一種基于橫向梯度多層膜反射元件的x射線單能成像方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于橫向梯度多層膜反射元件的X射線單能成像方法，該方案針對(duì)一定發(fā)射度的點(diǎn)發(fā)射X射線光源，通過(guò)元件參數(shù)的特殊設(shè)計(jì)，使多層膜上各個(gè)位置處都滿(mǎn)足對(duì)同一光子能量的反射/衍射，達(dá)到X射線單能成像的目的。本發(fā)明克服了采用具有對(duì)數(shù)螺旋面型的晶體元件作為反射元件，受反射元件面型的影響而具有較大像差的劣勢(shì)，同時(shí)，多層膜元件的帶寬較大，反射光子通量較高，其在線調(diào)節(jié)也相對(duì)容易。本發(fā)明應(yīng)用于X射線單能成像領(lǐng)域，包括Z箍縮、ICF過(guò)程中的等離子體自發(fā)光成像，點(diǎn)投影背光成像，和基于實(shí)驗(yàn)室X射線光源的吸收襯度成像和相位襯度成像等。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種基于橫向梯度多層膜反射元件的X射線單能成像方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是X射線單能成像領(lǐng)域，尤其是一種基于橫向梯度多層膜反射元件 的X射線單能成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在Z髓縮實(shí)驗(yàn)研究中，電磁髓縮內(nèi)爆產(chǎn)生的高溫高密度等離子體特征狀態(tài)參數(shù)的 測(cè)量，對(duì)于深入理解和研究等離子體中的能量禪合和不穩(wěn)定性增長(zhǎng)等物理過(guò)程是十分重要 的。Z髓縮等離子體本身是一種非常有效的強(qiáng)X射線源，在髓縮的滯止階段，高溫稠密等離子 體自身能在很寬的光譜范圍內(nèi)福射出大量的X光，運(yùn)種X光包含了等離子體溫度、密度和電 離狀態(tài)等參量信息。對(duì)此，采用對(duì)特定能量的X射線進(jìn)行單能成像，是研究Z髓縮等離子體狀 態(tài)的最重要的診斷手段之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種基于橫向梯度多層 膜反射元件的X射線單能成像方法的技術(shù)方案，該方案采用多層膜反射X射線到探測(cè)器，能 夠提高了圖像信號(hào)強(qiáng)度和信噪比，同時(shí)消除了相差，并且在線準(zhǔn)直調(diào)節(jié)也更加容易。
[0004] 本方案是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種基于橫向梯度多層膜反射元件的X射線單能成像方法，包括有由自發(fā)光物體 和小孔組成的發(fā)光源，發(fā)光源出射X射線的發(fā)射角為α，Χ射線照射在長(zhǎng)度為1的多層膜反射 元件上，X射線光束在多層膜反射元件兩端的掠入射角分別為目1和目2,其中目ι<θ2;Χ射線經(jīng)過(guò) 多層膜反射后射入探測(cè)器成像，其特征是:包括有如下步驟：
[0006] a.確定多層膜的厚度：
[0007] 多層膜對(duì)X射線的反射具有衍射特性，即一定角度下只反射特定能量的X射線，與 多層膜的周期厚度有關(guān)，需滿(mǎn)足修正布拉格公式：
[000引
Φ
[0009] 其中，λ是被反射的X射線的波長(zhǎng)，d是多層膜的周期厚度，η是X射線在膜層材料中 的折射率，Θ為光束的掠入射角；
[0010] 根據(jù)自放光物體的尺寸能夠得出光源的發(fā)射角α為：
[0011] A ③
[0012] 其中，Η是被探測(cè)物體的高度尺寸，1^1為自發(fā)光物體到小孔的距離；
[0013] 再根據(jù)幾何關(guān)系，能夠得出：
[0016]其中，β是中屯、光束，即α的角平分線上的光束在多層膜反射元件上的掠入射角； [0017]確定多層膜靠近小孔一端的周期厚度cb，由于cb與02滿(mǎn)足公式①的布拉格關(guān)系，通 過(guò)公式①計(jì)算能夠得到θ2的值，在根據(jù)公式③計(jì)算得到θ?的值，在根據(jù)公式①進(jìn)一步計(jì)算得 到多層膜遠(yuǎn)離小孔一端的周期厚度山的值，其中d2<dl;同時(shí)，多層膜的厚度在其長(zhǎng)度方向上 成線性變化，厚度梯度的值為(dl-d2)/l;
[001引b.確定多層膜的長(zhǎng)度：
[0019]多層膜的長(zhǎng)度與其距光源點(diǎn)的距離有關(guān)，在中屯、光束上下兩個(gè)Ξ角形中應(yīng)用正弦 定理得：
[0022]其中L2是小孔到多層膜反射元件的中屯、距離，h為中屯、光束在多層膜上的射入點(diǎn) 下方的多層膜長(zhǎng)度，12為中屯、光束在多層膜上的射入點(diǎn)上方的多層膜長(zhǎng)度，將公式⑤和公 式⑥變換后可W得到：
[0027] C.確定多層膜與探測(cè)器之間的距離：
[00%]中屯、光束在多層膜上的射入點(diǎn)到探測(cè)器的垂直距離L3可通過(guò)下式計(jì)算得出：
[0029] ^ 遞
[0030] 其中Μ為成像放大比，Li為被自發(fā)光物體到小孔的距離，L2是小孔到多層膜反射元 件的中屯、距離。
[0031] 作為本方案的優(yōu)選:多層膜的反射能帶寬度為
[0032] 作為本方案的優(yōu)選:多層膜的反射面為平面。
[0033] 本方案的有益效果可根據(jù)對(duì)上述方案的敘述得知，由于在該方案中針對(duì)一定發(fā)射 度的點(diǎn)發(fā)射X射線光源，通過(guò)元件參數(shù)的特殊設(shè)計(jì)，使多層膜上各個(gè)位置處都滿(mǎn)足對(duì)同一光 子能量的反射/衍射，達(dá)到X射線單能成像的目的。本發(fā)明克服了采用具有對(duì)數(shù)螺旋面型的 晶體元件作為反射元件，受反射元件面型的影響而具有較大像差的劣勢(shì)，同時(shí)，多層膜元件 的帶寬較大，反射光子通量較高，其在線調(diào)節(jié)也相對(duì)容易。
[0034] 由此可見(jiàn)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也 是顯而易見(jiàn)的。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的成像方法示意圖。
[0036] 圖中，1為自發(fā)光物體，2為小孔，3為多層膜反射元件，4為探測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟W外，均可任何方式組合。
[0038] 本說(shuō)明書(shū)(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖）中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類(lèi)似目的的替代特征加 W替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只 是一系列等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)例子而已。
[0039] 本發(fā)明應(yīng)用于X射線單能成像領(lǐng)域，包括Z髓縮、ICF過(guò)程中的等離子體自發(fā)光成 像，點(diǎn)投影背光成像，和基于實(shí)驗(yàn)室X射線光源的吸收襯度成像和相位襯度成像等。
[0040] 本發(fā)明的成像設(shè)備包括有由自發(fā)光物體和小孔組成的發(fā)光源，發(fā)光源出射X射線 的發(fā)射角為α，Χ射線照射在長(zhǎng)度為1的多層膜反射元件上，X射線光束在多層膜反射元件兩 端的掠入射角分別為和92,其中θι<θ2;Χ射線經(jīng)過(guò)多層膜反射后射入探巧職成像。
[0041] 本發(fā)明的單能成像方法包括有如下步驟：
[0042] a.確定多層膜的厚度：
[0043] 多層膜對(duì)X射線的反射具有衍射特性，即一定角度下只反射特定能量的X射線，與 多層膜的周期厚度有關(guān)，需滿(mǎn)足修正布拉格公式：
[0044]
獲
[0045] 其中，λ是被反射的X射線的波長(zhǎng)，d是多層膜的周期厚度，η是X射線在膜層材料中 的折射率，Θ為光束的掠入射角；
[0046] 根據(jù)自放光物體的尺寸能夠得出光源的發(fā)射角α為：
[0047] 廣 ③
[0048] 其中，Η是被探測(cè)物體的高度尺寸，^為自發(fā)光物體到小孔的距離；
[0049] 再根據(jù)幾何關(guān)系，能夠得出：
[0052] 其中，β是中屯、光束，即α的角平分線上的光束在多層膜反射元件上的掠入射角；
[0053] 確定多層膜靠近小孔一端的周期厚度cb，由于cb與目2滿(mǎn)足公式①的布拉格關(guān)系，通 過(guò)公式①計(jì)算能夠得到θ2的值，在根據(jù)公式③計(jì)算得到θ?的值，在根據(jù)公式①進(jìn)一步計(jì)算得 到多層膜遠(yuǎn)離小孔一端的周期厚度山的值，其中d2<dl;同時(shí)，多層膜的厚度在其長(zhǎng)度方向上 成線性變化，厚度梯度的值為(dl-d2)/l;
[0054] b.確定多層膜的長(zhǎng)度：
[0055] 多層膜的長(zhǎng)度與其距光源點(diǎn)的距離有關(guān)，在中屯、光束上下兩個(gè)Ξ角形中應(yīng)用正弦 定理得：
[005引其中L2是小孔到多層膜反射元件的中屯、距離，h為中屯、光束在多層膜上的射入點(diǎn) 下方的多層膜長(zhǎng)度，12為中屯、光束在多層膜上的射入點(diǎn)上方的多層膜長(zhǎng)度，將公式⑤和公 式⑥變換后可W得到：
[0063] C.確定多層膜與探測(cè)器之間的距離：
[0064] 中屯、光束在多層膜上的射入點(diǎn)到探測(cè)器的垂直距離L3可通過(guò)下式計(jì)算得出：
[00化] 廣、 ⑩
[0066] 其中Μ為成像放大比，Li為被自發(fā)光物體到小孔的距離，L2是小孔到多層膜反射元 件的中屯、距離。
[0067] 多層膜的反射能帶寬度為多層膜的反射面為平面。
[0068] 本發(fā)明提供了一套完整的橫向梯度多層膜元件的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，并利用小孔成像 的原理給出了光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案。本發(fā)明應(yīng)用于X射線單能成像領(lǐng)域，包括Z髓縮、ICF過(guò) 程中的等離子體自發(fā)光成像，點(diǎn)投影背光成像，和基于實(shí)驗(yàn)室X射線光源的吸收襯度成像和 相位襯度成像等。
[0069] 本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)中披露的 新特征或任何新的組合，W及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于橫向梯度多層膜反射元件的X射線單能成像方法，包括有由自發(fā)光物體和 小孔組成的發(fā)光源，發(fā)光源出射X射線的發(fā)射角為α，χ射線照射在長(zhǎng)度為1的多層膜反射元 件上，X射線光束在多層膜反射元件兩端的掠入射角分別*Θ#ΡΘ 2，其中ΘΚΘ2;Χ射線經(jīng)過(guò)多 層膜反射后射入探測(cè)器成像，其特征是:包括有如下步驟： a. 確定多層膜的厚度： 多層膜對(duì)X射線的反射具有衍射特性，即一定角度下只反射特定能量的X射線，與多層 膜的周期厚度有關(guān)，需滿(mǎn)足修正布拉格公式：① 其中，λ是被反射的X射線的波長(zhǎng)，d是多層膜的周期厚度，η是X射線在膜層材料中的折 射率，Θ為光束的掠入射角； 根據(jù)自放光物體的尺寸能夠得出光源的發(fā)射角α為：Φ 其中，Η是被探測(cè)物體的高度尺寸，1^為自發(fā)光物體到小孔的距離； 再根據(jù)幾何關(guān)系，能夠得出： θι = 02-α ③其中，β是中心光束，即α的角平分線上的光束在多層膜反射元件上的掠入射角； 確定多層膜靠近小孔一端的周期厚度d2,由于(12與02滿(mǎn)足公式①的布拉格關(guān)系，通過(guò)公 式①計(jì)算能夠得到02的值，在根據(jù)公式③計(jì)算得到θ?的值，在根據(jù)公式①進(jìn)一步計(jì)算得到多 層膜遠(yuǎn)離小孔一端的周期厚度di的值，其中d 2〈d1;同時(shí)，多層膜的厚度在其長(zhǎng)度方向上成線 性變化，厚度梯度的值為(cU-cb) /1; b. 確定多層膜的長(zhǎng)度： 多層膜的長(zhǎng)度與其距光源點(diǎn)的距離有關(guān)，在中心光束上下兩個(gè)三角形中應(yīng)用正弦定理其中L2是小孔到多層膜反射元件的中心距離，1:為中心光束在多層膜上的射入點(diǎn)下方 的多層膜長(zhǎng)度，12為中心光束在多層膜上的射入點(diǎn)上方的多層膜長(zhǎng)度，將公式⑤和公式⑥ 變換后可以得到：所需多層膜的有效長(zhǎng)度為：⑨ C.確定多層膜與探測(cè)器之間的距離： 中心光束在多層膜上的射入點(diǎn)到探測(cè)器的垂直距離L3可通過(guò)下式計(jì)算得出：其中Μ為成像放大比為被自發(fā)光物體到小孔的距離，L2是小孔到多層膜反射元件的 中心距離。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于橫向梯度多層膜反射元件的X射線單能成像方法，其 特征是:所述多層膜的反射能帶寬度為3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于橫向梯度多層膜反射元件的X射線單能成像裝置，其 特征是:所述多層膜的反射面為平面。
【文檔編號(hào)】H05H1/00GK105873344SQ201610164479
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日
【發(fā)明人】程顯超, 陽(yáng)慶國(guó), 程晉明, 祁雙喜, 朱鵬飛, 葉雁, 彭其先
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所