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，該方案針對一定發(fā)射度的點發(fā)射X射線光源，通過元件參數的特殊設計，使多層膜上各個位置處都滿足對同一光子能量的反射/衍射，達到X射線單能成像的目的。本發(fā)明克服了采用具有對數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，同時，多層膜元件的帶寬較大，反射光子通量較高，其在線調節(jié)也相對容易。本發(fā)明應用于X射線單能成像領域，包括Z箍縮、ICF過程中的等離子體自發(fā)光成像，點投影背光成像，和基于實驗室X射線光源的吸收襯度成像和相位襯度成像等。
【專利說明】
-種基于橫向梯度多層膜反射元件的X射線單能成像方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及的是X射線單能成像領域，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】
[0002] 在Z髓縮實驗研究中，電磁髓縮內爆產生的高溫高密度等離子體特征狀態(tài)參數的 測量，對于深入理解和研究等離子體中的能量禪合和不穩(wěn)定性增長等物理過程是十分重要 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福射出大量的X光，運種X光包含了等離子體溫度、密度和電 離狀態(tài)等參量信息。對此，采用對特定能量的X射線進行單能成像，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)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的，就是針對現有技術所存在的不足，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方案，該方案采用多層膜反射X射線到探測器，能 夠提高了圖像信號強度和信噪比，同時消除了相差，并且在線準直調節(jié)也更加容易。
[0004] 本方案是通過如下技術措施來實現的：
[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射線經過 多層膜反射后射入探測器成像，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，需滿足修正布拉格公式：
[000引
Φ
[0009] 其中，λ是被反射的X射線的波長，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] 再根據幾何關系，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滿足公式①的布拉格關系，通 過公式①計算能夠得到θ2的值，在根據公式③計算得到θ?的值，在根據公式①進一步計算得 到多層膜遠離小孔一端的周期厚度山的值，其中d2<dl;同時，多層膜的厚度在其長度方向上 成線性變化，厚度梯度的值為(dl-d2)/l;
[001引b.確定多層膜的長度：
[0019]多層膜的長度與其距光源點的距離有關，在中屯、光束上下兩個Ξ角形中應用正弦 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 下方的多層膜長度，12為中屯、光束在多層膜上的射入點上方的多層膜長度，將公式⑤和公 式⑥變換后可W得到：
[0027] C.確定多層膜與探測器之間的距離：
[00%]中屯、光束在多層膜上的射入點到探測器的垂直距離L3可通過下式計算得出：
[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對上述方案的敘述得知，由于在該方案中針對一定發(fā)射 度的點發(fā)射X射線光源，通過元件參數的特殊設計，使多層膜上各個位置處都滿足對同一光 子能量的反射/衍射，達到X射線單能成像的目的。本發(fā)明克服了采用具有對數螺旋面型的 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，同時，多層膜元件 的帶寬較大，反射光子通量較高，其在線調節(jié)也相對容易。
[0034] 由此可見，本發(fā)明與現有技術相比，具有實質性特點和進步，其實施的有益效果也 是顯而易見的。
【附圖說明】
[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為探測器。
【具體實施方式】
[0037] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟W外，均可任何方式組合。
[0038] 本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖）中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加 W替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0039] 本發(fā)明應用于X射線單能成像領域，包括Z髓縮、ICF過程中的等離子體自發(fā)光成 像，點投影背光成像，和基于實驗室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射線經過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，需滿足修正布拉格公式：
[0044]
獲
[0045] 其中，λ是被反射的X射線的波長，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是被探測物體的高度尺寸，^為自發(fā)光物體到小孔的距離；
[0049] 再根據幾何關系，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滿足公式①的布拉格關系，通 過公式①計算能夠得到θ2的值，在根據公式③計算得到θ?的值，在根據公式①進一步計算得 到多層膜遠離小孔一端的周期厚度山的值，其中d2<dl;同時，多層膜的厚度在其長度方向上 成線性變化，厚度梯度的值為(dl-d2)/l;
[0054] b.確定多層膜的長度：
[0055] 多層膜的長度與其距光源點的距離有關，在中屯、光束上下兩個Ξ角形中應用正弦 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 下方的多層膜長度，12為中屯、光束在多層膜上的射入點上方的多層膜長度，將公式⑤和公 式⑥變換后可W得到：
[0063] C.確定多層膜與探測器之間的距離：
[0064] 中屯、光束在多層膜上的射入點到探測器的垂直距離L3可通過下式計算得出：
[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設計方法，并利用小孔成像 的原理給出了光學系統(tǒng)設計的方案。本發(fā)明應用于X射線單能成像領域，包括Z髓縮、ICF過 程中的等離子體自發(fā)光成像，點投影背光成像，和基于實驗室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【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，W及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
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射線經過多 層膜反射后射入探測器成像，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，需滿足修正布拉格公式：① 其中，λ是被反射的X射線的波長，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是被探測物體的高度尺寸，1^為自發(fā)光物體到小孔的距離； 再根據幾何關系，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滿足公式①的布拉格關系，通過公 式①計算能夠得到02的值，在根據公式③計算得到θ?的值，在根據公式①進一步計算得到多 層膜遠離小孔一端的周期厚度di的值，其中d 2〈d1;同時，多層膜的厚度在其長度方向上成線 性變化，厚度梯度的值為(cU-cb) /1; b. 確定多層膜的長度： 多層膜的長度與其距光源點的距離有關，在中心光束上下兩個三角形中應用正弦定理其中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下方 的多層膜長度，12為中心光束在多層膜上的射入點上方的多層膜長度，將公式⑤和公式⑥ 變換后可以得到：所需多層膜的有效長度為：⑨ C.確定多層膜與探測器之間的距離： 中心光束在多層膜上的射入點到探測器的垂直距離L3可通過下式計算得出：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. 根據權利要求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. 根據權利要求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】H05H1/00GK105873344SQ201610164479
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】程顯超, 陽慶國, 程晉明, 祁雙喜, 朱鵬飛, 葉雁, 彭其先
【申請人】中國工程物理研究院流體物理研究所