大动态X射线条纹相机的研制-无线电物理专业论文.docx

摘 要 摘 要 X 射线条纹相机是一种高时空分辨、高灵敏度的诊断设备。在很多超快诊断 领域有着广泛运用，比如动态光谱学、生物学、化学等，尤其在惯性约束聚变（ICF） 实验中，X 射线条纹相机是不可或缺的快速诊断设备。 随着 ICF 实验的深入，对条纹相机的动态范围以及时空分辨能力提出了更高 的需求，为更好的为 ICF 实验服务，本文在总结国内外条纹相机技术发展历程的 基础上设计了两款具有大动态能力的条纹管，一种为双聚焦六电极管型，一种为 板状电极对加电四极透镜管型。对双聚焦管型进行了加工制作，同时选取合适的 相机其它组件，搭建了一台完整的具有大动态能力的 X 射线条纹相机，而且同时 还兼顾了相机的其它技术指标比如高的时空分辨和尽可能长的有效阴极长度等。 变像管的设计采用 CST 粒子办公室。经过对变像管各电极尺寸和所加电压进 行优化，得出了两种管型的像面位置（六电极管为距阴极 380mm，板状电极管为 距阴极 495mm），像放大率（六电极管为 1.3，板状电极管为时间方向 1.22，空间 方向 2），偏转灵敏度（六电极管为 35mm/kV，板状电极管为 26mm/kV）以及空间 分辨（六电极管阴极中心位置 30lp/mm，边缘 10lp/mm，板状电极管阴极各位置均 达到了 35lp/mm）等技术参数。设计结果表明六电极管型电子从阴极到底荧光屏的 渡越时间很短，只有 6.62ns，这是其具有大动态能力的原因；而板状电极对加电四 极透镜管型电子从阴极到荧光屏的渡越时间比双聚焦稍长，为 8.8ns，但由于其时 空方向焦点位置的不一样导致空间电荷效应小，故也具有大动态能力。为验证设 计的准确性，还利用 Lorenz-2EM 设计软件对双聚焦管型进行了验证，结果表明了 设计的正确性。 为验证最终搭建起来的条纹相机性能，利用多种紫外光源，对相机的静态性 能和动态性能进行了实验测试，获得了相机的时间分辨优于 10ps，空间分辨为 10-15lp/mm，放大率为 1.35，偏转灵敏度为 35mm/kV（阴极电压 16.5kV 时）以及 动态范围优于 500。实验结果表明，相机的性能测试值与设计值十分吻合，性能优 秀，达到了要求。 关键词：X 射线条纹相机，变像管，动态范围，时空分辨 I ABSTRACT ABSTRACT As a device with high spatial-temporal resolution and high sensitivity, streak camera is widely used in many fields, such as dynamic spectrograph, biology, chemistry. Especially, X-Ray streak camera is a necessary high-speed diagnostic tool in Inertial Confined Fusion experiments. With the development of the ICF experiment, streak camera with wider dynamic range and higher spatial-temporal resolution is essential. To satisfy this requirement, two streak tubes with wide dynamic range have been designed, one is six electrodes type tube, the other is bilamellar electrodes and quadrupolar type tube. Then we made the six electrodes type tube, and chosen other necessary devices to integrate a whole high dynamic X-Ray streak camera. Meanwhile, the other parameters of the camera were taken into consideration, such as higher spatial-temporal resolution, longer effective length of photocathode. The design was mainly done by CST particle studio, after the electrode sizes and voltages were optimized, we got the technic-para