CN207611151U - 一种x射线强度准无损二维成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种X射线强度准无损二维成像装置，所述的成像装置适用于50eV~80keV的X射线，包括同轴心设置的可调光阑、辅助瞄准装置、X射线成像器件、支撑与调节机构、屏蔽筒与多重X射线成像板。经辅助瞄准装置对靶进行瞄准后，靶发出50eV~80keV的X射线，经X射线成像器件成像到多重X射线成像板上，通过对多重X射线成像板上的多重像进行数据提取、转换与叠加处理，即可还原强度准无损图像。本实用新型的成像装置能够实现50eV~80keV的X射线强度准无损二维成像，将获得的X光像的信息量提升0%~85%，具有广阔且重要应用前景。

Description

一种X射线强度准无损二维成像装置

技术领域

本实用新型属于X射线成像领域，具体涉及一种X射线强度准无损二维成像装置。

背景技术

在惯性约束聚变ICF中，X射线成像技术广泛用于监测激光-等离子体相互作用、X光烧蚀靶材以及微球靶内爆等过程中释放的各种瞬发辐射X射线强度的时间和空间分布状况，对于ICF实验研究具有重要意义。

目前对X光像进行接收的器件主要有X射线成像板、X光CCD和X射线胶片。由于相对X射线胶片而言，X射线成像板具有较高的信噪比和灵敏度；相对X光CCD而言，X射线成像板可以弯曲，因而X射线成像板的应用最为广泛。

而现有X光像接收器件存在着以下不足：由于高能X射线的强穿透性，例如对于SR型X射线成像板，40keV的X射线的透过率超过50%，因而在X光像接收器件上提取的高能X光像的信息大量缺失。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种X射线强度准无损二维成像装置。

本实用新型的X射线强度准无损二维成像装置适用于50eV~80keV 的X射线，包括同轴心设置的可调光阑、辅助瞄准装置、X射线成像器件、支撑与调节机构、屏蔽筒和多重X射线成像板；

所述的支撑与调节机构为水平放置的圆筒，辅助瞄准装置卡在圆筒的靠前位置并面向靶，X射线成像器件位于辅助瞄准装置中心；所述的可调光阑为圆环形并位于辅助瞄准装置的前方，与支撑与调节机构的圆筒前端面配装；所述的支撑与调节机构通过位于圆筒后部的调节器调节辅助瞄准装置和X射线成像器件的光学指向；所述的屏蔽筒的前端与支撑与调节机构密封连接，后端与多重X射线成像板密封连接，屏蔽筒的中间部分从调节机构到多重X射线成像板之间圆滑过渡；

所述的成像装置的工作过程如下：

靶发出的可见光在可调光阑打开状态下，通过辅助瞄准装置和支撑与调节机构实现辅助X射线成像器件对靶的瞄准；靶发出的X射线在可调光阑关闭状态下，经过X射线成像器件成像到多重X射线成像板上；通过计算机对多重X射线成像板上的多重X光像进行数据提取、转换和叠加处理，获得强度准无损图像。

所述的靶为惯性约束聚变ICF使用的腔靶、球靶或平面靶中的一种。

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。

所述的辅助瞄准装置为双光路瞄准装置、透镜瞄准装置或多节限位瞄准装置中的一种。

所述的X射线成像器件为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的针孔及其阵列、狭缝及其阵列、异形孔及其阵列、KB镜或弯晶中的一种。

所述的支撑与调节机构在垂直于辅助瞄准装置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。

所述的屏蔽筒材料为铅，筒壁厚度大于5mm。

所述的多重X射线成像板的成像板数量大于等于1，并且小于等于8，成像板型号为MS、SR或TR中的一种。

所述的多重X射线成像板的成像板贴在一起，放置在X射线成像器件的成像位置上；所述的50eV~80keV的 X射线为能量为50eV~80keV的单能或混合X射线。

本实用新型的X射线强度准无损二维成像装置能够实现50eV~80keV的X射线强度无损二维成像，将获得的X光像的信息量提升0%~85%，具有广阔且重要应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的X射线强度准无损二维成像装置的结构示意图；

图2为本实用新型的X射线强度准无损二维成像装置的理论原理示意图；

图3为本实用新型的X射线强度准无损二维成像装置采集到的图像以及叠加处理后所得强度准无损二维图像；

图中，1.靶 2.可调光阑 3.辅助瞄准装置 4.X射线成像器件 5.支撑与调节机构6.屏蔽筒 7.多重X射线成像板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型的X射线强度准无损二维成像装置适用于50eV~80keV 的X射线，包括同轴心设置的可调光阑2、辅助瞄准装置3、X射线成像器件4、支撑与调节机构5、屏蔽筒6和多重X射线成像板7；

所述的支撑与调节机构5为水平放置的圆筒，辅助瞄准装置3卡在圆筒的靠前位置并面向靶1，X射线成像器件4位于辅助瞄准装置3中心；所述的可调光阑2为圆环形并位于辅助瞄准装置3的前方，与支撑与调节机构5的圆筒前端面配装；所述的支撑与调节机构5通过位于圆筒后部的调节器调节辅助瞄准装置3和X射线成像器件4的光学指向；所述的屏蔽筒6的前端与支撑与调节机构5密封连接，后端与多重X射线成像板7密封连接，屏蔽筒6的中间部分从调节机构5到多重X射线成像板7之间圆滑过渡；

所述的成像装置的工作过程如下：

靶1发出的可见光在可调光阑2打开状态下，通过辅助瞄准装置3和支撑与调节机构5实现辅助X射线成像器件4对靶1的瞄准；靶1发出的X射线在可调光阑2关闭状态下，经过X射线成像器件4成像到多重X射线成像板7上；通过计算机对多重X射线成像板7上的多重X光像进行数据提取、转换和叠加处理，获得强度准无损图像。

所述的靶1为惯性约束聚变ICF使用的腔靶、球靶或平面靶中的一种。

所述的可调光阑2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4边界尺寸。

所述的辅助瞄准装置3为双光路瞄准装置、透镜瞄准装置或多节限位瞄准装置中的一种。

所述的X射线成像器件4为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的针孔及其阵列、狭缝及其阵列、异形孔及其阵列、KB镜或弯晶中的一种。

所述的支撑与调节机构5在垂直于辅助瞄准装置3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。

所述的屏蔽筒6材料为铅，筒壁厚度大于5mm。

所述的多重X射线成像板7的成像板数量大于等于1，并且小于等于8，成像板型号为MS、SR或TR中的一种。

所述的多重X射线成像板7的成像板贴在一起，放置在X射线成像器件4的成像位置上；所述的50eV~80keV的 X射线为能量为50eV~80keV的单能或混合X射线。

实施例1

本实施例中，所述的靶1为惯性约束聚变ICF使用的平面靶；所述的辅助瞄准装置3为双光路瞄准装置；所述的X射线成像器件4为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的针孔；所述的屏蔽筒6的筒壁厚度为6mm；所述的多重X射线成像板7的成像板数量为3，成像板型号为SR；所述的50eV~80keV 的X射线为能量为50eV~25keV的混合X射线。

本实用新型的可调光阑2的中心、辅助瞄准装置3的中心、支撑与调节机构5的中心、屏蔽筒6的中心和多重X射线成像板7的中心在同一直线上。支撑与调节机构5配合辅助瞄准装置3实现，在实验前可见光照明条件下，辅助X射线成像器件4对靶的瞄准，这是因为X射线成像器件4的通光孔径（几十微米量级）小，难以实现瞄准；而后开展打靶实验，靶1发射50eV~25keV的混合X射线，通过X射线成像器件4成像在多重X射线成像板7上。这里的X射线成像器件4为ICF研究领域中神光III原型大型激光装置上常用的成像器件，它是直径50um的针孔。

在惯性约束聚变ICF实验研究中，X射线针孔成像技术广泛用于监测激光-等离子体相互作用、X光烧蚀靶材以及微球靶内爆等过程中释放的各种瞬发辐射X射线强度的时间和空间分布状况，作为常规诊断技术对于ICF实验研究具有重要意义。目前配合针孔成像的X光像接收器件主要有X射线成像板、X光CCD和X射线胶片。然而现有X光像接收器件存在着明显不足，由于高能X射线的强穿透性，例如对于SR型X射线成像板，80keV的 X射线的透过率超过90%，而对于X光CCD和X射线胶片，根据其材质属性，穿透的80keV高能X射线量必然是不容忽视的，因而在X光接收器件上提取的高能X光像的强度信息缺失量最高达90%。另外，各类型X射线成像板的厚度仅在0.43mm左右。

对于多重X射线成像板7，首先定义其成像板的数量为，入射混合X射线的总强度为，各能点X射线强度为，为能点数，显然，定义X射线成像板对各能点X射线的透过率为，该值随X射线能量的升高而增大。见图2，则各成像板吸收的X射线强度为：

（1）

（2）

（3）

（4）

第块成像板上已基本观测不到图像（淹没在图像本底噪声中），即，则，因此

（5）

即，可见将各成像板上的图像叠加即可获得X射线强度基本无损失的二维图像。为了得到实际应用中成像板数目的最大值，定义第块成像板上吸收的X射线强度仅为，而SR型成像板对80keV的X射线的透过率，则可得。这里将穿过第8块成像板之后的X射线进行了忽略，同时也忽略成像板碳氢基底对X射线的弱吸收，因而本实用新型是准无损二维成像装置。还需说明的一点是，上述成像板上图像的叠加，并不是直接将各图像相对应的灰度值求和，而是先将各图灰度值转换成PSL，而后将各图的PSL相加，再将这些求和后的PSL转换回灰度值进行显示。之所以要用PSL作媒介，是因为PSL与各能点X射线是线性响应的，即各能点X射线强度增加，PSL值线性增大。

本实用新型在ICF领域常用的X射线源标定装置上取得成功应用，本实施例中，靶1为8mm直径Ag平面靶。本实用新型的准无损二维成像装置中三层X射线成像板观测到的图像以及叠加后所得的图像如图3所示。很明显各成像板上的图像显著不同，尤其是第一块成像板上的图像和叠加后的图像，这在物理上反映了靶目标的实际温度、密度及形貌与现有观测设备观测结果之间存在显著差异。本实用新型的X射线强度准无损二维成像装置实现了准无损二维成像，将获得的X光像的信息量提升了20%，具有广阔且重要应用前景。

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使用的球靶；所述的辅助瞄准装置3为透镜瞄准装置；所述的X射线成像器件4为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的KB镜；所述的屏蔽筒6的筒壁厚度为10mm；所述的多重X射线成像板7的成像板数量为8，成像板型号为MS；所述的50eV~80keV的X射线为能量为50eV~80keV的混合X射线。本实用新型在我国ICF领域的星光激光打靶装置上取得成功应用，本实施例中，靶1为0.6mm直径球靶。本实用新型的X射线强度准无损二维成像装置实现了准无损二维成像，将获得的X光像的信息量提升了75%，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实用新型的原理，应被理解为本实用新型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实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型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实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种X射线强度准无损二维成像装置，其特征在于：所述的成像装置适用于50eV~80keV 的X射线，包括同轴心设置的可调光阑（2）、辅助瞄准装置（3）、X射线成像器件（4）、支撑与调节机构（5）、屏蔽筒（6）和多重X射线成像板（7）；

所述的支撑与调节机构（5）为水平放置的圆筒，辅助瞄准装置（3）卡在圆筒的靠前位置并面向靶（1），X射线成像器件（4）位于辅助瞄准装置（3）中心；所述的可调光阑（2）为圆环形并位于辅助瞄准装置（3）的前方，与支撑与调节机构（5）的圆筒前端面配装；所述的支撑与调节机构（5）通过位于圆筒后部的调节器调节辅助瞄准装置（3）和X射线成像器件（4）的光学指向；所述的屏蔽筒（6）的前端与支撑与调节机构（5）密封连接，后端与多重X射线成像板（7）密封连接，屏蔽筒（6）的中间部分从调节机构（5）到多重X射线成像板（7）之间圆滑过渡；

所述的成像装置的工作过程如下：

靶（1）发出的可见光在可调光阑（2）打开状态下，通过辅助瞄准装置（3）和支撑与调节机构（5）实现辅助X射线成像器件（4）对靶（1）的瞄准；靶（1）发出的X射线在可调光阑（2）关闭状态下，经过X射线成像器件（4）成像到多重X射线成像板（7）上；通过计算机对多重X射线成像板（7）上的多重X光像进行数据提取、转换和叠加处理，获得强度准无损图像。

2.根据权利要求1所述的X射线强度准无损二维成像装置，其特征在于：所述的靶（1）为惯性约束聚变ICF使用的腔靶、球靶或平面靶中的一种。

3.根据权利要求1所述的X射线强度准无损二维成像装置，其特征在于：所述的可调光阑（2）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（4）边界尺寸。

4.根据权利要求1所述的X射线强度准无损二维成像装置，其特征在于，所述的辅助瞄准装置（3）为双光路瞄准装置、透镜瞄准装置或多节限位瞄准装置中的一种。

5.根据权利要求1所述的X射线强度准无损二维成像装置，其特征在于：所述的X射线成像器件（4）为惯性约束聚变ICF中用于X射线成像的针孔及其阵列、狭缝及其阵列、异形孔及其阵列、KB镜或弯晶中的一种。

6.根据权利要求1所述的X射线强度准无损二维成像装置，其特征在于：所述的支撑与调节机构（5）在垂直于辅助瞄准装置（3）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。

7.根据权利要求1所述的X射线强度准无损二维成像装置，其特征在于：所述的屏蔽筒（6）材料为铅，筒壁厚度大于5mm。

8.根据权利要求1所述的X射线强度准无损二维成像装置，其特征在于：所述的多重X射线成像板（7）的成像板数量大于等于1，并且小于等于8，成像板型号为MS、SR或TR中的一种。

9.根据权利要求1所述的X射线强度准无损二维成像装置，其特征在于：所述的多重X射线成像板（7）的成像板贴在一起，放置在X射线成像器件（4）的成像位置上；所述的50eV~80keV的 X射线为能量为50eV~80keV的单能或混合X射线。