CN106950233B - 一种x射线成像板的定量标定系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X射线成像板的定量标定系统，所述的定量标定系统包括钨X射线管、金属箔、准直器、非标快门、限孔、X射线成像板、高纯锗谱仪以及电脑；钨X射线管发射的钨X射线连续谱经出射口入射到金属箔上，激发金属的Kα单能线谱发射，而后由准直器进行准直，非标快门通过控制准直器的准直孔的开合进行时间窗口截取，该单能线谱发射穿过限孔入射到X射线成像板或高纯锗谱仪并被二者记录。本发明使X射线成像板的标定误差减小，在X射线成像技术领域具有较广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于X射线探测器件定量标定领域，具体涉及一种X射线成像板的定量标定系统。
背景技术
X射线成像板是惯性约束聚变（ICF）中最重要的三种X射线成像探测器件之一，由于X射线成像板具有高于X射线胶片的信噪比和灵敏度，优于X光CCD的可弯曲和灵敏面大的特点，因而广泛应用于电子温度测量、X射线发射成像观测以及光谱测量等等定量探测领域。
采用X射线成像板进行定量探测，首先需要对其灵敏度、衰减系数、线性响应范围以及吸收效率等进行定量标定。目前常用钨X射线连续谱激发不同靶材Kα线谱发射进行不同能点的标定，该方式存在着以下不足：1、由于该Kα线是夹杂在轫致辐射连续谱基底中的，国际上通常采用吸收边滤片提纯光谱，然而吸收边滤片会降低Kα线透过率，却相对地提高了高能X射线的透过率，因此能够达到的该Kα线标定光源的光谱纯度的下限仅是65%，由此引入的标定误差是显著的。2、由于钨X射线连续谱的发射需要一定时间才能稳定，标准快门又难以完全阻挡高能X射线等原因，标定光源即Kα线发射谱的可重复性的误差是1%，这对于精确标定乃至ICF精密物理实验中的精确测量需求（例如：靶丸内爆驱动不对称性要求达到1%~2%），仍然有待减小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种X射线成像板的定量标定系统。
本发明的一种X射线成像板的定量标定系统，其特点是：所述的定量标定系统包括钨X射线管、金属箔、准直器、非标快门、限孔、X射线成像板、高纯锗谱仪和电脑。钨X射线管的X射线出射口中心和金属箔的中心位于同一竖直直线Ⅰ上。金属箔与直线Ⅰ的夹角是45°。金属箔的中心、准直器的中心线、非标快门的挡块的中心、限孔的中心、X射线成像板的中心和高纯锗谱仪的中心线在同一条水平直线Ⅱ上。准直器的前端是金属箔，后端准直孔受非标快门的挡块控制开合。限孔、X射线成像板和高纯锗谱仪的前端面紧贴在一起。X射线成像板可拆卸。电脑控制非标快门的开合以及高纯锗谱仪的运行。
钨X射线管发射的钨X射线连续谱经出射口入射到金属箔上，激发金属的Kα单能线谱发射，而后由准直器进行准直，非标快门通过控制准直器的准直孔的开合进行时间窗口截取，穿过限孔入射到X射线成像板或高纯锗谱仪并被二者记录。
钨X射线管为X射线二级管，阳极材料为钨。钨X射线管的电压值为金属箔中的金属的原子序数的两倍，电压单位为千伏。
所述的金属箔厚度为40µm，直径大于45mm，金属箔中金属的纯度大于等于99.5%。
所述的金属箔中的金属采用铜、铁或钼中的一种。
所述的准直器采用铅材料制成。
所述的非标快门的挡块与准直孔的大小相适配，挡块采用厚度5mm~10mm的铅材料。非标快门中控制铅块运动的拨杆转速大于45°/s。
所述的限孔采用铅材料制成，限孔的直径为3mm~5mm，厚度大于等于5mm。限孔与金属箔的间距为90mm~110mm。
本发明的X射线成像板的定量标定系统能够实现将标定光源光谱纯度提升12%及以上，可重复性误差减小一半及以上，从而将以上两部分引入的标定误差减小12.5%及以上，对于X射线成像板的定量标定及应用具有广阔且重要应用前景。
附图说明
图1为本发明的X射线成像板的定量标定系统的结构示意图；
图2为本发明的X射线成像板的定量标定系统测得的铜箔的Kα线谱曲线；
图3为本发明的X射线成像板的定量标定系统获得的X射线成像板的线性响应范围标定结果；
图中，1.钨X射线管 2.金属箔3.准直器 4.非标快门 5.限孔 6. X射线成像板 7.高纯锗谱仪 8.电脑。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种X射线成像板的定量标定系统包括钨X射线管1、金属箔2、准直器3、非标快门4、限孔5、X射线成像板6、高纯锗谱仪7和电脑8；所述的钨X射线管1的X射线出射口中心和金属箔2的中心位于同一竖直直线Ⅰ上；所述的金属箔2与直线Ⅰ的夹角是45°；所述的金属箔2的中心、准直器3的中心线、非标快门4的挡块的中心、限孔5的中心、X射线成像板6的中心和高纯锗谱仪7的中心线在同一条水平直线Ⅱ上；所述的准直器3的前端是金属箔2，后端准直孔受非标快门4的挡块控制开合；所述的限孔5、X射线成像板6和高纯锗谱仪7的前端面紧贴在一起；所述的X射线成像板6可拆卸；所述的电脑8控制非标快门4的开合以及高纯锗谱仪7的运行；
所述的钨X射线管1发射的钨X射线连续谱经出射口入射到金属箔2上，激发金属的Kα单能线谱发射，而后由准直器3进行准直，非标快门4通过控制准直器3的准直孔的开合进行时间窗口截取，穿过限孔5入射到X射线成像板6或高纯锗谱仪7并被二者记录。
所述的钨X射线管1为X射线二级管，阳极材料为钨；钨X射线管1的电压值为金属箔2中的金属的原子序数的两倍，电压单位为千伏。
所述的金属箔2厚度为40µm，直径大于45mm，金属箔2中金属的纯度大于等于99.5%。
所述的金属箔2中的金属采用铜、铁或钼中的一种。
所述的准直器3采用铅材料制成。
所述的非标快门4的挡块与准直孔的大小相适配，挡块采用厚度5mm~10mm的铅材料；非标快门4中控制铅块运动的拨杆转速大于45°/s。
所述的限孔5采用铅材料制成，限孔5的直径为3mm~5mm，厚度大于等于5mm；限孔5与金属箔2的间距为90mm~110mm。
实施例1
本实施例中，钨X射线管1的电压值为金属箔2中的金属铜的原子序数29的两倍，钨X射线管1的电压为58千伏; 所述的金属箔2直径为47mm，金属箔2中金属的纯度等于99.5%；金属箔2中的金属采用铜；非标快门4的挡块采用厚度5mm的铅材料；非标快门4中控制铅块运动的拨杆转速为50°/s；限孔5的直径为3mm，厚度等于5mm；限孔5与金属箔2的间距为90mm。本实施例对X射线成像板线性响应范围进行定量标定，采用的X射线成像板6为MS型像板。
由于X射线成像板的制作差异明显，扫描读取数据过程区别显著，因而对于X射线成像板的定量化应用不能直接参考文献上的标定数据，需要对相应的成像板进行绝对标定。尽管文献上已报道X射线成像板的线性响应范围跨越5个量级，本实施例对线性响应范围进行再次标定的原因除了上述原因以外，另一个重要原因在于文献上的5个量级是指光子数的数量级，如果对于ICF中未知X射线源（尤其是靶丸内爆过程中所产生的），我们是难以判断该X射线是否在X射线成像板线性响应范围内的。因此，基于X 射线成像板的灰度值读数，我们对其进行线性响应范围进行标定并取得结果。换句话说，根据这个标定结果，对于任何未知X射线源辐照X射线成像板，只要扫描出X射线成像板的读数，就可以判断该X射线源是否在X射线成像板的线性响应范围内，如果在，就可以结合其他标定数据进行定量数据处理；如果不在，就不能进行定量数据处理。另外，根据文献，利用一种金属材料的Kα线进行X射线成像板的线性范围的测量，并外推到其他能点是合理的，这是因为X射线成像板响应灵敏度大能量范围标定结果形貌的可重复性。本实施例工作对于扩展X射线成像板的定量化应用范围具有重要意义。
首先我们撤去X射线成像板6，根据实验累积经验，将钨X射线管1的控制器的电压信号设定为金属箔2的金属材料铜原子序数29的两倍，电压为58kV，这样能起到优化光谱纯度的作用。钨X射线管1轫致辐射连续谱X射线激发金属箔2即铜箔的Kα荧光辐射单能线谱X射线，由准直器3进行准直，非标快门4进行优化时间窗口截取，这里主要截取钨X射线管1的控制器电压、电流信号稳定之后的时间窗口，避免电压加载上升过程对能谱的显著影响。而后该Kα线谱X射线经限孔5进行优化区域选取，这里主要是选取高纯锗谱仪7测量阈值内较合适的X射线总量。最后该X射线（即最终标定光源）入射到高纯锗谱仪7的灵敏面并被记录到电脑8中，高纯锗谱仪7的测谱结果即铜箔的Kα线谱曲线，如图2所示，图中纵坐标是高纯锗谱仪的计数，任意单位，代表光谱强度，是对数坐标；图中横坐标是X射线能量，单位是keV。
其次，安装X射线成像板6，在相同条件下，Kα线谱X射线先后入射到X射线成像板6和高纯锗谱仪7，并被二者分别记录。通过扫描X射线成像板即可获取其记录的信号的灰度值而后进数据转换处理得到光致激发发光PSL值，高纯锗谱仪7通过电脑8进行数据采集。这里由于X射线成像板对铜箔的Kα线（8.05keV）吸收率为100%，因此高纯锗谱仪7没有记录到信号；
最后，重复第一个步骤，即完成标定所需的数据单次采集。由于本实施例要确定整个线性响应范围，因此需多次重复以上步骤并通过改变钨X射线管1的电流信号以及时间窗口大小予以X射线成像板探测灰度值调控，从而得到X射线成像板的线性响应范围标定结果，如图3所示，图中黑色方块为标定结果，直线为线性拟合；图中纵坐标是光致激发发光PSL，它是由X射线成像板的灰度值计数转化得到的参数，实际值需要在原值的基础上乘以104；图中横坐标是高纯锗谱仪的计数，代表光子数，实际值需要在原值的基础上乘以106。
最后基于X射线成像板的灰度值计数的线性响应范围得以首次确定，为7819~64879，灰度值总范围是0~65535。
本发明由于没有采用吸收边滤片进行光谱提纯，有效避免吸收边滤片对Kα线谱的吸收以及对高能X射线的透过率的相对提升，并且我们在实验中也通过对比发现，如果采用吸收边滤片，那么高于17keV的X射线光子数将超过总光子数的30%，这一结果与理论计算结果相符。同时结合钨X射线管1的电压值设定以及金属箔2的相关参数等的优化设置，因而本实施例获得的标定光源光谱纯度的下限是77%，比已报道的65%高12%。另外，由于非标快门4的使用，准直器3的准直孔开合时间控制在0.12s以下，入射到X射线成像板6或高纯锗谱仪7上的光谱可重复性误差小于0.5%，比已报道的可重复性误差1%减小了一半，从而将以上两部分引入的标定误差减小了12.5%。这对于X射线成像板的定量标定及应用具有广阔且重要应用前景。
实施例2
钨X射线管1的电压值为金属箔2中的金属铁的原子序数26的两倍，电压为52千伏;金属箔2直径为55mm，金属箔2中金属的纯度等于99.7%；金属箔2中的金属采用铁；非标快门4的挡块采用厚度7mm的铅材料；非标快门4中控制铅块运动的拨杆转速为55°/s；限孔5的直径为4mm，厚度等于8mm；限孔5与金属箔2的间距为105mm。本实施例对X射线成像板线性响应系数进行定量标定，采用的X射线成像板6为SR型像板。本实施例获得的标定光源光谱纯度的下限是78%比已报道的65%高13%。另外，由于非标快门4的使用，准直器3的准直孔开合时间控制在0.09s以下，入射到X射线成像板6或高纯锗谱仪7上的光谱可重复性误差小于0.4%，比已报道的可重复性误差1%减小一半以上，从而将以上两部分引入的标定误差减小了13.4%。这对于X射线成像板的定量标定及应用具有广阔且重要应用前景。
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 (3)
1.一种X射线成像板的定量标定系统，其特征在于：所述的定量标定系统包括钨X射线管(1)、金属箔(2)、准直器(3)、非标快门(4)、限孔(5)、X射线成像板(6)、高纯锗谱仪(7)和电脑(8)；所述的钨X射线管(1)的X射线出射口中心和金属箔(2)的中心位于同一竖直直线Ⅰ上；所述的金属箔(2)与直线Ⅰ的夹角是45°；所述的金属箔(2)的中心、准直器(3)的中心线、非标快门(4)的挡块的中心、限孔(5)的中心、X射线成像板(6)的中心和高纯锗谱仪(7)的中心线在同一条水平直线Ⅱ上；所述的准直器(3)的前端是金属箔(2)，后端准直孔受非标快门(4)的挡块控制开合；所述的限孔(5)、X射线成像板(6)和高纯锗谱仪(7)的前端面紧贴在一起；所述的X射线成像板(6)可拆卸；所述的电脑(8)控制非标快门(4)的开合以及高纯锗谱仪(7)的运行；所述的钨X射线管(1)发射的钨X射线连续谱经出射口入射到金属箔(2)上，激发金属的Kα单能线谱发射，而后由准直器(3)进行准直，非标快门(4)通过控制准直器(3)的准直孔的开合进行时间窗口截取，穿过限孔(5)入射到X射线成像板(6)或高纯锗谱仪(7)并被二者记录；所述的钨X射线管(1)为X射线二极管，阳极材料为钨；钨X射线管(1)的电压值为金属箔(2)中的金属的原子序数的两倍，电压单位千伏；所述的金属箔(2)厚度为40μm，直径大于45mm，金属箔(2)中金属的纯度大于等于99.5％；所述的金属箔(2)中的金属采用铜、铁或钼中的一种；
所述的非标快门(4)的挡块与准直孔的大小相适配，挡块采用厚度5mm～10mm的铅材料；非标快门(4)中控制铅块运动的拨杆转速大于45°/s。
2.根据权利要求1所述的X射线成像板的定量标定系统，其特征在于：所述的准直器(3)采用铅材料制成。
3.根据权利要求1所述的X射线成像板的定量标定系统，其特征在于：所述的限孔(5)采用铅材料制成，限孔(5)的直径为3mm～5mm，厚度大于等于5mm；限孔(5)与金属箔(2)的间距为90mm～110mm。
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