大面积MCP选通X射线分幅相机的研制

研制大面积微通道板(microchannel plate,MCP)选通X射线皮秒分幅相机.MCP外径为106 mm,微带阴极宽度为12 mm.测量微带阴极的时域反射曲线,得到微带阴极的特性阻抗约为11Ω,相机的时间记录长度约3 ns.对分幅相机进行联调实验,测得其时间分辨率为62 ps,空间分辨率为18.87 lp/mm.     

MCP分幅管空间分辨特性的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo方法对微通道板(microchannel plate,MCP)分幅管的空间分辨特性进行理论模拟.研究MCP斜切角、偏置电压与荧光屏参数对空间分辨特性的影响.结果表明,MCP分幅管的动态空间分辨力和静态空间分辨力近似相等.在其他参数不变的情况下,其空间分辨力近似与MCP到荧光屏的近贴距离成正比,与荧光屏上电压的平方根成反比.     

双磁透镜与单磁透镜分幅变像管空间分辨特性的比较

基于时间展宽技术,设计研制了大面积阴极分幅变像管。借助Matlab编程分别对单磁透镜和双磁透镜像管在离轴空间分辨率和像场畸变等方面特征作了数值模拟,并采用阴极微带光刻分辨率板进行测试验证。实验测试显示,在缩小一倍成像下,双透镜像管在离轴9 mm以内的空间分辨率优于5 lp/mm。相比单透镜像管,双透镜像管具有更高的空间分辨率,更大的有效成像范围以及更小的成像畸变。因而,采用双透镜成像能够有效地提高像管的空间分辨能力,可为分幅相机性能的进一步提升提供新的思路。     

无增益微通道板时空特性的模拟研究

为提高分幅相机的时间分辨率,采用无增益微通道板(microchannel plate,MCP)代替有增益MCP研制分幅相机.利用Monte Carlo方法对无增益MCP的时间分辨特性、渡越时间弥散及空间分辨特性进行了理论研究.结果表明,无增益MCP的时间分辨率随着选通脉冲宽度的减小而提高,无增益MCP中电子的渡越时间弥散小于有增益MCP的渡越时间弥散.无增益MCP变像管的空间分辨率优于有增益MCP变像管的空间分辨率.因而,无增益MCP可以减小电子的渡越时间弥散,获得更好的时间分辨率.     

超快脉冲电路的研制及应用

设计一种用雪崩晶体管产生皮秒高压脉冲的纯电子学电路,该电路由雪崩三极管线路和雪崩二极管脉冲成形电路组成.三极管线路产生幅度为5 kV、半峰全宽为6 ns的高压斜坡电脉冲,该脉冲经二极管脉冲成形电路后,产生幅度为2.5 kV、半峰全宽为230 ps的皮秒高压脉冲信号.将该信号用于行波分幅相机作为MCP的选通脉冲,测得相机的曝光时间为80 ps.     

宽微带X射线分幅相机的研制

研制了应用于平焦场光栅谱仪系统的宽微带X射线分幅相机,微通道板(MCP)微带阴极的宽度为20mm,由四路选通脉冲同时驱动。分幅相机采用模块化设计,由气室、MCP变像管、电控系统、光学CCD记录系统和内嵌式计算机组成,内嵌PC104模块实现相机的远程控制。对相机进行联调实验,测得该相机的时间分辨率为71ps,空间分辨率为20lp/mm,垂直于选通脉冲传播方向的微带均匀性为1.5…1,平行于选通脉冲传播方向的微带均匀性为5.1…1。     

短磁聚焦分幅变像管空间分辨率的模拟与测试

模拟和设计短磁聚焦分幅变像管,研究变像管空间分辨特性及其影响因素.采用洛伦兹软件Lorentz 3D-EM建立变像管模型,通过分析变像管磁场和模拟电子成像,估算变像管阴极中心空间分辨率为~16.61 lp/mm(阴极电压-3.0 k V).模拟阴极上不同离轴点、变像管不同成像倍率和不同阴极电压3种情况对变像管空间分辨率的影响.通过设计变像管,构建实验平台,测试变像管空间分辨率,在阴极电压为-3.0 k V时,测试结果为~13 lp/mm.     

X射线皮秒分幅相机的研制

研制4微带X射线皮秒分幅相机,其微带阴极宽度为6 mm,由幅值为-1.9 kV,宽度为300ps的选通脉冲进行驱动.对X射线皮秒分幅相机进行联调实验,测量相机的固有延迟为42.9 ns,时间分辨率为110 ps,空间分辨率为17.86 lp/mm.由静态空间分辨率图像获得了分幅相机的调制传递函数曲线.     

多量程X射线条纹相机研制

为满足惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)等离子体诊断的需求,研制多档位X射线条纹相机.该相机工作面积为25 mm×2 mm,8个工作量程,扫描速度可在16.11～0.11 mm/ns范围内变化,符合技术指标要求.搭建基于波长为266 nm紫外激光器的X射线条纹相机联调实验系统,测试得到相机时间分辨优于45 ps,动态范围达到127,7个扫描速度非线性优于3%.     

电子束时间展宽皮秒分幅相机

研制了基于电子束时间展宽技术和微通道板（microchannel plate,MCP）选通技术的时间展宽分幅相机。相机有三条厚度80 nm、宽度8 mm的微带阴极,阴极上加载斜率为2.1 V/ps的高压斜坡脉冲,使得先发射的电子较后面的电子速度快,经过50 cm的漂移区后,电子束产生时间展宽,从而提高相机时间分辨率。阴极和MCP均加载了脉冲电压,因此,需要精确同步光脉冲、阴极脉冲和MCP选通脉冲,分析了完整的同步过程。当阴极仅加直流电压,无电子束时间展宽时,获得相机的时间分辨率为78 ps。当阴极加载高压斜坡脉冲时,电子束时间展宽技术将系统的时间分辨率提高至12 ps。改变延时,将光脉冲分别同步在斜坡脉冲不同位置,获得了时间分辨率与同步位置的关系。