[发明专利]一种强度自标定的多通道X射线成像系统和应用方法

说明书

本发明涉及一种强度自标定的多通道X射线成像系统，包括水平的工字型光学锥芯、竖直的工字型光学锥芯、针孔板和用于成像的大画幅X射线胶片相机，所述水平的工字型光学锥芯的顶端和底端设有横向柱面反射镜，所述竖直的工字型光学锥芯的两侧设有纵向柱面反射镜，所述水平的工字型光学锥芯和竖直的工字型光学锥芯依次正交紧贴放置，部件中央均设有小孔，所述小孔同轴对齐，所述针孔板位于水平的工字型光学锥芯和竖直的工字型光学锥芯之间，且其中轴线与所述小孔所在轴线同轴。与现有技术相比，本发明具有适用性强、视场差异小、缩短研发周期等优点。

技术领域

本发明涉及X射线成像领域，尤其是涉及一种强度自标定的多通道X射线成像系统和应用方法。

背景技术

针孔相机、X射线显微镜、弯晶和编码成像组件等在我国激光惯性约束聚变(ICF)诊断中发挥着重要作用。其中，针孔相机作为线性空间不变系统，其结构相对简单，可以方便地构成针孔阵列，但空间分辨率受几何尺寸和衍射效应共同影响，目前在我国神光-III装置得到应用的针孔相机的空间分辨率在20μm～40μm。针孔相机的缺点主要在于空间分辨率和集光效率不足。常见X射线显微镜的光学构型主要包括KB型、KBA型、AKB型以及Wolter型等。其中，Kirkpatrick-Baez(KB)型X射线显微镜是一种基于掠入射反射原理的光学系统，由两个前后正交放置的凹球面镜(或柱面镜)组成，分别在子午和弧矢方向实现聚焦，从而校正了单块球面镜在掠入射条件下产生的严重像散。KB显微镜的有效视场范围在几百微米，空间分辨率可达3μm～5μm，集光立体角在10^-7SR量级，配合滤片或采用多层膜的设计可以实现一定范围的能谱筛选。由于KB显微镜的结构相对简单，同时易于组成多通道系统，大多激光惯性约束聚变装置都将KB显微镜作为主力X射线成像诊断设备，应用于研究内爆靶丸压缩区、驱动源的辐射对称性和均匀性、流体力学不稳定性以及快点火等物理实验。自上世纪90年代起，逐步形成了“多通道X射线显微镜+分幅相机”的时、空诊断组合，在时间演化诊断中发挥着重要作用。

在以往X射线成像诊断设备的设计中，侧重于空间特性相关的技术指标，如视场范围、空间分辨率、放大倍数和畸变等。而随着我国内爆物理研究的深入，科研人员越来越关注于采集到的X射线图像能否真实地反映内爆靶丸的发光信息，开始更多的关注系统的传递函数、系统响应效率、像面强度分布等。由于X射线薄膜元件的应用，能够提高系统工作能点，增大掠入射角和提供一定能量分辨，但其反射率随掠入射角的变化，引起了视场范围内系统响应效率分布不均、像面强度分布不均等问题，因此通过该系统采集到的ICF热斑图像被叠加上了系统的响应效率分布。

在定量化诊断的大背景下，为了从带有二维空间分辨的像方光强分布反推出内爆靶丸的真实发光信息，中国专利CN108169790A公开了一种用于掠入射X射线显微镜的强度标定方法，基于能谱探测器，通过对物方视场的二位扫描，得到入射系统前、后的光谱，从而得到系统的响应函数。该方法首先需要确定系统的孔径光阑位置，装调难度大；其次，需要对物方视场进行二维扫描，对于多通道系统需要对各个通道分别进行扫描，工作量大、耗时长。因此，针对开展更加精细化、定量化的ICF诊断需求，急需一种便捷、快速、准确的强度定量化标定系统及方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的装调难度大、通道扫描任务多且耗时长的缺陷而提供一种强度自标定的多通道X射线成像系统和应用方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种强度自标定的多通道X射线成像系统，包括水平的工字型光学锥芯、竖直的工字型光学锥芯、针孔板和用于成像的大画幅X射线胶片(CCD)相机，所述水平的工字型光学锥芯的顶端和底端设有横向柱面反射镜，所述竖直的工字型光学锥芯的两侧设有纵向柱面反射镜，所述水平的工字型光学锥芯和竖直的工字型光学锥芯依次正交紧贴放置，部件中央均设有小孔，所述小孔同轴对齐，所述针孔板位于水平的工字型光学锥芯和竖直的工字型光学锥芯之间，且其中轴线与所述小孔所在轴线同轴。