[发明专利]超快脉冲X射线源系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超短脉冲X射线源系统；该系统通过真空环境中高速扫描电子束，轰击金属细丝，产生超短脉冲X射线装置。

背景技术

传统的X射线源，通过调制栅极电压，脉冲很难到微秒水平。无法满足纳秒甚至皮秒的超快探测需要。

发达国家较早开展了目前超短ps脉冲X射线源，采用飞秒激光轰击真空条件下的金属尖端实现皮秒量级的超快X射线脉冲发射。该方法目前较为成熟，很多的研究机构采用此方法获得超快X射线源进行超快现象的研究。由于必须高峰值功率飞秒激光光源作为光源，成本高昂，稳定性和可靠性不高，难以形成能够市场应用的超短脉冲X光源。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提供一种稳定可靠的时间分辨达到皮秒量级的X射线脉冲源系统，通过真空环境中高速扫描电子束，轰击金属细丝，产生超短脉冲X射线装置；采用高速扫描的电子束轰击金属细丝，可以实现极快皮秒量级的X射线脉冲发射。

本发明的技术解决方案是：超短脉冲X射线源系统，其特征在于：包括电子枪、电子光学系统、金属阳极、窗口以及真空管壁；所述电子枪是发射源，电子光学系统设在电子枪的出射光路上，电子光学系统包括依次设置的电子加速系统、聚焦系统，高速扫描系统；所述金属阳极与聚焦系统之间加电压形成电场；所述电子枪、电子光学系统、金属阳极均设在真空管壁内，窗口设在真空管壁的一侧壁上。

上述电子光学系统包括依次设置的聚焦加速电极板以及偏转电极板。

在偏转电极加高速扫描电场实现对电子束的高速扫描，压缩电子轰击金属阳极的时间，实现超短脉冲X射线发射。

上述金属阳极是金丝或采用在透过X射线的衬底上镀金膜并光刻的方法获得；所述金属丝是微米到毫米级金属细丝，材料为金、钼、钨、铜。

上述金丝接地，防止工作中电荷堆积。

上述聚焦加速电极板是孔状电极板或桶装电极。

真空管壁采用金属材料，屏蔽并吸收多余X射线，防止泄漏。

上述窗口材料为透X射线的材料。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

1)本发明真空环境中高速扫描电子束，扫过金属细丝时，产生超短脉冲X射线；

2)本发明采用高速扫描电场实现对电子束的高速扫描，压缩电子轰击金属阳极的时间，可以达到皮秒量级的超短脉冲X射线发射；

3)本发明采用极细的金属阳极，例如金阳极，大大减少了电子轰击阳极的时间；

4)本发明金属阳极可以采用在透过X射线的衬底上镀金膜，并光刻的方法得到；

5)本发明可以产生连续X射线脉冲，并且占空比可控；在连续脉冲工作时，可以采用金属网或者光刻金属图形，经扫描电子轰击产生高速超短X脉冲序列；

6)系统可以通过调节扫描速度，可以调节发射X射线的脉冲宽度；

7)系统中可以具有电子聚焦系统，采用电场或磁场形式聚焦电子束，有利于缩短X射线脉冲时间宽度；

8)通过调节扫描电压的扫描周期调节发射X射线的重复频率；

9)可以通过调节电子枪和加速电极的电场强度，调节发射X射线的能量和强度。

10)本发明具有可靠性高、成本低等优点。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图；

图2是本发明系统的电子光学系统示意图；

其中：1—电子枪；2—聚焦加速电极板；3—偏转电极板；4—金丝；5—窗口；6—真空管壁；

具体实施方式

参见图1、图2，本发明提供的测试装置包括：高速扫描电子光学系统，超短脉冲X射线发射系统；

其原理主要是：真空环境中，电子枪1发射电子束，经电子光学系统进行加速和聚焦，并进入双板电极间在高速扫描电压下进行高速扫描，阳极为微米量级宽度的金属细丝，材料可选金等具有良好X射线发射能力的材料，电子束轰击到金阳极产生X射线脉冲，电子轰击到金阳极的时间由扫描速度控制，通常与阳极的宽度成正比与扫描的速度成反比。所以通过减小阳极宽度和提高扫描速度使电子轰击金阳极的时间在皮秒量级，产生的X射线可以达到皮秒的高速脉冲，经过光窗输出。可以将X射线源应用于各种环境。

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的说明。

当电子枪1作为阳极发射电子，通过控制阳极电压控制电子发射的速度，通过优选电子枪，调整电子发射的电子密度。