小型X箍縮的輻射特性及最佳化研究

《小型X箍縮的輻射特性及最佳化研究》是依託清華大學，由鄒曉兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：小型X箍縮的輻射特性及最佳化研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：鄒曉兵
• 項目類別：面上項目

項目摘要

X射線相襯成像可獲取弱吸收生物體內部的高清晰細微結構圖像，將其廣泛套用於生物醫學成像的主要障礙是缺乏經濟適用、移動靈活的小型X射線相干光源，而幾十kA級的小型X箍縮裝置很有可能成為這么一種X射線源。本項目開展小型X箍縮輻射特性及最佳化研究：對不同實驗條件（驅動電流及負載絲材料、直徑、交叉角）的X箍縮輻射X射線、點源源斑、動力學過程進行診斷研究，以實現電流參數與負載參數匹配，獲取高品質（納秒脈寬、高強度、微米級點源、單點源）的軟X射線輻射點源，並將其套用於弱吸收樣品的相襯成像實驗。對X箍縮輻射特性的診斷包括：① 輻射X射線的時間分辨診斷，獲取X射線隨時間分辨波形、功率、產額、能譜及變化規律；② 點源的空間分辨診斷，獲取點源數量、分布、尺寸、形狀及變化規律；③ 動力學研究，獲取X箍縮隨時間的演化過程及其對輻射的影響規律。項目的完成將可能為生物醫學成像提供重要的研究工具，因而具有重要意義。

結題摘要

X射線相襯成像是一種基於X射線波動性的成像技術，在弱吸收生物體成像領域具有明顯優勢。研究小型X箍縮裝置(X射線源)的輻射特性及其相襯成像技術有著重要意義。 本項目取得的主要成果為： 1. 研製了小型X箍縮裝置PPGX-2。輸出電流峰值110kA，脈寬60ns。 2. 對小型X箍縮負載與電流的匹配特性進行了實驗研究。發現當負載質量較小而驅動電流較大時會發生“二次箍縮”的現象。基於“雪耙模型”分析了負載線密度m0與絲徑R0對X箍縮出光時間的影響，發現出光時間正比於m0R02。 3. 對小型X箍縮X射線輻射特性進行了研究。實驗表明在負載與電流匹配的條件下，X箍縮輻射的X射線脈衝為亞納秒級單峰脈衝或重疊的雙峰脈衝，相應的X射線點源為單點源或距離很近的雙點源，點源尺寸在10μm左右。X射線總能量在0.1J ~ 1J量級，其中60%~70%為光子能量小於2keV的軟X射線。 4. 基於小型X箍縮X射線源進行了相襯成像技術研究。通過改變源-物距離與物-像距離，對弱吸收生物體（螞蟻）和生物的弱吸收軟組織（鴨翅關節）進行了定性的實驗分析，對聚乙烯毛細管進行了定量的實驗分析。通過計算邊緣可見性，表明套用X箍縮進行的X射線成像變化規律符合類同軸相襯成像的理論公式，利用PPGX-2拍攝的圖像確實是類同軸相襯圖像。