超短脉冲X射线激发荧光寿命谱仪的设计与研制

介绍了一种利用超短脉冲X射线作为激发光源,用时间关联单光子计数法进行测量的荧光衰减时间谱仪的设计与研制。该仪器具有时间分辨率高、测量动态范围大、使用方便等优点,可应用于晶体、粉末和液体等各种样品的测量,该仪器同时还具有很强的扩展性。     

光谱分辨的脉冲X射线时间谱仪的研制

通过1台高效率凹面光栅单色仪的研制，在原有脉冲X射线时间谱仪的基础上，开发完成了1套光谱分辨的荧光衰减时间谱仪，其波长和时间分辨率分别可达nm和亚ns量级。由BaF2闪烁晶体的测试结果表明：谱仪可有效进行光谱分辨的发光衰减时间谱测量，加载单色仪后，谱仪的测量效率仅下降2个数量级，达到了设计所预期的指标。利用这一装置，对CeF3晶体光谱分辨的发光衰减时间谱进行了分析。     

基于金刚石超短超强激光脉冲X射线剂量仪研制

基于金刚石探测器研制了脉冲X射线剂量测量仪,并对其性能进行进一步研究测试,使用蒙特卡罗软件FLUKA对测量仪进行了全装置建模,基于该模型完成了能量和角响应模拟。在中国计量科学院对仪器进行了实验校准,实验内容包括仪器对于¹³⁷Cs、⁶⁰Co的能量响应以及剂量率响应校准,以及仪器对于¹³⁷Cs的角响应校准,结果表明仪器输出电流与剂量率具有较好的线性,仪器未表现出明显的饱和现象,且仪器对¹³⁷Cs具有较好的角响应,最大差异不超过18%。基于3、6 MV电子脉冲加速器和“XG-III”等激光装置开展了相关验证实验,获得了与Unidos标准电离室、TLD较为一致的结果,最大误差分别为7%和36%。基于以上模拟和实验,进一步验证了本仪器应用于超短超强激光装置致脉冲辐射场剂量实时测量的可行性,为此类脉冲辐射场提供了剂量率测量手段。     

超短脉冲激光与固体靶相互作用的硬X射线能谱

本实验使用高纯锗探测器，运用单光子法，对超短脉冲激光与固体铜靶相互作用产生的硬X射线能谱进行测量。实验结果表明：在激光强度I≈8×10¹⁶W/cm²的P极化光以45°入射角照射5 mm铜靶、探测立体角为4.5×10^－6的实验条件下，产生的硬X射线的能量主要集中在低于100keV能量范围内，超热电子温度分别为(7.4±0.7)keV和(19.5±1.6)keV。     

便携式脉冲X射线成像系统研制

便携式脉冲X射线成像系统主要由脉冲X射线源、数字化记录系统和笔记本电脑组成，介绍了系统的硬件(脉冲源和图像采集控制卡)和应用软件的设计过程。仪器剂量小、质量小、成像质量高，目前已运用到公安系统的安全检查等部门。     

脉冲X射线参考辐射场设计与研究

脉冲辐射在新型探测器研制、工业探伤、X射线诊断、核事故应急和科研等领域中已经得到了广泛应用,其辐射剂量(率)测试难度极大。为解决主动式辐射剂量仪的脉冲响应测试技术难题,基于多种X射线机建立了脉冲X射线参考辐射场,结合次级标准电离室及脉冲时间测量系统开展了脉冲辐射剂量(率)定值。实验结果表明,所建立的脉冲X射线参考辐射场的脉冲宽度在25 ns～10 s之间可调,瞬时剂量率范围为：5 mSv/h～6.7×10⁵ Sv/h,可广泛开展主动式辐射剂量仪的脉冲响应特性研究,对于解决脉冲辐射剂量监测仪器的校准难题具有重要意义。     

软X射线光子关联谱装置设计

X射线光子关联谱技术(X-ray Photon Correlation Spectroscopy,XPCS)是一种利用相干X光散射的二次相干,研究凝聚态物质在小尺度范围弛豫动力学的新技术,对入射光的相干性有较高要求。上海同步辐射光源BL08U干涉光刻分支线站(X-ray Interference Lithograph,XIL)采用椭圆偏振波荡器作为光源,具有很好的相干性,光子通量高,适合铁电体、磁性材料中介观尺度电极性或磁性微区的动力学研究。由此设计一套基于软X射线的光子关联谱装置,采用软X射线为入射相干光,对二次相干光采集、转换、放大处理之后进行自相关运算。该装置测量的样品周期尺度范围为10～60 nm。该装置的研制设计为更好地分析材料动力学信息提供了一种技术途径,是硬X射线的有效补充。     

X射线荧光测井仪系统研制

分析了X射线荧光测井仪的测量原理、关键技术和工程设计难点,并在此基础上,设计实现了能用于野外钻探现场的X射线荧光测井仪,最后给出实测对比数据,证明了本测量系统能用于实际的地质勘察工作.     

重复照射增强X射线能量研究

超短脉冲激光辐照固体靶可产生能量从keV到100 MeV的硬X射线,X射线能量与入射激光强度I存在定标关系,当激光强度为10~(14)～10~(18)W/cm~2时,定标率为E∝(Iλ~2)~k,其中:λ为入射激光波长;不同实验条件下不同物理模型给出的k的取值范围为1/3～1。在I≈10~(16)W/cm~2条件下,以往实验测量到的X射线能量在几十keV到几百keV之间。本实验在I≈10~(16)W/cm~2条件下,重复照射同一靶点,可增强X射线能量。     

脉冲X射线参考辐射场研究与建立

脉冲辐射在新型探测器研制、工业探伤、X射线诊断、核事故应急和科学研究等领域中已得到了广泛应用,但其辐射剂量(率)测试难度极大。本文基于稳态X光机、脉冲X光机和便携式X光机研究建立了脉冲X射线参考辐射场,并基于脉冲X射线次级标准电离室和脉冲时间测量系统对辐射场的脉冲时间、脉冲剂量和瞬时剂量率等剂量学特性进行了研究。脉冲X射线参考辐射场的脉冲时间在50 ns～10 s之间可调,瞬时剂量率范围为2.5×10^-3～6.7×10⁵ Sv/h。本文所建立的脉冲X射线参考辐射场涵盖了环境水平、防护水平、诊断与治疗水平、核应急水平和核临界水平等剂量率水平范围,可用于主动式脉冲辐射剂量仪、个人剂量计和核临界事故探测与报警系统的脉冲响应特性研究,对于解决脉冲辐射剂量监测仪器的校准难题具有重要意义。     

软X射线激发稳态瞬态发光探测系统研制

在上海同步辐射光源软X射线显微谱学光束线站BL08U1A搭建了软X射线激发稳态瞬态发光探测系统,可探测紫外到近红外波段的光子(200～900 nm),实现了常规软X射线激发发光光谱(X-ray Excited Optical Luminescence,XEOL)和时间分辨XEOL(Time-resolved XEOL,TRXEOL)光谱探测。通过将光谱仪数据采集程序与该实验站原有的数据采集软件集成,实现了不同X射线能量激发下XEOL和全电子产额谱(Total Electron Yield,TEY)的同时检测。基于该探测平台,获得了CsPbI3亚微米线样品在Cs元素M4,5边的二维XANES-XEOL谱图,并研究了光子晶体对闪烁体光输出的影响。基于TRXEOL探测平台,成功获得了ZnO样品在不同时间窗下的XEOL谱和发光衰减曲线。实验结果表明:BL08U1A实验站具备XEOL和TRXEOL探测能力,为研究材料的发光机制和发光动力学过程提供了很好的技术手段。     

三能段X射线成像数据采集系统设计

伴随着探测器技术以及电子学技术的不断发展,多能段X射线图像采集技术在安检领域特别对提高物质分辨能力起到越来越重要的作用.针对这一需求,文章基于多能量X射线成像技术的成像原理以及技术现状,介绍了利用光子计数型探测器来实现多能段X射线成像的方法.并利用YSO晶体与硅光电倍增管给出一种基于该技术的三能段X射线数据采集系统的电...     

吸收法在强激光与固体靶所致脉冲X射线能谱测量中的研究进展北大核心CSCD

脉冲X射线能谱测量,对于强激光装置中的物理诊断以及辐射防护具有重要意义。脉冲X射线具有脉冲时间短、注量大、能谱范围宽等特点,常规脉冲测量技术往往受到探测器死时间、堆积效应的限制而无法适用。目前多个国家都建立了强激光装置的研究平台,并开展X射线能谱测量相关研究。本文首先介绍了基于吸收法原理且适用于中低能脉冲X射线的测量方法:Ross Pair法和衰减法。然后针对这两种方法从5个方面(探测器结构、滤片材料、探测介质选择、散射控制以及解谱方法)综述了脉冲X射线吸收谱仪的研究进展,并分析了各自的适用性。目前激光装置中脉冲X射线能谱的测量还面临着能量分辨率不理想、结果不确定度无法量化和被动式能谱测量操作不便等问题。随着激光装置的不断升级,脉冲X射线注量以及打靶频次将不断增加,对探测器的耐辐照性能以及响应速度提出了更高的要求。     

直流X射线模拟电缆X射线响应的可行性

本文对电缆X射线辐照响应的机理和模拟方法进行了研究,分析了电缆直流和脉冲X射线辐照响应的异同。建立了带状电缆X射线辐照响应一维计算模型,该模型包含电缆屏蔽层和介质层间隙、介质层瞬态辐射感应电导率等计算模型,模拟了带状电缆直流和脉冲X射线辐照电流响应。模拟结果表明,在X射线注量相同的条件下,电缆直流和方波脉冲X射线响应具有类似的波形特征及相同的间隙电压。因此,在该计算模型描述的电缆X射线辐照响应机制下,可利用直流X射线开展相应的脉冲X射线辐照响应机制模拟。     

低能γ光子及X射线在透射金属箱方向激发的次级X射线

采用Ｓｉ（Ｌｉ）Ｘ射线探测系统，以透射法测量了２４１Ａｍ和２３８Ｐｕ放射源的低能γ光子和Ｘ射线在透过不同厚度的Ｆｅ和Ｃｕ箔时激发的次级Ｘ射线相对强度的变化。实验结果表明：激发产生的Ｘ射线相对强度在实验样品厚度范围内随箔厚的增加而增加；在高原子序数材料中将产生更多的特征Ｘ射线；各次级Ｘ射线的强度与箔厚形成方式以及激发源的活度、能量有关。最后对实验结果的物理机制进行了初步探讨。     

脉冲X射线次级标准电离室研制及量传技术研究

为解决脉冲X射线参考辐射场剂量准确定值及校准的技术难题,本文结合理论计算、蒙特卡罗模拟和实验的方法研制了脉冲X射线次级标准电离室并建立了ms级脉冲X射线参考辐射场,开展了主动式电离辐射剂量仪的脉冲X射线响应测试工作。实验结果表明,目前在售主流主动式剂量计的脉冲剂量响应偏低甚至给出错误读数,不适用于短脉冲、高剂量率辐射场的剂量测量和预警,会对人员安全造成较大隐患,因此应研发适用于脉冲X射线的主动式电离辐射剂量仪并推广脉冲X射线计量校准工作。     

X射线轫致辐射谱的能谱转化技术

根据光子与原子相互作用的物理机制,提出了在X射线能量范围内(光子能量一般低于200keV)的能谱转化技术和能量滤波器的概念,以实现对连续的轫致辐射X射线谱的能谱转化功能,在此基础上,研究分析了影响转化谱性能和谱分布的因素以及能谱转化技术的适用条件．最后．在140kVX光机激发源上,用钨和铅能量滤波器,实验研究了连续X射线谱的能谱转化技术,实现了连续X射线谱的准单能化．     

PMOS场效应晶体管脉冲X射线辐照效应

根据P沟道金属氧化物场效应晶体管(PMOSFET)在低能脉冲X射线辐照下的实验结果、结合PMOSFET实验样品的结构分析了阈电压漂移产生的机理。     

便携式X射线荧光仪稳谱技术

介绍的应用于便携式Ｘ射线荧光仪的稳谱技术是利用Ｘ射线与物质作用产生的散射峰作为参考源实现稳谱，其方法简便，不附加参考辐射源，稳谱效果好，采用该技术的ＣＤ－４微机化Ｘ射线荧光仪稳定性好，整机性能明显改善。     

脉冲X射线辐射剂量的量热法测量

报道了一台硅吸收剂量量热计的结构和特性，给出了用该量热计测量脉冲Ｘ射线辐射剂量的实验结果。