调用靶 10.激光经纬仪 11.可见光源。

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和图2所示，本发明的一种X射线成像器件的瞄准装置包括X射线成像器件2、瞄准透镜3、可调光阑4、支撑机构5、四维调节机构6和监视器7；所述的支撑机构5为水平放置的圆筒，瞄准透镜3竖直卡在圆筒中，X射线成像器件2位于瞄准透镜3的中心；所述的可调光阑4为圆环形，放置在瞄准透镜3前端，并与支撑机构5固连；所述的支撑机构5与四维调节机构6连接，四维调节机构6通过支撑机构5调节瞄准透镜3的位置和瞄准透镜3的光学指向；所述的瞄准透镜3的中心、可调光阑4的中心、支撑机构5的中心和四维调节机构6的中心在同一条直线上；

靶1发射的可见光线通过打开状态的可调光阑4入射至瞄准透镜3，在探测器记录面8上成像为像Ⅰ；靶1发射的X射线通过关闭状态的可调光阑4入射至X射线成像器件2，在探测器记录面8上成像为像Ⅱ；像Ⅰ和像Ⅱ在探测器记录面8上重合；所述的监视器7实时监视像Ⅰ在探测器记录面8上的位置。

所述的靶1为惯性约束聚变ICF使用的平面靶、球靶、腔靶或异形靶中的一种。

所述的X射线成像器件2为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的狭缝、狭缝阵列、针孔、针孔阵列、异形孔或异形孔阵列中的一种。

所述的瞄准透镜3与X射线成像器件2的成像物距、像距相同，像距和物距满足透镜成像公式，瞄准透镜3的主光轴与X射线成像器件2中心的垂直距离小于等于150um。

所述的瞄准透镜3为可见光透过率大于70%的玻璃，包括石英玻璃、有机玻璃或K9玻璃中的一种。

所述的瞄准透镜3的开孔尺寸大于X射线成像器件2的边界尺寸；所述的可调光阑4在关闭状态下，限光孔径大于靶1尺寸，并且小于X射线成像器件2边界尺寸。

所述的四维调节机构6调节支撑机构5在垂直于支撑机构5的轴线的平面上进行基于平面的X轴和Y轴的平面位移，和基于平面的X轴和Y轴的翻转。

如图3和图4所示，本发明的一种X射线成像器件的瞄准装置的调校方法包括以下步骤：

a.将装调用靶9放置在靶1的位置上，将激光经纬仪10沿支撑机构5的中心线放置在支撑机构5的后面；

b.利用激光经纬仪10作基准，将装调用靶9的标识中心、X射线成像器件2的中心和探测器记录面8的中心调整在直线Ⅰ上；

c.用可见光源11照射装调用靶9，反复调节四维调节机构6，直至瞄准透镜3对装调用靶9的标识中心所成的可见光像与探测器记录面8的中心重合，且X射线成像器件2的中心仍在直线Ⅰ上。

所述的装调用靶9的标识中心的尺寸小于或等于X射线成像器件2的狭缝或孔的尺寸。

如图5所示，本发明的一种X射线成像器件的瞄准装置的应用方法包括以下步骤：

a.打开可调光阑4；

b.用可见光源11照亮靶1；

c. 用监视器7实时监视像Ⅰ，通过调整包括所述的瞄准装置和探测器记录面8在内的整个探测系统指向，改变像Ⅰ在探测器记录面8上的位置，直至像Ⅰ的中心点与探测器记录面8的中心点重合，完成实时瞄准；

d.关闭可调光阑4；

e.用激光入射至靶1上，靶1发射出X射线，X射线通过关闭状态的可调光阑4入射至X射线成像器件2，在探测器记录面8上成像为像Ⅱ，像Ⅰ和像Ⅱ在探测器记录面8上重合，完成X射线成像器件的瞄准装置的应用。

实施例1

本实施例中，所述的靶1为惯性约束聚变ICF使用的腔靶；所述的X射线成像器件2为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的针孔；所述的瞄准透镜3的主光轴与X射线成像器件2中心的垂直距离是150um；所述的瞄准透镜3为可见光透过率为93%的石英玻璃。

本发明的瞄准透镜3的中心、可调光阑4的中心、支撑机构5的中心和四维调节机构6的中心在同一条直线上。监视器7用于实时监视瞄准透镜3对靶1所成像Ⅰ与探测器记录面8之间位置关系。这里的X射线成像器件2为ICF领域中的神光III原型大型激光装置上常用的针孔相机的成像器件，它是直径20um的针孔。

针孔相机常用来监测激光与靶相互作用过程中靶的状态，包括靶的几何状态、高温等离子体形貌、辐射温度分布相对强弱等等，是ICF中最基础、最重要的诊断设备之一。然而针孔相机的瞄准过程繁琐复杂，首先它需要将探测器拆掉，而后通过多级管道逐级对中心瞄准，如30mm管道、20mm管道、10mm管道、5mm管道、2mm管道，每级管道都需要调整管道口中心对准靶，而后安装探测器，且一次瞄准后，不能实现后续实验中实时在线瞄准，另外针孔相机每次拆装后均需要复杂地重新瞄准，平均一次瞄准至少耗时40分钟。

针孔相机的X射线成像器件2成像物距是197mm，像距是1970um，放大倍数是10倍。瞄准透镜3的物距、像距及放大倍数同上，且X射线成像器件2安装在瞄准透镜3几何中央，直径20um的针孔中心与瞄准透镜3的主光轴垂直距离是150um。因此通过调校本发明的X射线成像器件的瞄准装置，见图3和图4，就能保证瞄准透镜3对靶1所成可见光的像Ⅰ与直径20um的针孔对靶1所成X光的像Ⅱ，位置、大小基本一致。

本发明在神光III原型大型激光装置上的针孔相机中取得了成功应用，本实施例中，靶1是的腔靶，为直径1.2mm，长2.7mm，注入口0.8mm的金腔靶。八束激光以，800J/1ns，分别从黑腔注入口两端以45°注入金腔靶。参考图3、图4和图5，以及前述具体实施方式内容，就能方便地实现本发明的X射线成像器件的瞄准装置的调校和应用，即实现用可见光代替不可见X光进行实时在线瞄准，本次调校、瞄准之后，后续实验中能够实时在线瞄准，平均一次瞄准应用时间不超过5分钟，因而将针孔相机中的X射线成像器件即针孔的瞄准效率提升了87.5%。

实施例2

实施例2与实施例1的实施方式基本相同，主要区别在于，所述的靶1为惯性约束聚变ICF使用的平面靶，所述的X射线成像器件2为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的狭缝，所述的瞄准透镜3的主光轴与X射线成像器件2中心的垂直距离是130um，所述的瞄准透镜3为可见光透过率为90%的有机玻璃。本发明在条纹相机中取得了成功应用，将条纹相机中的X射线成像器件即狭缝的瞄准效率提升了82%。

所述的靶还可以为惯性约束聚变ICF使用的球靶或异形靶中的一种，所述的X射线成像器件还可以为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的狭缝阵列、针孔阵列、异形孔或异形孔阵列中的一种。所述的瞄准透镜还可以为可见光透过率大于70%的K9玻璃。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种X射线成像器件的瞄准装置，其特征在于，所述的瞄准装置包括X射线成像器件（2）、瞄准透镜（3）、可调光阑（4）、支撑机构（5）、四维调节机构（6）和监视器（7）；所述的支撑机构（5）为水平放置的圆筒，瞄准透镜（3）竖直卡在圆筒中，X射线成像器件（2）位于瞄准透镜（3）的中心；所述的可调光阑（4）为圆环形，放置在瞄准透镜（3）前端，并与支撑机构（5）固连；所述的支撑机构（5）与四维调节机构（6）连接，四维调节机构（6）通过支撑机构（5）调节瞄准透镜（3）的位置和瞄准透镜（3）的光学指向；所述的瞄准透镜（3）的中心、可调光阑（4）的中心、支撑机构（5）的中心和四维调节机构（6）的中心在同一条直线上；

靶（1）发射的可见光线通过打开状态的可调光阑（4）入射至瞄准透镜（3），在探测器记录面（8）上成像为像Ⅰ；靶（1）发射的X射线通过关闭状态的可调光阑（4）入射至X射线成像器件（2），在探测器记录面（8）上成像为像Ⅱ；像Ⅰ和像Ⅱ在探测器记录面（8）上重合；所述的监视器（7）实时监视像Ⅰ在探测器记录面（8）上的位置。

2.根据权利要求1所述的X射线成像器件的瞄准装置，其特征在于，所述的靶（1）为惯性约束聚变ICF使用的平面靶、球靶、腔靶或异形靶中的一种。

3.根据权利要求1所述的X射线成像器件的瞄准装置，其特征在于，所述的X射线成像器件（2）为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的狭缝、狭缝阵列、针孔、针孔阵列、异形孔或异形孔阵列中的一种。

4.根据权利要求1所述的X射线成像器件的瞄准装置，其特征在于，所述的瞄准透镜（3）与X射线成像器件（2）的成像物距、像距相同，像距和物距满足透镜成像公式，瞄准透镜（3）的主光轴与X射线成像器件（2）中心的垂直距离小于等于150um。

5.根据权利要求1所述的X射线成像器件的瞄准装置及其装调与应用方法，其特征在于，所述的瞄准透镜（3）为可见光透过率大于70%的玻璃，包括石英玻璃、有机玻璃或K9玻璃中的一种。

6.根据权利要求1所述的X射线成像器件的瞄准装置，其特征在于，所述的瞄准透镜（3）的开孔尺寸大于X射线成像器件（2）的边界尺寸；所述的可调光阑（4）在关闭状态下，限光孔径大于靶（1）尺寸，并且小于X射线成像器件（2）边界尺寸。

7.根据权利要求1所述的X射线成像器件的瞄准装置，其特征在于，所述的四维调节机构（6）调节支撑机构（5）在垂直于支撑机构（5）的轴线的平面上进行基于平面的X轴和Y轴的平面位移，和基于平面的X轴和Y轴的翻转。

8.一种X射线成像器件的瞄准装置的调校方法，其特征在于，包括以下步骤：

8a.将装调用靶（9）放置在靶（1）的位置上，将激光经纬仪（10）沿支撑机构（5）的中心线放置在支撑机构（5）的后面；

8b.利用激光经纬仪（10）作基准，将装调用靶（9）的标识中心、X射线成像器件（2）的中心和探测器记录面（8）的中心调整在直线Ⅰ上；

8c.用可见光源（11）照射装调用靶（9），反复调节四维调节机构（6），直至瞄准透镜（3）对装调用靶（9）的标识中心所成的可见光像与探测器记录面（8）的中心重合，且X射线成像器件（2）的中心仍在直线Ⅰ上。

9.根据权利要求8所述的X射线成像器件的瞄准装置的调校方法，其特征在于，所述的装调用靶（9）的标识中心的尺寸小于或等于X射线成像器件（2）的狭缝或孔的尺寸。

10.一种X射线成像器件的瞄准装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

10a.打开可调光阑（4）；

10b.用可见光源（11）照亮靶（1）；

10c.用监视器（7）实时监视像Ⅰ，通过调整包括所述的瞄准装置和探测器记录面（8）在内的整个探测系统指向，改变像Ⅰ在探测器记录面（8）上的位置，直至像Ⅰ的中心点与探测器记录面（8）的中心点重合，完成实时瞄准；

10d.关闭可调光阑（4）；

10e.用激光入射至靶（1）上，靶（1）发射出X射线，X射线通过关闭状态的可调光阑（4）入射至X射线成像器件（2），在探测器记录面（8）上成像为像Ⅱ，像Ⅰ和像Ⅱ在探测器记录面（8）上重合，完成X射线成像器件的瞄准装置的应用。