[发明专利]一种混合式磁聚焦透镜电子束成像系统

说明书

本发明涉及一种混合式磁聚焦透镜电子束成像系统。该系统中光电阴极、阳极栅网、门控微通道板和CCD摄像模块依次同轴排列，光电阴极和阳极栅网紧邻设置，门控微通道板和CCD摄像模块紧邻设置，阳极栅网和门控微通道板间隔预设飞行距离；两个短磁透镜分别放置在光电阴极和门控微通道板处，四个长磁透镜均匀放置在阳极栅网和门控微通道板间隔的电子漂移区。本发明的平面光电阴极经混合式磁透镜成像后，像面也是一个平面，从而提高其空间分辨率均匀性，使得轴上点和轴外点空间分辨率一致。

技术领域

本发明涉及电子束成像领域，更具体地说，涉及一种混合式磁聚焦透镜电子束成像系统。

背景技术

惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)实验中，激光打靶产生的等离子体X射线辐射包含极其丰富的物理信息，其持续时间在ns量级。采用具有ps量级时间分辨的超快相机对X射线辐射特性进行探测是ICF研究的关键诊断技术。门控微通道板(microchannel plate,MCP)分幅相机可以获得X射线辐射的二维空间分布及其时间特性，因而在ICF研究中具有比较重要的作用。随着ICF研究的不断深入，尤其是聚变燃烧阶段，对门控X射线分幅相机的时间分辨率提出了优于30ps的需求。由于MCP中电子渡越时间弥散较大，限制了时间分辨率的进一步提高，使得门控MCP分幅相机的时间分辨率约60至100ps，无法满足上述要求。减小MCP厚度可以降低渡越时间弥散，提高时间分辨率。1990年，P.M.Bell等人采用0.2mm厚的MCP，获得时间分辨率约35ps的门控MCP分幅相机。但薄MCP相机比较脆弱、增益低、信噪比差。2010年，美国Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL)提出采用电子束时间放大技术来提高时间分辨率，成功地获得了具有5ps时间分辨率的X射线分幅相机。该相机首先利用电子脉冲时间放大技术对电子束团进行时间宽度展宽，再用传统的MCP变像管对时间放大后的电子束团进行测量，从而获得高的时间分辨率。然而，从光电阴极到MCP有一段500mm的漂移区，电子束团在漂移区运动时将会在空间发散，影响相机的空间分辨率，为了改善空间分辨率，需采用磁聚焦透镜将电子束团成像在MCP。美国LLNL采用螺线管长磁聚焦透镜对电子束进行成像，阴极成像灵敏面达φ120mm，磁场强度为370G时，空间分辨率为510um。国内深圳大学采用大口径短磁聚焦透镜电子束成像系统，使得阴极灵敏面φ60mm范围内，空间分辨率为100um。2018年，美国LLNL将螺线管长磁聚焦透镜与hCMOS结合，研制了展宽型hCMOS分幅成像系统。为了进一步提高空间分辨率，美国LLNL将螺线管线圈的激励电流增大。当脉冲电流峰值增大至1kA时，产生6kG的磁场强度，将空间分辨率提高至35um，但其成像灵敏面仅为25.6×12.8mm²。为了获得大成像灵敏面及高空间分辨，设计了一种基于长磁和短磁透镜的高空间分辨电子束成像系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种混合式磁聚焦透镜电子束成像系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种混合式磁聚焦透镜电子束成像系统，包括光电阴极、阳极栅网、门控微通道板、CCD摄像模块、两个短磁透镜和四个长磁透镜；

所述光电阴极、所述阳极栅网、所述门控微通道板和所述CCD摄像模块依次同轴排列，所述光电阴极和所述阳极栅网紧邻设置，所述门控微通道板和所述CCD摄像模块紧邻设置，所述阳极栅网和所述门控微通道板间隔预设飞行距离；

两个所述短磁透镜分别放置在所述光电阴极和所述门控微通道板处，四个所述长磁透镜均匀放置在所述阳极栅网和所述门控微通道板之间的电子漂移区。

进一步，在本发明所述的混合式磁聚焦透镜电子束成像系统中，所述门控微通道板包括微通道板、微带传输线和荧光屏；

所述微带传输线设置在所述微通道板上，所述微通道板放置在靠近所述阳极栅网一侧，所述荧光屏放置在靠近所述CCD摄像模块一侧。