專利名稱：一種快響應(yīng)x射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，屬于電磁探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
X射線是波長約為O. 01 50納米的電磁波，波長小于O. I埃的X射線稱為硬X射線，波長大于O. I埃的X射線稱為軟X射線，它由德國物理學(xué)家W. K.倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)，又稱倫琴射線。X射線為人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界提供了ー個(gè)非常有力的工具。X射線與物質(zhì)的相互作用，尤其是散射作用，給人們提供了原子、分子在物體中的微觀排列圖像；而X射線光譜學(xué)的發(fā)展，則為人們認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的規(guī)律性、為原子結(jié)構(gòu)理論提供了直接的實(shí)驗(yàn)佐證，同時(shí)也 使辨別物質(zhì)的元素成為可能。這使物理學(xué)的研究領(lǐng)域從宏觀進(jìn)入到微觀、從經(jīng)典過渡到現(xiàn)代，產(chǎn)生了劃時(shí)代的進(jìn)展。產(chǎn)生X射線的方式主要有四種X射線管、同步輻射、X射線激光和激光等離子體。X射線管是在玻璃管內(nèi)安裝陰極燈絲和陽極靶構(gòu)成，通電加熱陰極燈絲發(fā)射大量電子，在兩極間加上幾十千伏的高壓，讓這些電子快速飛向陽極并形成高能電子，當(dāng)高能電子與陽極祀發(fā)生碰撞時(shí)，就有X射線從陽極祀上發(fā)射出來。由X射線管發(fā)射出的X射線一般含有兩種成分強(qiáng)度隨波長連續(xù)變化的連續(xù)譜和波長一定且強(qiáng)度很大的標(biāo)識(shí)譜。其中標(biāo)識(shí)譜線是由原子內(nèi)層電子的躍遷產(chǎn)生的，波長隨陽極靶物質(zhì)的元素的原子序數(shù)有規(guī)則地變化，是元素的特征標(biāo)志；而連續(xù)譜是高能電子轟擊靶時(shí)發(fā)射出的連續(xù)譜電磁波，也稱韌致輻射。同步輻射是速度接近光速的帶電粒子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)沿切線方向發(fā)出的電磁輻射，它具有頻譜寬且連續(xù)可調(diào)(從紅外至硬X射線跨4 5個(gè)數(shù)量級(jí))、高亮度(比普通光源至少高三個(gè)量級(jí)，信噪比高)、高度的準(zhǔn)直和偏振性(可獲得很好的空間分辨率和微區(qū)內(nèi)極高的光通量)、光譜純潔(可以減少各種環(huán)境因素對(duì)復(fù)雜測(cè)量過程的干擾)等優(yōu)異的特性。X射線激光是指波長為O. 01 30納米的激光。它具有亮度高、脈沖短、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，其原理是由泵浦激光打靶后產(chǎn)生的高溫等離子體發(fā)出的受激躍遷輻射。利用X射線激光全息術(shù)進(jìn)行諸如表面物理、原子分子物理、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等需要高分辨率的快速過程的研究，有可能使人們看到原子尺度上的生命、物理和化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程。同步輻射裝置和X射線激光系統(tǒng)價(jià)格昂貴、機(jī)時(shí)有限，因而人們迫切需要ー種價(jià)格便宜、易于操作的光源用于X射線顯微術(shù)作為實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)分析工具，而激光等離子體X射線光源是滿足這ー要求的理想光源，其基本原理是當(dāng)高強(qiáng)度(IO14 1015W/cm2)激光脈沖聚焦打在微小尺寸(μ m級(jí))固體靶上時(shí)，靶的表面迅速形成高溫高密度的等離子體，因?yàn)閄射線不受等離子體中產(chǎn)生的大電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響，很容易從等離子體內(nèi)部逃逸從而發(fā)射出X射線，并形成具有足夠輻射強(qiáng)度的獨(dú)立點(diǎn)光源。另外，也可以采用超快響應(yīng)的X射線探測(cè)器對(duì)等離子體發(fā)射的X射線特性進(jìn)行探測(cè)，對(duì)激光等離子體的性能參數(shù)進(jìn)行診斷，這在激光核聚變(又稱慣性約束核聚變，ICF)研究中具有重大意義。對(duì)這種超快響應(yīng)的X射線探測(cè)器而言，其最大線性輸出電流是ー個(gè)重要參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的定義和測(cè)試都是很有必要的。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明所要解決的問題是如何定義并標(biāo)定超快響應(yīng)X射線探測(cè)器的最大線性輸出電流參數(shù)。本發(fā)明所提供的技術(shù)問題是這樣解決的ー種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，采用紫外激光器產(chǎn)生的超短脈沖作入射光，利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下對(duì)應(yīng)的快響應(yīng)X射線探測(cè)器的線性輸出電流，對(duì)快響應(yīng)X射線 探測(cè)器最大線性輸出電流進(jìn)行定標(biāo)。具體地，采用超短脈沖紫外激光器作為輻射源，在快響應(yīng)X射線探測(cè)器與超短脈沖紫外激光器之間放置深紫外石英玻璃，使其反射部分激光至激光能量計(jì)上；入射的紫外激光輻照在快響應(yīng)X射線探測(cè)器的陰極上吋，由高速示波器測(cè)出該紫外激光輻照產(chǎn)生的輸出光電信號(hào)電壓峰值；當(dāng)固定深紫外石英玻璃的入射角不變吋，連續(xù)改變紫外激光脈沖能量的輸出，就可得到快響應(yīng)X射線探測(cè)器接收的能量E與快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流/_的對(duì)應(yīng)關(guān)系。所述超短脈沖紫外激光器采用產(chǎn)生的激光波長最短可達(dá)256nm，能量可達(dá)20毫焦耳，脈寬為8ps，可形成足夠輻射強(qiáng)度并模擬超短X射線脈沖輻照的獨(dú)立點(diǎn)光源的紫外激光器。所述深紫外石英玻璃采用工作波長可工作在220nm 25 μ m之間，垂直入射時(shí)透過率可達(dá)90%的深紫外石英玻璃。快響應(yīng)X射線探測(cè)器的高壓電源的直流偏壓至少要達(dá)到3000V以上，使入射的紫外激光輻照在快響應(yīng)X射線探測(cè)器陰極上產(chǎn)生的光電子在足夠強(qiáng)的直流電場(chǎng)作用下脫離陰極飛向陽極?？祉憫?yīng)X射線探測(cè)器陰極上光電子產(chǎn)生的電流由高速示波器測(cè)出其峰值電壓后由歐姆定律計(jì)算出探測(cè)器的最大線性輸出電流?？祉憫?yīng)X射線探測(cè)器的輸出信號(hào)端和高速示波器輸入端均采用50 Ω標(biāo)準(zhǔn)SMA射頻連接器進(jìn)行連接，以保證測(cè)試精度。快響應(yīng)X射線探測(cè)器的同軸輸出窗ロ采用50Ω阻抗匹配，各個(gè)器件之間的連接均采用低耗同軸線，減少了電磁脈沖電信號(hào)的損耗，提高了測(cè)試準(zhǔn)確性。采用脈沖寬度為8ps、激光光束直徑大于探測(cè)器陰極直徑的超短脈沖紫外激光器代替超短脈沖軟X射線源，克服了超短脈沖軟X射線源體積龐大、價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜、使用不便等缺點(diǎn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下對(duì)應(yīng)的快響應(yīng)X射線探測(cè)器的線性輸出電流，解決了現(xiàn)有設(shè)備無法直接對(duì)快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流進(jìn)行定標(biāo)的難題。


圖I為測(cè)試系統(tǒng)的總體框 圖2是該探測(cè)器在固定直流偏壓的情況下，連續(xù)改變?nèi)肷渥贤饧す饷}沖的光強(qiáng)，計(jì)算得到的探測(cè)器輸出信號(hào)電流幅值與入射紫外激光脈沖光強(qiáng)的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式 ー種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，采用紫外激光器產(chǎn)生的超短脈沖作入射光，利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下對(duì)應(yīng)的快響應(yīng)X射線探測(cè)器的線性輸出電流，對(duì)快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流進(jìn)行定標(biāo)。具體地，采用超短脈沖紫外激光器作為輻射源，在快響應(yīng)X射線探測(cè)器與超短脈沖紫外激光器之間放置深紫外石英玻璃，使其反射部分激光至激光能量計(jì)上；入射的紫外激光輻照在快響應(yīng)X射線探測(cè)器的陰極上時(shí)，由高速示波器測(cè)出該紫外激光輻照產(chǎn)生的輸出光電信號(hào)電壓峰值；當(dāng)固定深紫外石英玻璃的入射角不變時(shí)，連續(xù)改變紫外激光脈沖能 量的輸出，就可得到快響應(yīng)X射線探測(cè)器接收的能量E與快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流/_的對(duì)應(yīng)關(guān)系
如圖I所示，定標(biāo)系統(tǒng)包括超短脈沖紫外激光器、高靈敏度激光能量計(jì)、深紫外石英玻璃、快響應(yīng)X射線探測(cè)器(后文簡稱探測(cè)器)和高速示波器，快響應(yīng)X射線探測(cè)器的同軸輸出窗ロ采用50Ω阻抗匹配，各個(gè)器件之間的連接均采用低耗同軸線，減少了電磁脈沖電信號(hào)的損耗，提高了測(cè)試準(zhǔn)確性。其測(cè)試原理簡述如下
在激光光束直徑大于探測(cè)器陰極直徑、深紫外石英玻璃上激光入射角確定的情況下，快響應(yīng)X射線探測(cè)器接收的能量E (単位μ J)與反射到激光能量計(jì)的能量E’(単位yj)有固足的比例關(guān)系
E = KE式(I)
式中K是與激光在深紫外石英玻璃上的入射角相關(guān)的常數(shù)。采用高速示波器對(duì)探測(cè)器的輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得電壓峰值為U (単位V)，則根據(jù)歐姆定律可得探測(cè)器輸出信號(hào)電流峰值為
7=—式(2)
根據(jù)計(jì)算出的探測(cè)器輸出信號(hào)電流峰值I和探測(cè)器接收的激光能量E，利用最小ニ乘法原理擬合出探測(cè)器的I — E平滑曲線。當(dāng)E值增加10%時(shí)，若I值的增加值小于1%，則此時(shí)探測(cè)器的輸出信號(hào)電流峰值Imax (単位A)定義為探測(cè)器的最大線性輸出電流。實(shí)驗(yàn)例
首先按照?qǐng)DI所示連接好測(cè)試系統(tǒng)后，按照下列步驟進(jìn)行測(cè)試
O固定深紫外石英玻璃與超短脈沖紫外激光器的相對(duì)位置，即固定入射激光在深紫外石英玻璃平面的入射角度，從而可以根據(jù)激光能量計(jì)上所接收的反射激光能量E’來確定快響應(yīng)X射線探測(cè)器接收的能量E。2)直流高壓值設(shè)置為(3000±5) V，連續(xù)改變超短紫外激光的輸出能量，測(cè)試并記錄不同激光輸出能量時(shí)探測(cè)器輸出信號(hào)峰值電壓U和激光能量計(jì)的讀數(shù)值E’。
表I探測(cè)器輸出信號(hào)峰值電壓U和X射線反射能量E’
權(quán)利要求
1.一種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，其特征在于采用紫外激光器產(chǎn)生的超短脈沖作入射光，利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下對(duì)應(yīng)的快響應(yīng)X射線探測(cè)器的線性輸出電流，對(duì)快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流進(jìn)行定標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，其特征在于具體地，采用超短脈沖紫外激光器作為輻射源，在快響應(yīng)X射線探測(cè)器與超短脈沖紫外激光器之間放置深紫外石英玻璃，使其反射部分激光至激光能量計(jì)上；入射的紫外激光輻照在快響應(yīng)X射線探測(cè)器的陰極上時(shí)，由高速示波器測(cè)出該紫外激光輻照產(chǎn)生的輸出光電信號(hào)電壓峰值；當(dāng)固定深紫外石英玻璃的入射角不變時(shí)，連續(xù)改變紫外激光脈沖能量的輸出，就可得到快響應(yīng)X射線探測(cè)器接收的能量E與快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，其特征在于所述超短脈沖紫外激光器采用產(chǎn)生的激光波長最短可達(dá)256nm，能量可達(dá)20毫焦耳，脈寬為8ps，可形成足夠輻射強(qiáng)度并模擬超短X射線脈沖輻照的獨(dú)立點(diǎn)光源的紫外激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一項(xiàng)所述的一種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，其特征在于所述深紫外石英玻璃采用工作波長可工作在220nm 25μπι之間，垂直入射時(shí)透過率可達(dá)90%的深紫外石英玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，其特征在于快響應(yīng)X射線探測(cè)器的高壓電源的直流偏壓至少要達(dá)到3000V以上，使入射的紫外激光輻照在快響應(yīng)X射線探測(cè)器陰極上產(chǎn)生的光電子在足夠強(qiáng)的直流電場(chǎng)作用下脫離陰極飛向陽極。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，其特征在于快響應(yīng)X射線探測(cè)器陰極上光電子產(chǎn)生的電流由高速示波器測(cè)出其峰值電壓后由歐姆定律計(jì)算出探測(cè)器的最大線性輸出電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，其 特征在于快響應(yīng)X射線探測(cè)器的輸出信號(hào)端和高速示波器輸入端均采用50 Ω標(biāo)準(zhǔn)SMA射頻連接器進(jìn)行連接，以保證測(cè)試精度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流的定標(biāo)方法，屬于電磁探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該定標(biāo)方法采用紫外激光器產(chǎn)生的超短脈沖作入射光，利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下對(duì)應(yīng)的快響應(yīng)X射線探測(cè)器的線性輸出電流，對(duì)快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流進(jìn)行定標(biāo)。解決了現(xiàn)有設(shè)備無法直接對(duì)快響應(yīng)X射線探測(cè)器最大線性輸出電流進(jìn)行定標(biāo)的難題。
文檔編號(hào)G01T1/00GK102841365SQ20121033722
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者王占平, 蔣亮, 詹月, 焦芳, 龐智強(qiáng), 徐麗曉, 周鷹 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)