[发明专利]一种高能带电粒子成像装置

说明书

本发明涉及一种高能带电粒子成像装置，属于带电粒子成像技术领域，依次包括共光轴设置的粒子源、束流匹配传输段、等离子体成像透镜组和探测系统，本发明采用粒子源、束流匹配传输段、等离子体成像透镜组和探测系统组成高能带电粒子成像系统，结构简单且紧凑，提升了高能带电粒子的适用性，丰富了高能带电粒子的应用场景，同时，利用等离子体成像透镜的高梯度优势，降低高阶成像误差，提升高能带电粒子成像装置的空间分辨能力，调节便捷。

技术领域

本发明属于带电粒子成像技术领域，具体地说涉及一种高能带电粒子成像装置。

背景技术

高能带电粒子成像技术(Charged particle radiography)发明于上世纪90年代，利用高能带电粒子的高穿透力，穿过样品的带电粒子经过磁透镜成像系统的聚焦散焦作用，在辐射转换靶上形成点对点的样品实空间图像，能直观显示不透明致密物体的内部结构信息。同时，得益于携带电荷的特性，亦可用来测量瞬态电磁场。因此，高能带电粒子成像技术在高能量密度物理诊断、医学成像以及闪光照相领域发挥着重要作用。

磁透镜成像系统是高能带电粒子成像装置的核心部件，通常由螺线管以及四极磁铁组来构成。其中，螺线管透镜结构简单，具有对称几何结构，可以实现对带电粒子x和y两个方向同时聚焦，如CN201480007705.4针对具有机架的磁共振成像系统中的场畸变部件的主动补偿。但是，螺线管聚焦能力偏弱，且随着带电粒子能量提高，其聚焦能力显著下降，因此，螺线管多用于低能带电粒子的成像装置中，如透射式电子显微镜。相对于螺线管，四极磁铁的聚焦能力较强，如CN201510331159.6一种匹配束流为平行束的带电粒子照相装置，但单个四极磁铁只能对带电粒子的一个方向聚焦、另一个方向散焦，因此，往往需要多块四极磁铁才能形成一个等效的成像透镜。基于四极磁铁的带电粒子成像光学系统构造复杂，体积庞大，造价高昂，限制了其应用场景和范围。

因此，现有技术有待于进一步发展和提升。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种高能带电粒子成像装置，具有高时空分辨能力，且结构紧凑。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高能带电粒子成像装置，依次包括：

粒子源，用于产生高能脉冲带电粒子束；

束流匹配传输段，用于将高能脉冲带电粒子束传输到样品处；

等离子体成像透镜组，对携带样品信息的高能脉冲带电粒子束聚焦形成点对点的像；

和探测系统，用于采集样品形成的点对点的像，并转换成图像，以直观显示样品的实空间信息。

进一步，粒子源产生具有脉冲时间结构的脉冲带电粒子束，所述脉冲带电粒子束经过加速器增能为高能脉冲带电粒子束。

进一步，所述脉冲带电粒子束为脉冲电子束或脉冲质子束，相对应的，所述粒子源为电子源或质子源。

优选的，所述粒子源包括激光器和发射电子枪，处于临界状态的发射电子枪在激光器的照射下通过光电效应生成脉冲电子束。

进一步，高能脉冲带电粒子束经过匹配传输段的横向处理传输至样品上，且其横向尺寸与样品尺寸匹配。

优选的，所述匹配传输段采用四极磁铁对高能脉冲带电粒子束进行横向处理。

优选的，所述横向处理包括聚焦、散焦和扩散。

优选的，所述匹配为高能脉冲带电粒子束的横向尺寸不小于样品尺寸，已实现对样品进行完整成像。

进一步，所述等离子体成像透镜组包括依次排列的多级等离子体成像透镜，且后级等离子体成像透镜的物平面与前级等离子体成像透镜的像平面重合。