[发明专利]一种硬X射线条纹相机及其探测硬X射线能段的方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体物理和核探测领域，具体涉及的是一种硬X射线条纹相机及其探测硬X射线能段的方法。

背景技术

条纹相机是测量超快物理过程的一种有效仪器，在激光惯性约束聚变等领域中不可或缺。

现有的用于探测X射线能段的条纹相机，大多由条纹变像管、像增强器、记录介质组件、用于提供电力和控制运行的电控制系统(包括高压供电模块、远程控制模块、延迟同步模块、扫描控制模块、工控模块、真空金属腔体)组成，其中，条纹变像管是条纹相机的核心部件，它一般由光阴极、加速电极、聚焦电极、偏转系统组成。条纹相机探测X射线能段的主要过程为：X射线脉冲进入条纹变像管后，由其内的光阴极转换为光电子束脉冲，然后出光阴极表面的次级电子束脉冲经过电场加速，由聚焦电极的聚焦在偏转系统的入口小孔处。在偏转系统的作用下，不同时间到达光阴极的脉冲在垂直于入口狭缝的方向上被偏转至空间的不同位置，其位置与原运动方向的垂直距离与电子脉冲到达偏转系统的时间呈一一对应关系，电子束脉冲经过偏转系统后由像增强器进行放大并转化为可见光信号并由记录介质组件记录。这样，光脉冲的时间分布信息就被转换为空间上一维的信息。

虽然可以实现X射线的探测，但是现有的条纹相机，其光阴极由于结构设计不合理，导致相机只能用于探测10keV以下的X射线，对于能段较高(例如10～300keV能段)的硬X射线，则不能进行探测。这就导致了现有的条纹相机难以很好地满足目前人们对X射线能段的探测需求。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种硬X射线条纹相机及其探测硬X射线能段的方法，可以探测10～300keV能段的X射线，满足实际的探测需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种硬X射线条纹相机，包括条纹变像管、像增强器、记录介质组件、电控系统；所述电控系统内设有真空金属腔体，所述条纹变像管设置在该真空金属腔体内，用于将光脉冲转换为光电子束脉冲，所述像增强器与条纹变像管连接，用于将光电子束脉冲放大并转化为可见光信号，所述记录介质组件设置在电控系统外，并与像增强器连接，用于记录可见光信号；所述条纹变像管包括具有入口狭缝和出口的管体，设置在管体内并由入口狭缝往出口的方向依次分布的探测光阴极、加速电极、聚焦电极和偏转系统；所述探测光阴极包括用于在硬X射线光子照射下与其发生光电效应产生初级电子的阴极基底，以及多个设置在阴极基底上并使阴极基底呈现出蜂窝状的阴极通道；所述阴极通道与阴极基底法线之间的夹角为0.1°-15°，并且每个阴极通道内壁上均设有一层用于初级电子电离产生低能二级电子的碱金属镀层。

作为优选，所述记录介质组件为CCD。

作为优选，所述阴极基底的厚度为0.3-30mm。

作为优选，所述碱金属镀层为金属Na镀层或金属K镀层。

基于上述基础，本发明还提供了该条纹相机探测硬X射线能段的方法，包括以下步骤：

(1)通过外界脉冲高压电源在阴极基底上加载200V-2000V的工作电压；

(2)硬X射线脉冲通过入口狭缝进入至条纹变像管内，并照射阴极基底发生光电效应，产生初级电子；

(3)初级电子进入阴极通道，并电离阴极通道内壁上的碱金属镀层，产生低于50eV的低能二级电子；

(4)在200V-2000V的电压作用下，低能二级电子在阴极通道内产生雪崩放大，形成电子束；

(5)电子束进入加速电极内被加速，然后由聚焦电极聚焦在偏转系统入口处；

(6)偏转系统将聚焦的电子束偏转，然后由像增强器放大并转换为可见光信号；

(7)记录介质组件记录可见光信号，使光脉冲的时间分布信息被转换为空间上的一维信息。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：