神光Ⅲ主机大动态范围X射线扫描相机研制

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)深圳大学光电工程学院 作者:廖华

  根据神光Ⅲ主机的特点和要求,配套研制了一种大动态范围X射线扫描相机。该相机与以往有很大不同。对核心部件扫描变像管进行了新的优化设计,以获得更好的空间分辨率和动态范围。在结构方面采用了独特的密闭气室结构,变像管、CCD和所有的电控设备都寄宿在气室内,维持常温和一个大气压状态。在控制上,通过内嵌式计算机和以太网线实现了扫描相机所有功能的远程控制。在性能指标上也有较大的提高。动态测试表明,该相机系统对比度有显著提高,动态范围大于2000,时间分辨率优于10ps。相机已经完成了现场打靶,将应用于X射线的高时间分辨诊断和神光Ⅲ主机48束激光的同步性检验。

  随着惯性约束聚变(ICF)研究的不断深入,对激光能量的要求也越来越高。神光Ⅲ主机是神光Ⅲ原型装置基础上发展起来的巨型激光装置,拥有48束三倍频激光,总能量达到了百万焦耳级,是我国规模最大的ICF研究主力装置。神光Ⅲ主机在靶室结构尺寸和实验运行方式上同神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置差别巨大,对诊断设备的外形、性能指标和工作模式的要求也有很大的不同。在外形方面,主机配套建设了公共诊断搭载平台,X射线扫描相机的结构设计必须适应搭载平台的送入、退出靶室的精密运动和精密指向调节功能。随着激光能量的大幅提高,在性能指标上要求扫描相机拥有更大的动态范围和更强的抗辐射干扰能力。6m的靶室直径远大于扫描相机的诊断距离,在工作模式上要求实现相机系统所有控制功能的远程计算机控制。

  本文介绍了专门为神光Ⅲ主机研制的大动态范围X射线扫描相机。该相机采用了气室结构,实现了全部控制功能的远程控制,在动态范围和空间分辨上也有较大提升。它既可以用于检验神光Ⅲ主机各束激光到达靶点的同步性,也可以用于各项物理实验的X射线诊断测量。

  1、扫描变像管

  在前期研究的基础上,针对提高空间分辨率和动态范围的要求,通过合理调整参数,重新优化了变像管电子光学系统如图1和表1所示。

  (1)适当减小狭缝高度(L=25mm),增大了放大倍率(M=1.6);

  (2)适当提高了变像管工作电压;

  (3)改进了后加速技术,兼顾高的电光转换效率和高的偏转灵敏度。增大了后加速系统工作面积(Φ42mm)。解决了后加速系统影响空间分辨率及制作工艺的技术问题,验证了后加速系统可显著提高电光转换效率并兼顾提高偏转灵敏度的有效性。

X射线扫描变像管电子光学结构

图1 X射线扫描变像管电子光学结构

表1 变像管设计参数比较

神光Ⅲ主机大动态范围X射线扫描相机研制

  图2是研制的X射线扫描变像管实物,聚焦区已经用环氧树脂灌封,以防止高压打火。

X射线条纹变像管实物

图2 X射线条纹变像管实物

  4、结论

  根据神光Ⅲ主机的特点和要求,配套研制了一种大动态范围X射线扫描相机。在结构方面采用了独特的密闭气室结构,变像管、CCD和所有的电控设备都寄宿在气室内,维持常温和一个大气压状态。气室搭载在公共诊断搭载平台上,由搭载平台完成相机的进出靶室和指向瞄准动作。气室的屏蔽作用同相机内部的电磁屏蔽措施一道也大大加强了相机的抗电磁干扰能力。在控制上,通过内嵌式计算机和以太网线实现了扫描相机所有功能的远程控制。在性能指标上也有较大的提高。动态测试表明,该相机系统对比度有显著提高,动态范围大于2000,时间分辨率优于10ps。

  目前本相机已经在实验室内完成了所有重要指标的标定和测试工作,随后将在神光Ⅲ主机上进行现场试验,以检验相机的抗干扰能力、系统稳定性以及同公共诊断搭载平台的配合。

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