[发明专利]基于微通道板的可调制X射线产生装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于微通道板的可调制X射线产生装置及方法，包括光阴极、微通道板、栅网电极、阳极靶、真空系统及高压电源；微通道板的前板和背板提供偏转电压；栅网电极为两个，微通道板的背板与其中一个栅网电极形成无场区，栅网电极与另一个栅网电极构成均匀电场；阳极靶用于使经过均匀电场加速的电子轰击后产生X射线；光阴极、微通道板、栅网电极及阳极靶设置在真空系统中，高压电源为微通道板、栅网电极及阳极靶供电，通过调节偏转电压、均匀电场及阳极靶的电压实现X射线的调制。本发明能够产生大动态范围、光子流密度均匀的大面阵可调制X射线。

技术领域

本发明涉及精密光机电、航空航天技术领域，具体涉及一种基于微通道板的可调制X射线产生装置。

背景技术

在X射线单光子符合测量技术研究中，通过多路位置敏感X射线单光子探测器对X射线进行高精度时间和位置同时测量。为了测试标定这类X射线单光子探测器的性能指标，要求测试标定设备具备大动态范围、高时间分辨、光子流密度均匀的大面阵X射线辐射的能力。

为在地面实验室中测试和标定多路位置敏感X射线单光子探测器的技术指标，验证多路位置敏感X射线单光子探测器的关键技术，试验验证X射线单光子符合测量技术的可行性，评价X射线光子强度关联方法的合理性，需要在实验室对X射线信号进行模拟，产生大面积的强度调制的X射线信号。

在所有的X射线产生方法中，采用电子打靶方式的X射线产生装置具有结构简单、体积小的特点，并且造价也最低，是常用的X射线产生方法。

传统的X射线产生方法采用热阴极作为电子发射源，将灯丝阴极加热至高温时，电子获得大于表面势垒的动能而逸出，在高压电场的作用下轰击阳极靶产生X射线。为了产生调制的X射线信号，通常可采用机械调制或栅极调制两种X射线强度调制方式。机械调制方式利用调制盘来实现X射线强度的调制，可实现的输出脉冲频率范围及其稳定度有限，并且时间分辨率也很差；栅极调制方式是在传统的阴极、阳极X射线管的基础上，增加调制栅极对轰击金属靶的电子数目进行控制，可实现稳定性较高的脉冲调制X射线，然而其输出功率与调制电压并非线性关系，并且时间分辨率也不够好，X射线辐照面积以及均匀性较差。这两种调制方式都不适用于产生大动态范围、高时间分辨、光子流密度均匀的大面阵X射线辐射。

另外还有一种常用的采用光电阴极作为电子发射源的X射线产生方法，由于光阴极的量子效率较低，产生的X射线强度有限。目前可通过采用多碱光阴极提高量子效率，但是该类光阴极的寿命较短，且需要超高真空封装，不能暴露空气，一般不可更换，也不适用于产生大面阵的X射线辐射。

在多路位置敏感X射线单光子探测器地面测试标定试验中，多路位置敏感X射线单光子探测器的直径为50cm，时间分辨率为40ns，能量探测范围为0.3-1.5keV，并且能够对X射线的位置和时间进行同时测量，基于传统灯丝阴极或光电阴极的X射线产生方法很难产生如此大动态范围、高时间分辨、光子流密度均匀的大面积X射线辐射。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于微通道板的可调制X射线产生装置及方法，能够产生大动态范围、光子流密度均匀的大面阵可调制X射线。

本发明的具体实施方案如下：

基于微通道板的可调制X射线产生装置，所述装置包括光阴极、微通道板、栅网电极、阳极靶、真空系统及高压电源；

所述微通道板的前板和背板提供偏转电压，用于使光电阴极产生的电子进行多次倍增；

所述栅网电极为两个，微通道板的背板与其中一个栅网电极形成无场区，所述栅网电极与另一个栅网电极构成均匀电场；

所述阳极靶用于使经过均匀电场加速的电子轰击后产生X射线；

所述光阴极、微通道板、栅网电极及阳极靶设置在真空系统中，所述高压电源为微通道板、栅网电极及阳极靶供电，通过调节所述偏转电压、均匀电场及阳极靶的电压实现X射线的调制。