CN109903878B - 一种激光质子分幅相机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光质子分幅相机，包括：百太瓦级激光器、真空靶室、富氢磁带靶和质子在线成像系统；质子在线成像系统包括控制器、装配盒和设置于装配盒内的质子堆栈探测器传送模块、质子成像诊断模块、图像扫描模块、堆栈盒回收模块和RCF膜片回收模块；质子成像诊断模块位于质子堆栈探测器传送模块的下方，堆栈盒回收模块位于质子成像诊断模块的下方，图像扫描模块位于质子成像模块侧方，RCF膜片回收模块位于图像扫描模块的下方，质子堆栈探测器传送模块、质子成像诊断模块、堆栈盒回收模块和RCF膜片回收模块均设置了电动平移台。本发明能够通过电动传送质子堆栈探测器和在线图像扫描，快速获得质子分幅图像，提高了质子分幅图像的获取效率。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体物理和核探测技术领域，特别是涉及激光质子分幅相机。
背景技术
超强激光与固体薄膜靶相互作用可以产生小尺寸(等效源<10微米)、短脉冲(～ps)、高能连续谱质子束，可用于对高能量密度物理中的电、磁场现象进行照相诊断，获得高时间、空间分辨的动态演化过程的时间分幅质子图像。对分幅图像的记录，通常使用的是RCF堆栈探测器，其中RCF的英文全称为radiochromic film，译为辐射变色薄膜，该探测器由数片RCF、铝膜、钽膜等按一定的组合方式叠放在一起，从而形成一个堆栈式的探测器，也叫做质子堆栈探测器。每层RCF膜片记录一个时刻的客体信息。实验上通常是使用一个夹具盒把RCF堆栈探测器固定，然后再整体放置在实验真空靶室中，通过多维调节支架调节其指向。实验结束后，真空靶室放气后，再取出RCF堆栈，并使用扫描仪对每片RCF膜片进行扫描以给出实验结果。
这样每次实验完成后都要破坏靶室真空，而且每次扫描手动排布也存在摆放角度和位置的人为误差。这样一方面影响了实验进度，另一方面实验精度也不够。为了提高实验效率，不影响真空情况下，能快速获得实验结果，为下发实验开展及时提供数据参考，我们提出了一种新的基于在线成像诊断的激光质子分幅相机。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光质子分幅相机，能够通过电动传送质子堆栈探测器和在线图像扫描，快速获得质子分幅图像，提高了质子分幅图像的获取效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种激光质子分幅相机，激光质子分幅相机包括：百太瓦级激光器、真空靶室、富氢磁带靶和质子在线成像系统；
质子在线成像系统包括控制器、装配盒6和设置于装配盒6内的质子堆栈探测器传送模块1、质子成像诊断模块2、图像扫描模块3、堆栈盒回收模块4和RCF膜片回收模块5；
质子成像诊断模块2位于质子堆栈探测器传送模块1的下方，图像扫描模块3位于质子成像诊断模块2的一侧，堆栈盒回收模块4位于质子成像诊断模块2的下方，RCF膜片回收模块5位于图像扫描模块3的下方；
质子堆栈探测器传送模块1包括第一电动平移台11、多个质子堆栈探测器12和开关门，开关门安装在第一电动平移台11上，开关门与第一电动平移台11垂直，多个质子堆栈探测器12放置在开关门上，开关门和第一电动平移台11分别与控制器电连接；
质子成像诊断模块2包括第二电动平移台21、连接柱22、内卡槽23和开关扇，连接柱22和第二电动平移台21滑动连接，连接柱22的轴线与第二电动平移台21的平移面平行，内卡槽23安装在连接柱22的一端，内卡槽23上安装开关扇，内卡槽23用于接收来自质子堆栈探测器传送模块1的质子堆栈探测器12，第二电动平移台21和开关扇分别与控制器电连接；
图像扫描模块3，用于扫描来自质子成像诊断模块2的质子堆栈探测器12中的RCF膜片，并将扫描的RCF膜片的图像数据发送到计算机。
可选的，图像扫描模块3包括装配连接板35和依次同轴连接到装配连接板35的白光光源31、RCF膜片卡槽32、成像透镜33和可见光CCD34，其中CCD的英文全称为Charge-coupled Device，中文译文为电荷耦合元件；RCF膜片卡槽32内设有电磁铁开关，电磁铁开关用于抽取位于质子成像诊断模块2中的质子堆栈探测器12中的RCF膜片，白光光源31用于为RCF膜片提供照明，成像透镜33用于把RCF膜片的图像成像到可见光CCD34上，可见光CCD34用于记录RCF膜片的图像，可见光CCD34与计算机相连。
可选的，质子在线成像系统还包括堆栈盒回收模块4，堆栈盒回收模块4包括第三电动平移台41和依次排列的多个外卡槽42，多个外卡槽42安装到第三电动平移上，第三电动平移台41的平移面和多个外卡槽42所在平面相互垂直，外卡槽42用于接收来自质子成像诊断模块2的质子堆栈探测器12的堆栈盒，第三电动平移台41和控制器电连接。
可选的，质子在线成像系统还包括RCF膜片回收模块5，RCF膜片回收模块5包括第四电动平移台51和回收盒52，回收盒52开口向上，回收盒52设置在第四电动平移台51的平移面上，回收盒52用于接收来自图像扫描模块3中的RCF膜片，第四电动平移台51和控制器电连接。
可选的，装配盒6为上方开口的长方体，第四电动平移台51设置在装配盒6中与装配盒6的开口相对的底面上；第一电动平移台11、第二电动平移台21和第三电动平移台41安装在与装配盒6的底面垂直的一个侧面上。
可选的，装配盒6上与第二电动平移台21的平移方向垂直的一个侧面上设置铅块61，铅块61中部设有通孔，连接柱22通过在第二电动平移台21上移动穿过通孔。
可选的，装配盒6上设置水电转接口62，水电转接口62包括水管的连接口、电源线的连接口和数据线的连接口，水管的连接口与可见光CCD34的水管连接。
可选的，RCF膜片的边缘处贴有铁膜，RCF膜片的有效尺寸为80mm*80mm。
可选的，白光光源31辐照面积大于80mm*80mm。
可选的，成像透镜33的外径小于90mm。
根据本发明提供的发明内容，本发明公开了以下技术效果：本发明中的质子在线成像系统中的质子堆栈探测器传送模块1包括第一电动平移台11、多个质子堆栈探测器12和开关门；质子成像诊断模块2包括第二电动平移台21、连接柱22、内卡槽23和开关扇；通过第一电动平移台11和第二电动平移台21实现将质子堆栈探测器传送模块1中的质子堆栈探测器12传输到质子成像诊断模块2的内卡槽23上，第二电动平移台21将质子堆栈探测器12移动到实验预定位置，通过控制器电动控制质子堆栈探测器12的传输和RCF膜片的扫描，缩短客体演化过程质子分幅图像的获取时间，提高获取质子分幅图像的效率，同时电动控制能够降低人为误差，提高获取图像数据的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例一种激光质子分幅相机中质子在线成像系统的结构示意图；
图2为本发明实施例质子堆栈探测器传送模块结构示意图；
图3为本发明实施例质子成像诊断模块结构示意图；
图4为本发明实施例图像扫描模块结构示意图；
图5为本发明实施例堆栈盒回收模块结构示意图；
图6为本发明实施例RCF膜片回收模块结构示意图；
图7为本发明实施例装配盒结构示意图。
附图标记说明：1—质子堆栈探测器传送模块，2—质子成像诊断模块，3—图像扫描模块，4—堆栈盒回收模块，5—RCF膜片回收模块，6—装配盒；11—第一电动平移台，12—质子堆栈探测器，13—电磁开关盒；21—第二电动平移台，22—连接柱，23—内卡槽；31—白光光源，32—RCF膜片卡槽，33—成像透镜，34—可见光CCD，35—装配连接板；41—第三电动平移台，42—外卡槽；51—第四电动平移台，52—回收盒；61—铅块，62—水电转接口，63—支撑台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种激光质子分幅相机，能够通过电动传送质子堆栈探测器和在线图像扫描，快速获得质子分幅图像，提高了质子分幅图像的获取效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明公开了一种激光质子分幅相机，激光质子分幅相机包括：百太瓦级激光器、真空靶室、富氢磁带靶和质子在线成像系统；百太瓦级激光器产生的强激光聚焦注入到位于真空靶室内的富氢磁带靶上产生点源连续谱质子束，点源连续谱质子束作为照相源，质子在线成像系统实时记录具有时间分辨的客体演化分幅图像；
如图1-7所示，质子在线成像系统包括控制器、装配盒6和设置于装配盒6内的质子堆栈探测器传送模块1、质子成像诊断模块2、图像扫描模块3、堆栈盒回收模块4和RCF膜片回收模块5；
质子成像诊断模块2位于质子堆栈探测器传送模块1的下方，图像扫描模块3位于质子成像诊断模块2的一侧，堆栈盒回收模块4位于质子成像诊断模块2的下方，RCF膜片回收模块5位于图像扫描模块3的下方；
质子堆栈探测器传送模块1包括第一电动平移台11、多个质子堆栈探测器12和开关门，开关门安装在第一电动平移台11上，开关门与第一电动平移台11垂直，多个质子堆栈探测器12放置在开关门上，开关门和第一电动平移台11分别与控制器电连接；开关门通过第一电磁开关盒与控制器电连接；第一电动平移台11将多个质子堆栈探测器12传送到预定位置，控制器启动第一电磁开关盒，拉动开关门,使得一个质子堆栈探测器12落入质子成像诊断模块2中的内卡槽23上，第一电动平移台11向前平移一个质子堆栈探测器12，准备下发质子堆栈探测器12的传输；
其中，第一电动平移台11的行程为120mm-200mm，多个质子堆栈探测器12周期性排列，周期为30mm-50mm，质子堆栈探测器12厚度为15mm-20mm，质子堆栈探测器12的长度和宽度都为90mm。
质子成像诊断模块2包括第二电动平移台21、连接柱22、内卡槽23和开关扇，连接柱22和第二电动平移台21滑动连接，连接柱22的轴线与第二电动平移台21的平移面平行，内卡槽23安装在连接柱22的一端，内卡槽23上安装开关扇，内卡槽23用于接收来自质子堆栈探测器传送模块1的质子堆栈探测器12，第二电动平移台21和开关扇分别与控制器电连接；开关扇通过第二电磁开关盒与控制器电连接，控制器控制第二电动平移台21将质子堆栈探测器12平移传送至实验探测位置，进行质子照相实验诊断，并在实验打靶结束后，控制器控制第二电动平移台21将质子堆栈探测器12退回原位；
其中，第二电动平移台21行程为800mm，连接柱22长度500mm，内卡槽23尺寸为40mm*90mm*3mm，开关扇设置在内卡槽的底面，通电时开关扇会闭合，从而支撑质子堆栈探测器，断电时打开，使得质子堆栈探测器脱离内卡槽。
图像扫描模块3，用于扫描来自质子成像诊断模块2的质子堆栈探测器12中的RCF膜片，并将扫描的RCF膜片的图像数据发送到计算机；计算机进行数据处理，并实时显示数据结果，从而获得的实验在线质子分幅图像。
图像扫描模块3包括装配连接板35和依次同轴连接到装配连接板35的白光光源31、RCF膜片卡槽32、成像透镜33和可见光CCD34；RCF膜片卡槽32内设有电磁铁开关，电磁铁开关用于抽取位于质子成像诊断模块2中的质子堆栈探测器12中的RCF膜片，电磁铁开关关闭时，RCF膜片自动掉入RCF膜片回收模块中的回收盒52里，白光光源31用于为RCF膜片提供照明，成像透镜33用于把RCF膜片的图像成像到可见光CCD34上，可见光CCD34用于记录RCF膜片的图像，可见光CCD34与计算机相连；装配连接板35用于该模块所有部件的连接及布线，待所有RCF膜片扫描完，启动质子成像诊断模块2中的第二电磁开关盒，打开开关扇，使得质子堆栈探测器12的堆栈盒落入堆栈盒回收模块4中的外卡槽42中；
其中，质子堆栈探测器12的堆栈盒里有多个卡槽，每个卡槽内有一张RCF膜片或是一片Al膜或Ta膜，控制器控制第二电动平移台21移动，使堆栈盒中的卡槽依次与图像扫描模块3中的RCF膜片卡槽32对齐进行抽取。
其中，RCF膜片卡槽32的内部宽度为0.5mm，可见光CCD34外尺寸小于90mm*90mm，像素个数4096*4096，可见光CCD34带水冷功能，可在真空下使用。RCF膜片的边缘处贴有铁膜，RCF膜片的有效尺寸为80mm。白光光源31辐照面积大于80mm*80mm。成像透镜33的外径小于90mm。
质子在线成像系统还包括堆栈盒回收模块4，堆栈盒回收模块4包括第三电动平移台41和依次排列的多个外卡槽42，多个外卡槽42安装到第三电动平移上，第三电动平移台41的平移面和多个外卡槽42所在平面相互垂直，外卡槽42用于接收来自质子成像诊断模块2的质子堆栈探测器12的堆栈盒，第三电动平移台41和控制器电连接；控制器控制第三电动平移台41通过外卡槽42回收每发实验结束后由质子成像诊断模块2传来的质子堆栈探测器12的堆栈盒。多个外卡槽42周期性排列，每次回收完成后，后退一个周期，便于下发实验堆栈盒的回收。
其中，第三电动平移台41行程为120mm-200mm，外卡槽42周期30mm-50mm，即外卡槽42内各个卡槽之间的距离为30mm-50mm。
质子在线成像系统还包括RCF膜片回收模块5，RCF膜片回收模块5包括第四电动平移台51和回收盒52，回收盒52开口向上，回收盒52设置在第四电动平移台51的平移面上，回收盒52用于接收来自图像扫描模块3中的RCF膜片，第四电动平移台51和控制器电连接；控制器控制第四电动平移台51回收图像扫描模块3扫描处理后的RCF膜片。每张RCF扫描完后掉入回收盒52中实现回收，整体实验完成后第四电动平移台51移动回收盒52到可取出位置。
其中，第四电动平移台51行程为120mm-200mm，回收盒52外尺寸为90mm*120mm*70mm；内尺寸为88mm*110mm*60mm。
装配盒6为上方开口的长方体，第四电动平移台51设置在装配盒6中与装配盒6的开口相对的底面上；第一电动平移台11、第二电动平移台21和第三电动平移台41安装在与装配盒6的底面垂直的一个侧面上，该侧面上安装支撑台63，通过支撑台63支撑第一电动平移台11、第二电动平移台21和第三电动平移台41，支撑台63厚度为65mm。
装配盒6上与第二电动平移台21的平移方向垂直的一个侧面上设置铅块61，铅块61中部设有通孔，连接柱22通过在第二电动平移台21上移动穿过通孔。
装配盒6上设置水电转接口62，水电转接口62包括水管的连接口、电源线的连接口和数据线的连接口，水管的连接口与可见光CCD34的水管连接。
其中，装配盒6为外径尺寸1000mm*300mm*300mm、厚度10mm的金属盒，在装配盒6前端有40mm*300mm*300mm的铅块61，铅块61中心开有100mm*100mm的开孔，便于质子成像诊断模块2实现质子堆栈探测器12的传送。装配盒6水电转接口62具体包括可见光CCD34的水管、数据线和电源线，白光光源31的电源线，各电动平移台、电磁开关盒的电源线的转接。
本发明通过电动控制质子堆栈探测器的传送，实验诊断以及质子堆栈探测器内RCF膜片的自动扫描和数据传输，可在不影响真空情况下，快速获得客体演化过程的质子分幅图像，大大减少了实验数据处理时间，同时自动化的扫描控制，也可以排除人为扫描RCF造成的位置和角度偏差，实验更精确的诊断。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种激光质子分幅相机，其特征在于，所述激光质子分幅相机包括：百太瓦级激光器、真空靶室、富氢磁带靶和质子在线成像系统；
所述质子在线成像系统包括控制器、装配盒(6)和设置于所述装配盒(6)内的质子堆栈探测器传送模块(1)、质子成像诊断模块(2)、图像扫描模块(3)、堆栈盒回收模块(4)和RCF膜片回收模块(5)；
所述质子成像诊断模块(2)位于所述质子堆栈探测器传送模块(1)的下方，所述图像扫描模块(3)位于所述质子成像诊断模块(4)的一侧，所述堆栈盒回收模块(4)位于所述质子成像诊断模块(2)的下方，所述RCF膜片回收模块(5)位于所述图像扫描模块(3)的下方；
所述质子堆栈探测器传送模块(1)包括第一电动平移台(11)、多个质子堆栈探测器(12)和开关门，所述开关门安装在所述第一电动平移台(11)上，所述开关门与所述第一电动平移台(11)垂直，多个所述质子堆栈探测器(12)放置在所述开关门上，所述开关门和所述第一电动平移台(11)分别与所述控制器电连接；
所述质子成像诊断模块(2)包括第二电动平移台(21)、连接柱(22)、内卡槽(23)和开关扇，所述连接柱(22)和所述第二电动平移台(21)滑动连接，所述连接柱(22)的轴线与所述第二电动平移台(21)的平移面平行，所述内卡槽(23)安装在所述连接柱(22)的一端，所述内卡槽(23)上安装所述开关扇，所述内卡槽(23)用于接收来自所述质子堆栈探测器传送模块(1)的所述质子堆栈探测器(12)，所述第二电动平移台(21)和所述开关扇分别与所述控制器电连接；
所述图像扫描模块(3)，用于扫描来自所述质子成像诊断模块(2)的所述质子堆栈探测器(12)中的所述RCF膜片，并将扫描的所述RCF膜片的图像数据发送到计算机；
所述图像扫描模块(3)包括装配连接板(35)和依次同轴连接到所述装配连接板(35)的白光光源(31)、RCF膜片卡槽(32)、成像透镜(33)和可见光CCD(34)；所述RCF膜片卡槽(32)内设有电磁铁开关，所述电磁铁开关用于抽取位于所述质子成像诊断模块(2)中的所述质子堆栈探测器(12)中的RCF膜片，所述白光光源(31)用于为所述RCF膜片提供照明，所述成像透镜(33)用于把RCF膜片的图像成像到所述可见光CCD(34)上，所述可见光CCD(34)用于记录所述RCF膜片的图像，所述可见光CCD(34)与所述计算机相连；
所述质子在线成像系统还包括堆栈盒回收模块(4)，所述堆栈盒回收模块(4)包括第三电动平移台(41)和依次排列的多个外卡槽(42)，多个所述外卡槽(42)安装到所述第三电动平移上，所述第三电动平移台(41)的平移面和多个所述外卡槽(42)所在平面相互垂直，所述外卡槽(42)用于接收来自所述质子成像诊断模块(2)的所述质子堆栈探测器(12)的堆栈盒，所述第三电动平移台(41)和所述控制器电连接；
所述质子在线成像系统还包括RCF膜片回收模块(5)，所述RCF膜片回收模块(5)包括第四电动平移台(51)和回收盒(52)，所述回收盒(52)开口向上，所述回收盒(52)设置在所述第四电动平移台(51)的平移面上，所述回收盒(52)用于接收来自所述图像扫描模块(3)中的所述RCF膜片，所述第四电动平移台(51)和所述控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的激光质子分幅相机，其特征在于，所述装配盒(6)为上方开口的长方体，所述第四电动平移台(51)设置在所述装配盒(6)中与所述装配盒(6)的开口相对的底面上；所述第一电动平移台(11)、所述第二电动平移台(21)和所述第三电动平移台(41)安装在与所述装配盒(6)的底面垂直的一个侧面上。
3.根据权利要求1所述的激光质子分幅相机，其特征在于，所述装配盒(6)上与所述第二电动平移台(21)的平移方向垂直的一个侧面上设置铅块(61)，所述铅块(61)中部设有通孔，所述连接柱(22)通过在所述第二电动平移台(21)上移动穿过所述通孔。
4.根据权利要求1所述的激光质子分幅相机，其特征在于，所述装配盒(6)上设置水电转接口(62)，所述水电转接口(62)包括水管的连接口、电源线的连接口和数据线的连接口，所述水管的连接口与所述可见光CCD(34)的水管连接。
5.根据权利要求1所述的激光质子分幅相机，其特征在于，所述RCF膜片的边缘处贴有铁膜，所述RCF膜片的有效尺寸为80mm。
6.根据权利要求1所述的激光质子分幅相机，其特征在于，所述白光光源(31)辐照面积大于80mm*80mm。
7.根据权利要求1所述的激光质子分幅相机，其特征在于，所述成像透镜(33)的外径小于90mm。
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