[发明专利]一种三维高能电子成像系统及方法

说明书

本发明涉及一种三维高能电子成像系统，该系统包括产生的三个连续电子束团的高能直线加速器、与所述高能直线加速器相连的偏转腔、切割磁铁、无色散束流输运线、目标靶和成像磁铁透镜系统。所述偏转腔与所述切割磁铁之间设有无场漂移段；与所述无场漂移段相对的所述切割磁铁的一侧设有所述无色散束流输运线，该无色散束流输运线的末端设有所述目标靶；所述目标靶的三个正交方向X、Y、Z上均设有所述成像磁铁透镜系统。本发明可以实现立体成像，有效解决了现有的成像技术仅能实现二维成像而不能完全反映目标靶全部信息的问题，并推动高能电子成像及高能量密度物理和惯性约束聚变等相关研究的发展。

技术领域

本发明涉及一种成像方法，尤其涉及一种三维高能电子成像系统及方法。

背景技术

能源是人类活动的物质基础，人类社会的发展离不开对能源的利用。以传统的煤、石油、天然气为代表的化石能源由于资源有限且在使用过程中会产生严重的环境污染，因此积极寻找清洁安全的新能源已成为当今世界的必然选择。受控热核聚变反应能释放巨大的能量，这种能源干净、安全，且以用之不竭的海水作为原料，因此，受控热核聚变能是人类未来新能源的主要希望所在。惯性约束核聚变是实现受控热核聚变最有可能的途径之一。惯性约束聚变靶丸在点火之前处于一种极端的物理状态：能量密度超过10¹¹J/m³、压力超过1Mbar，这种状态就是高能量密度态。以高能量密度物态及其流体性质等为核心研究对象的高能量密度物理是当前科学研究的重大前沿课题，受到了诸多科技发达国家及研究机构的高度重视。在高能量密度物理及惯性约束聚变研究中，靶丸内部物质状态的成像诊断始终是一个极其重要而又极具挑战的课题。

目前常用的成像诊断技术按照探测束的不同类型可分为X 射线成像和带电粒子束成像两大类：X 射线因为其相对较短的平均自由程和较低的透射率，这导致想要获得高强度的信号需要非常高的剂量，而高剂量需要复杂的强流电子加速器，存在一定的局限性。并且，X 射线较低的量子效率，散射背景严重等因素也限制了它的分析品质。带电粒子成像主要是通过带电粒子与物质的相互作用，利用所获得的前向散射和透射粒子包含样品信息的原理，实现对样品的诊断和检测。带电粒子成像可以很好地应用在需要较高空间分辨和密度分辨的场合。目前研究较热的有质子成像和电子成像。质子由于其较好的穿透性，对较厚的样品成像较好，但是质子加速器造价昂贵，系统庞大，主要依赖于大科学装置，因此，它的广泛应用受到一定的限制。相比质子成像，电子成像具有显著优势：高能电子加速器造价相对较低，成像系统较小，容易发展专门用于成像的装置；并且基于光阴极的皮秒脉宽的高能电子束技术已经非常成熟，特别适合超快动态成像。

目前的高能电子成像技术均是二维成像，仅能显示目标靶的平面信息，不能呈现完整的三维立体成像，导致实验过程中不能完全掌握目标靶的内部信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以立体成像的三维高能电子成像系统。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该三维高能电子成像系统的成像方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种三维高能电子成像系统，其特征在于：该系统包括产生的三个连续电子束团的高能直线加速器、与所述高能直线加速器相连的偏转腔、切割磁铁、无色散束流输运线、目标靶和成像磁铁透镜系统；所述偏转腔与所述切割磁铁之间设有无场漂移段；与所述无场漂移段相对的所述切割磁铁的一侧设有所述无色散束流输运线，该无色散束流输运线的末端设有所述目标靶；所述目标靶的三个正交方向X、Y、Z上均设有所述成像磁铁透镜系统。

所述偏转腔与所述高能直线加速器相匹配。