[發明專利]一種硬X射線分幅相機及其探測硬X射線方法

在審

• 申請號: 201711222042.X
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107765506A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 楊靖;單連強;吳玉遲;于明海;閆永宏;王少義;張天奎;袁宗強;畢碧;楊雷;董克攻;朱斌;譚放;楊月;張曉輝;周維民;曹磊峰;谷渝秋
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G03B42/02
• 分類號: G03B42/02;G01T1/16
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙)51239
• 代理人: 王世權

1.一種硬X射線分幅相機，其特征在于，包括多通道硬X射線探測陰極(1)、微通道板(2)、熒光屏(3)、CCD(4)、針孔陣列板(5)、以及電氣控制系統(6)，所述多通道硬X射線探測陰極(1)的輸入面蒸鍍有陰極Au微帶(7)，所述多通道硬X射線探測陰極(1)的輸出面與所述微通道板(2)的輸入面相貼合，并且在所述多通道硬X射線探測陰極(1)的輸出面與所述微通道板(2)的輸入面之間蒸鍍有一層導電薄層(8)，所述導電薄層(8)接地，所述微通道板(2)的輸出面蒸鍍有與所述陰極Au微帶(7)相對應的微通道板Au微帶(9)，所述熒光屏(3)位于所述微通道板(2)后方并距離所述微通道板(2)的輸出面0.3～1mm，所述CCD(4)緊貼于所述熒光屏(3)的后面，所述多通道硬X射線探測陰極(1)、微通道板(2)、熒光屏(3)和CCD(4)內置于具有錐形前端的光密封腔體內，所述針孔陣列板(5)位于所述光密封腔體的錐形前端處并且與所述陰極Au微帶(7)的成像位置相對應，所述電氣控制系統(6)分別與所述陰極Au微帶(7)、所述微通道板Au微帶(9)和所述熒光屏(3)電連接，為所述多通道硬X射線探測陰極(1)的輸入面和所述微通道板(2)的輸出面之間、以及所述微通道板(2)的輸出面和所述熒光屏(3)之間加載工作電壓。

2.根據權利要求1所述的一種硬X射線分幅相機，其特征在于，所述多通道硬X射線探測光陰極(1)包括在硬X射線光子照射下與該照射的硬X射線光子發生作用產生初級光電子的陰極基底(11)，以及等距陳列于所述陰極基底(11)上的兩個以上陰極通道(12)，每個所述陰極通道(12)內壁上均設有一層堿金屬鍍層(13)，所有所述陰極通道(12)均為貫穿所述陰極基底(11)正反兩面的貫穿性孔道，當產生于所述陰極基底(11)上的初級光電子到達所述陰極通道(12)時將電離該陰極通道(12)內壁上的堿金屬鍍層(13)從而產生低能二級電子，并且所述二級電子在該陰極通道(12)內經過雪崩放大后在所述多通道硬X射線探測光陰極(1)輸入面和所述微通道輸出面之間的電壓作用下來到所述微通道組；所有所述陰極通道(12)的直徑相同，為3μm-30μm，所有相鄰的所述陰極通道(12)之間的間距相同，為5μm-35μm，并且所有所述陰極通道(12)與所述陰極基底(11)的法線之間的夾角一致，為0.1°-15°。

3.根據權利要求2所述的一種硬X射線分幅相機，其特征在于，所述陰極基底(11)的成份為Pb、Si和O元素，其中鉛元素的質量百分比不低于40％。

4.根據權利要求3所述的一種硬X射線分幅相機，其特征在于，所述多通道硬X射線探測光陰極(1)的工作增益為5-100，所述陰極基底(11)的厚度為0.5mm-3mm，所述二級電子為能量小于50eV的電子，所述堿金屬鍍層(13)為金屬Na鍍層或金屬K鍍層。

5.根據權利要求4所述的一種硬X射線分幅相機，其特征在于，所述熒光屏(3)包括光纖面板，以及附著在所述光纖面板朝向所述微通道板(2)的側面上的熒光粉層，所述熒光粉層的厚度為3μm-8μm，并且該熒光粉層所采用的熒光粉為P11型熒光粉或P20型熒光粉。

6.根據權利要求5所述的一種硬X射線分幅相機，其特征在于，所述針孔陣列板(5)由W或者Ta制成，其厚度為10～50μm，其針孔直徑為5～10μm。

7.根據權利要求1-6任意一項所述的一種硬X射線分幅相機，其特征在于，所述陰極Au微帶(7)由一條Au微帶彎曲成到“S”形蒸鍍在所述多通道硬X射線探測陰極(1)的輸入面上，所述微通道板Au微帶(9)由一條Au微帶彎曲成到“S”形蒸鍍在所述微通道板(2)的輸出面上，并且所述Au微帶的寬度為6～8mm。

8.根據權利要求1-6任意一項所述的一種硬X射線分幅相機，其特征在于，所述陰極Au微帶(7)由兩條以上Au微帶等距分布于所述多通道硬X射線探測陰極(1)的輸入面上，所述微通道板Au微帶(9)由兩條以上Au微帶等距分布于所述微通道板(2)的輸出面上，并且所述Au微帶的寬度為6～8mm。

9.一種硬X射線分幅相機探測硬X射線方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)電氣控制系統在陰極Au微帶和微通道板Au微帶之間加載高壓脈沖工作電壓，同時在微通道板Au微帶和熒光屏之間加載高壓工作電壓；

(2)靶發射硬X射線脈沖經過針孔陣列板照射到陰極Au微帶相應位置成像，陰極基底在與陰極Au微帶成像位置相對應的位置產生光電效應，產生初級電子；

(3)初級電子進入陰極通道，并電離陰極通道內壁上的堿金屬鍍層，產生低于50eV的低能二級電子；

(4)在脈沖電壓作用下低能二級電子在陰極通道內產生雪崩放大，形成電子束；

(5)電子束在脈沖電壓作用下來到微通道板進行增益放大；

(6)增益放大后的電子束在微通道板Au微帶和熒光屏之間的高電場作用下加速撞在熒光屏上并被熒光屏轉化為可見光脈沖，位于熒光屏后的CCD對該可見光脈沖進行采集，由CCD計數/像素隨時間的變化，即可得到硬X射線強度隨時間變化的多幅二維圖像。