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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 9.9 (22)申请日 2020.04.09 (71)申请人 中国工程物理研究院激光聚变研究 中心 地址 621999 四川省绵阳市绵山路64号 (72)发明人 尚万里孙奥韦敏习杨国洪 王峰施军肖沙里罗靖 杨家敏江少恩 (74)专利代理机构 中国工程物理研究院专利中 心 51210 代理人 张保朝 (51)Int.Cl. G01N 23/20016(2018.01) (54)发明名称 一种X射线)摘要 本发明提供了一种X射线、 所 述的系统包括光源、 瞄准节、 腔体、 光阑、 变锥面 晶体、 记录设备和光窗； 光源中心与光阑中心、 变 锥面晶体中心在一条直线上， 变锥面晶体面与记 录设备的记录面垂直， 瞄准节轴心与光源中心在 一条直线上。 本发明可实现高效率、 高精度的X射 线衍射诊断， 且该系统方便靶室诊断设计和排 布。 因此， 本发明可以实现高效率的X射线衍射诊 断， 不受复杂应用场景限制， 具有广阔且重要的 应用前景。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 111323440 A 2020.06.23 CN 111323440 A 1.一种X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述系统包括光源(1)、 瞄
3、准节(2)、 腔体(3)、 光阑(4)、 变锥面晶体(5)、 记录设备(6)和光窗(7)； 所述光窗(7)开在腔体靠近光阑(4)一端 的侧面上； 所述光源(1)放置在靠近光窗(7)一侧的腔体(3)外部； 所述的瞄准节(2)在腔体 (3)外部与腔体(3)固连； 所述光阑(4)、 变锥面晶体(5)和记录设备(6)在腔体内部依次放 置。 2.根据权利要求1所述的X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述的记录设备(6)记录面 与变锥面晶体(5)面垂直。 3.根据权利要求1所述的X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述的光源(1)中心与光阑 (4)中心和变锥面晶体(5)中心在一条直线)中心在一条直线所述的X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述的光源(1)为线谱发射 的平面靶光源。 5.根据权利要求1所述的X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述的光源(1)产生的X光 的波长与变锥面晶体(5)品格常数之间满足布拉格衍射关系。 6.根据权利要求1所述的X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述的变锥面晶体(5)采用 SiO2材料。 7.根据权利要求1所述的X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述的瞄准节(2)的显示方 式为光源图像数字化在线显示， 且带有自动挡光片。 8.根据权利要求1所述的X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述的光阑(
5、4)的限孔宽度 小于20微米。 9.根据权利要求1所述的X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述的腔体(3)采用铝材 料， 且进行了氧化处理。 10.根据权利要求1所述的X射线衍射诊断系统， 其特征在于， 所述的记录设备(6)采用 基于大面阵CMOS的在线记录设备。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111323440 A 2 一种X射线衍射诊断系统 技术领域 0001 本发明属于X射线诊断领域， 具体涉及一种X射线衍射诊断系统。 背景技术 0002 在惯性约束聚变、 高能量密度物理、 天体物理等相关领域， 激光与物质相互作用产 生X光线谱发射。 X光线谱发射包括电子与离子、 电子与电子、 离
6、子与离子之间各自相互作用 引发的激发、 退激发、 复合等各种物理过程。 通过对等离子体发射、 X光泵浦荧光、 X光汤姆逊 散射等物理过程的高能谱分辨测量， 可获得相关线谱波长(能量)与其强度、 特征线特性、 线 谱强度比、 线谱展宽、 线谱移动等之间的关系， 进一步得到等离子体的电子温度、 电子密度、 离化度、 离化分布等物质状态参数。 X光线谱衍射诊断是以上相关实验研究中至关重要的环 节。 0003 现有的X光线谱衍射诊断系统， 如平面晶体谱仪、 平焦场光栅谱仪等都存在着以下 不足： 1、 诊断效率低， 现有诊断设备中基本采用平面、 柱面晶体等分光原件， 这些晶体的衍 射效率很低， 导致系统
7、诊断效率较低。 2、 诊断精度低， 在惯性约束聚变中的内爆混合、 X光汤 姆逊散射、 基础物理研究中的EXAFS、 冲击波波后物质状态分析这些试验中， 发射的X光线谱 强度一般较低， 而前面提及的诊断系统由于自身的局限性会使得测得的衍射信号弱， 信噪 比差， 导致诊断结果精度低， 无法满足上述试验研究的需求； 3、 现有的诊断系统需要较大的 记录面， 这都给诊断实验的设计和排布带来了许多的不便， 也会造成资源的浪费。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明提供一种高效率的、 高精度的X射线 为达此目的， 本发明采用以下技术方案： 一种X射线衍射诊断系统， 其特征在于，
8、所 述系统包括光源、 瞄准节、 腔体、 光阑、 变锥面晶体、 记录设备和光窗； 所述光窗开在腔体靠 近光阑一端的侧面上； 所述光源放置在靠近光窗一侧的腔体外部； 所述的瞄准节在腔体外 部与腔体固连； 所述光阑、 变锥面晶体和记录设备在腔体内部依次放置。 0006 优选的， 所述的记录设备的记录面与变锥面晶体面垂直。 0007 优选的， 所述的光源中心与光阑中心和变锥面晶体中心在一条直线上， ， 瞄准节轴 心与光源中心在一条直线 优选的， 所述的光源为线谱发射的平面靶光源。 0009 优选的， 所述的光源产生的X光的波长与变锥面晶体晶格常数之间满足布拉格衍 射关系， 所述的变锥面晶体
9、采用SiO2材料。 0010 优选的， 所述的瞄准节的显示方式为光源图像数字化在线显示， 且带有自动挡光 片。 0011 优选的， 所述的光阑的限孔宽度小于20微米。 0012 优选的， 所述的记录设备采用基于大面阵CMOS的在线 优选的， 所述的腔体采用铝材料， 并进行了氧化处理。 说明书 1/3 页 3 CN 111323440 A 3 0014 本发明有益效果是： 1.在本发明中， 投射到晶体上的所有谱线都被聚焦， 谱线收集 效率提高， 从而实现了高效率、 高精度的X射线.本发明将多个能点的X射线光谱 聚焦于与晶体中心轴线垂直的直线位置， 可以使系统的整
10、体光路保持在中心轴线方向， 谱 仪结构呈直线布局， 减小了谱仪尺寸， 极大地方便了靶室诊断设计和排布， 保证了较小的记 录面就可实现高效探测。 附图说明 0015 图1为本发明的一种高效率的X射线.变锥面晶体 6.记录设备 7.光窗。 具体实施方式 0017 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0018 图1为本发明的一种X射线衍射诊断系统的示意图， 在图1中， 该X射线衍射诊断系 统， 包括光源1、 瞄准节2、 腔体3、 光阑4、 变锥面晶体5、 记录设备6和光窗7； 所述光窗7开在腔 体靠近光阑一端
11、的侧面上， 方便光线外 部； 所述的瞄准节2在腔体3外部与腔体3固连； 所述光阑4、 变锥面晶体5和记录设备6在腔体 内部依次放置。 0019 所述的光源1中心与光阑4中心和变锥面晶体5中心在一条直线中心在一条直线确定X射线衍射系统基准， 腔体用于屏蔽杂散光和打 靶产生的碎片； 光源1发射的X光线， 接着通过打开状态的可调光阑4， 入射到变锥 面晶体5表面， 之后X射线表面发生衍射， 以与入射角度同样的角度反射出X 射线： 反射出的X射线、表面， 引起相应电子元器件响应， 形成数字信号。 0021 所述的光源1为激光等离子体相互作用研究中的常见线谱发射的平面靶光源。 0022 所述的瞄准节2采用光源图像数字化在线显示的方式， 便于整个系统的实时瞄准、 调整和复位， 带有自动挡光片， 可以防护瞄准节镜头和CCD。 0023 所述的腔体3采用铝材料， 并进行防氧化处理。 0024 所述的光阑4采用20微米厚度的钽片制备， 且其限孔宽度小于20微米。 0025 所述的变锥面晶体5采用SiO2材料， 其晶格常数2d0.4246nm， 且光源1产生的X光 与其晶格常数之间满足布拉格衍射关系。 0026 所述的记录设备6采用基于大面阵CMO
13、S的在线记录设备， 该记录设备6的记录面与 变锥面晶体5的晶体面垂直， 以获得高效率衍射。 0027 在该项发明中， 变锥面晶体可以将多个能点的X射线光谱聚焦在其中心轴线上， 且 投射到变锥面晶体上的所有谱线都能够被聚焦， 谱线收集效率很高， 能够在提高衍射效率 的同时而不降低光谱分辨力。 基于变锥面的X射线衍射系统可以得到高于现有平面晶体系 统几个数量级强度的X射线线谱信号， 极大的提高了诊断精确度和应用范围。 在具有变锥面 晶体宽频谱范围、 强聚焦能量、 高光谱分辨力特点的基础上， 可将多个能点的X射线光谱聚 焦于与晶体中心轴线垂直的直线位置， 使记录设备的检测光路与锥面的检测光路一致，
14、可 以使探测谱仪的整体光路保持在中心轴线方向， 谱仪结构呈直线布局， 减小了谱仪尺寸， 极 说明书 2/3 页 4 CN 111323440 A 4 大地方便了靶室诊断设计和排布。 0028 实施例1 0029 本发明在神光III原型大型激光装置上取得了成功应用。 本实施例中， 光源为激光 打击钛平面靶产生的X光源， 激光强度500J， 焦斑大小200微米， 钛平面靶大小为1500*1500 微米， 厚度为50微米， 产生的钛类H和类He线keV； 瞄准节带有自动 挡光片， 能够实现镜头和CCD的防护功能； 腔体尺寸为40*20*10厘米， 侧面和顶面铝材料厚
15、度0.5厘米； 限孔光阑为20微米厚度的钽片， 限孔宽度小于20微米； 变锥面晶体采用SiO2材 料， 其晶格常数2d0.4246nm， 曲率半径为9.412.4厘米； 记录设备为大面阵CMOS， 尺寸为 5*10厘米， 具备在线 首先是离线)， 在离线等安装于相应位置， 离线进行光路模拟和准直， 采用模拟靶记录靶与诊断设备的相对 位置， 在瞄准节2系统中存储这些相对位置； 接着是在线瞄准， 将该X射线衍射检测系统置于 实验光路中， 利用离线瞄准讨程中记录的光源坐标位置， 与打靶系统讲行准直与校准，
16、 使光 源1位置位于初始模拟靶丸位置； 紧接着是记录信号， 采用大面阵在线记录 时间积分的X射线衍射信号； 最后是数据处理， 根据光谱波长和距离的关系， 结合菲涅尔公 式， 来进行波长位置定标， 得到钛的类H和类He线 本实施例实现了钛的类H和类He线谱衍射强度的提高。 对于类H线谱， 平面晶体X射 线， 本X射线衍射诊断系统记录信号达到50800， 相对于平面晶体X 射线衍射系统， 该X射线倍， 且同时能保持高的光谱分辨能力(谱分 辨达到600)。 0032 实施例2 0033 本实施例与实施例1的结构相
17、同， 不同之处是， 实验场所为X射线为钛X射线kV， 产生的钛线谱为K 和K 线keV。 通过与同种类SiO2材料的平面晶体衍射信号相比， 变锥面晶体衍射信号强度显 著提高， 考虑到弯晶的有效收光面积， 实际衍射效率提高约200倍。 0034 本领域的普通技术人员将会意识到， 这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理， 应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。 本领域的 普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各 种具体变形和组合， 这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。 说明书 3/3 页 5 CN 111323440 A 5 图1 说明书附图 1/1 页 6 CN 111323440 A 6
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