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一种点阵构型 电子漂移管

阅读：311发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种点阵构型电子漂移管专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种点阵构型电子漂移管。该电子漂移管的点阵阴极将目标辐射的X光转换为具有空间阵列分布的电子脉冲串，电子脉冲串在空间阵列互不干扰的渐变电场作用下高速漂移，漂移中电子脉冲串的空间尺度被充分保障。然后穿过等比空间阵列分布的后端栅网，经微通道板获得倍增后轰击荧光屏发光，将电信号重新转换为光信号，整个过程电子脉冲串均处在由带屏蔽壳磁线圈产生的均匀磁场中。该电子漂移管可显著改善电子匀速漂移区内的空间分辨特性，利用磁场约束最大限度降低电子脉冲串的空间横向串扰，实现空间保真和大动态范围，有助于推动超高时间分辨二维成像诊断技术的发展，对提升激光惯性约束聚变诊断精密化水平具有重要意义。，下面是一种点阵构型电子漂移管专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种点阵构型电子漂移管，其特征在于，所述的电子漂移管包括由内至外同心分布的飞行管道（7）和均匀缠绕在飞行管道（7）外壁的带屏蔽壳磁线圈（8）；所述的飞行管道（7）内包括沿光路方向顺序排列的点阵阴极（1）、前端栅网（2）、后端栅网（4）、微通道板（5）和荧光屏（6），前端栅网（2）和后端栅网（4）之间包裹有环形的等位筒（3），所述的前端栅网（2）、后端栅网（4）和等位筒（3）包围的空腔为电子匀速漂移区；
所述的点阵阴极（1）包括无磁性金属网和粘贴在无磁性金属网表面的透射式光电阴极，无磁性金属网的孔洞形状为正方形或圆形。
2.根据权利要求1所述的点阵构型电子漂移管，其特征在于，所述的飞行管道（7）的内径为30mm。
3.根据权利要求1所述的点阵构型电子漂移管，其特征在于，所述的前端栅网（2）和后端栅网（4）之间的距离为400mm。
4.根据权利要求1所述的点阵构型电子漂移管，其特征在于，所述的带屏蔽壳磁线圈（8）包括磁线圈和包裹在磁线圈的外表面和两端端面的屏蔽壳，磁线圈的安匝数即电流值×匝数为400000A×N，屏蔽壳的材料为电磁纯铁。
5.根据权利要求1所述的点阵构型电子漂移管，其特征在于，所述的点阵阴极（1）的口径为10mm，透射式光电阴极的材料为碘化铯或金，透射式光电阴极的衬底为聚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的点阵构型电子漂移管，其特征在于，所述的点阵阴极（1）的无磁性金属网的金属无光电效应且不透光，无磁性金属网的周期小于等于100μm。
7.根据权利要求1所述的点阵构型电子漂移管，其特征在于，所述的飞行管道（7）内的各部件加有不同的直流偏压，点阵阴极（1）相比前端栅网（2）为负偏压，前端栅网（2）、等位筒（3）和后端栅网（4）等电位，电子在电子匀速漂移区中匀速漂移，荧光屏（6）相比微通道板（5）的输出面为正偏压；点阵阴极（1）和前端栅网（2）之间叠加有正高压脉冲；微通道板（5）的输入面和微通道板（5）的输出面之间叠加有负高压脉冲。
8.根据权利要求7所述的磁场约束脉冲展宽成像系统，其特征在于，所述的点阵阴极（1）、前端栅网（2）、等位筒（3）、后端栅网（4）、微通道板（5）的输入面、微通道板（5）的输出面和荧光屏（6）的电位分别为-5000V、-3000V、-3000V、-3000V、0V、0V、4000V；所述的正高压脉冲幅值为2000V，上升沿线性区斜率在1 V/ps～5V/ps范围内，所述的负高压脉冲幅值为-
2500V，脉宽200ps。

说明书全文

一种点阵构型电子漂移管

技术领域

[0001] 本发明属于X光超快成像领域，具体涉及一种点阵构型电子漂移管。

背景技术

[0002] 高速摄影技术在医学、生物医学、激光聚变和航空航天等领域都有着广泛的应用。大多数专业工作者认为，时间分辨在每秒1000幅图像以上，具有一到三个空间轴的毫米以下空间分辨率的光学记录技术都可称作高速摄影。实际上，在极端条件下的科学研究领域，对超快成像设备的时空分辨率要求远高于此。

[0003] 激光打靶产生等离子体为极端条件下物质相互作用、天体物理、超快现象以及新型可控能源的研究提供了思路。围绕新型可控能源开发的激光惯性约束聚变（ICF）的研究包括很多复杂的物理过程，如激光与靶物质的相互作用、X射线的发射和输运、靶丸内爆动力学等。在激光惯性约束聚变实验中，重点关注的内爆芯部压缩过程是一个时间尺度仅200ps，空间尺度仅200μm的时空演化过程，需要超高时空分辨率的成像设备对其进行诊断。
美国利弗摩尔实验室于2010年开始利用电子群时域调制技术，通过在光电阴极和栅网之间引入动态电场实现对电子群的“速度色散”，通过漂移区对电子群“速度色散”效应进行放大，从而实现电子群“空间展宽”，最终研制出时间分辨5ps的二维成像探测器，但其空间分辨为百微米量级。这是由于电子飞行过程中的空间电荷效应引起了时间弥散和较大的空间弥散，同时由于其缩像结构，导致电子飞行管道轴上和离轴区磁场强度不均匀分布，导致该成像系统的空间分辨率仅300μm，不满足ICF实验诊断需求。因此，亟需发展具有更高空间分辨率的电子群时域调制成像系统。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种点阵构型电子漂移管。

[0005] 本发明的点阵构型电子漂移管，其特点是，所述的电子漂移管包括由内至外同心分布的飞行管道和均匀缠绕在飞行管道外壁的带屏蔽壳磁线圈；所述的飞行管道内包括沿光路方向顺序排列的点阵阴极、前端栅网、后端栅网、微通道板和荧光屏，前端栅网和后端栅网之间包裹有环形的等位筒，所述的前端栅网、后端栅网和等位筒包围的空腔为电子匀速漂移区；所述的点阵阴极包括无磁性金属网和粘贴在无磁性金属网表面的透射式光电阴极，无磁性金属网的孔洞形状为正方形或圆形。

[0006] 所述的飞行管道的内径为30mm。

[0007] 所述的前端栅网和后端栅网之间的距离为400mm。

[0008] 所述的带屏蔽壳磁线圈包括磁线圈和包裹在磁线圈的外表面和两端端面的屏蔽壳，磁线圈的安匝数即电流值×匝数为400000A×N，屏蔽壳的材料为电磁纯铁。

[0009] 所述的点阵阴极的口径为10mm，透射式光电阴极的材料为碘化铯或金，透射式光电阴极的衬底为聚酰亚胺。

[0010] 所述的点阵阴极的无磁性金属网的金属无光电效应且不透光，无磁性金属网的周期小于等于100μm。

[0011] 所述的飞行管道内的各部件加有不同的直流偏压，点阵阴极相比前端栅网为负偏压，前端栅网、等位筒和后端栅网等电位，电子在电子匀速漂移区中匀速漂移，荧光屏相比微通道板的输出面为正偏压；点阵阴极和前端栅网之间叠加有正高压脉冲；微通道板的输入面和微通道板的输出面之间叠加有负高压脉冲。

[0012] 所述的点阵阴极、前端栅网、等位筒、后端栅网、微通道板的输入面、微通道板的输出面和荧光屏的电位分别为-5000V、-3000V、-3000V、-3000V、0V、0V、4000V；所述的正高压脉冲幅值为2000V，上升沿线性区斜率在1 V/ps～5V/ps范围内，所述的负高压脉冲幅值为-2500V，脉宽200ps。

[0013] 本发明的点阵构型电子漂移管通过点阵阴极将电子分离为具有空间阵列分布的电子脉冲串，可显著改善电子匀速漂移区内的空间分辨特性，利用磁场约束最大限度降低电子脉冲串的空间横向串扰，实现保真。

[0014] 本发明的点阵构型电子漂移管的工作过程如下：点阵阴极将目标辐射的X光转换为具有空间阵列分布的电子脉冲串，电子在点阵阴极与前端栅网之间的渐变电场作用下获得空间阵列互不干扰的速度色散，并进入电子匀速漂移区进行高速漂移，漂移中电子群的空间尺度被充分保障。然后穿过具有等比空间阵列分布的后端栅网，经微通道板获得倍增后轰击荧光屏发光，将电信号重新转换为光信号，整个过程电子脉冲串均处在由带屏蔽壳磁线圈产生的均匀磁场中。

[0015] 本发明的点阵构型电子漂移管在时间展宽过程中具有空间保真能力和大动态范围，有助于推动超高时间分辨二维成像诊断技术的发展，对提升激光惯性约束聚变诊断精密化水平具有重要意义。附图说明

[0016] 图1为本发明的点阵构型电子漂移管的结构示意图；图2为本发明的点阵构型电子漂移管中的点阵阴极结构示意图（孔洞为正方形）；
图3为本发明的点阵构型电子漂移管中的点阵阴极结构示意图（孔洞为圆形）；
图中，1.点阵阴极 2.前端栅网 3.等位筒 4.后端栅网 5.微通道板 6.荧光屏 7.飞行管道 8.带屏蔽壳磁线圈。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和实施例详细说明本发明。

[0018] 如图1所示，本发明的点阵构型电子漂移管包括由内至外同心分布的飞行管道7和均匀缠绕在飞行管道7外壁的带屏蔽壳磁线圈8；所述的飞行管道7内包括沿光路方向顺序排列的点阵阴极1、前端栅网2、后端栅网4、微通道板5和荧光屏6，前端栅网2和后端栅网4之间包裹有环形的等位筒3，所述的前端栅网2、后端栅网4和等位筒3包围的空腔为电子匀速漂移区；所述的点阵阴极1包括无磁性金属网和粘贴在无磁性金属网表面的透射式光电阴极，无磁性金属网的孔洞形状为正方形或圆形。

[0019] 所述的飞行管道7的内径为30mm。

[0020] 所述的前端栅网2和后端栅网4之间的距离为400mm。

[0021] 所述的带屏蔽壳磁线圈8包括磁线圈和包裹在磁线圈的外表面和两端端面的屏蔽壳，磁线圈的安匝数即电流值×匝数为400000A×N，屏蔽壳的材料为电磁纯铁。

[0022] 所述的点阵阴极1的口径为10mm，透射式光电阴极的材料为碘化铯或金，透射式光电阴极的衬底为聚酰亚胺。

[0023] 所述的点阵阴极1的无磁性金属网的金属无光电效应且不透光，无磁性金属网的周期小于等于100μm。

[0024] 所述的飞行管道7内的各部件加有不同的直流偏压，点阵阴极1相比前端栅网2为负偏压，前端栅网2、等位筒3和后端栅网4等电位，电子在电子匀速漂移区中匀速漂移，荧光屏6相比微通道板5的输出面为正偏压；点阵阴极1和前端栅网2之间叠加有正高压脉冲；微通道板5的输入面和微通道板5的输出面之间叠加有负高压脉冲。

[0025] 所述的点阵阴极1、前端栅网2、等位筒3、后端栅网4、微通道板5的输入面、微通道板5的输出面和荧光屏6的电位分别为-5000V、-3000V、-3000V、-3000V、0V、0V、4000V；所述的正高压脉冲幅值为2000V，上升沿线性区斜率在1 V/ps～5V/ps范围内，所述的负高压脉冲幅值为-2500V，脉宽200ps。

[0026] 实施例1如图2所示，本实施例的点阵阴极的孔洞为正方形。点阵阴极1的无磁性金属网为100μm厚的铜网，铜网无光电效应且不透光，透射式光电阴极的材料为金。点阵阴极1的外径为Φ
10mm，铜网的周期为100μm，每个孔洞为边长50μm的正方形，透射式光电阴极的衬底为100nm厚的聚酰亚胺。

[0027] 带屏蔽壳磁线圈8的屏蔽壳采用DT4C电磁纯铁材料制作而成，屏蔽壳的厚度为5mm。带屏蔽壳磁线圈的线圈安匝数即电流值×匝数为400000A×N，线圈内径为Φ30mm，外径为Φ66mm。电子产生和漂移过程中带屏蔽壳磁线圈8在飞行管道7轴线上所产生的磁场强度为8000 Gauss。

[0028] 当脉冲紫外光源或X光源照射点阵阴极1时，产生具有空间阵列分布的电子脉冲串。电子脉冲串在点阵阴极与前端栅网之间的高压脉冲形成的渐变电场作用下获得加速，并在均匀约束磁场作用下空间互不干扰地进入电子匀速漂移区，在电子匀速漂移区中电子脉冲串的空间尺度被充分保障。然后被时间展宽的电子脉冲串依次穿过后端栅网，经微通道板5选通倍增后轰击荧光屏6发光，将电信号重新转换为光信号，实现高时间分辨、高空间分辨成像。

[0029] 实施例2本实施例与实施例1的实施方式基本相同，主要区别如图3所示，本实施例的点阵阴极的孔洞为直径50μm的圆形，透射式光电阴极的材料为碘化铯，无磁性金属网的周期为90μm。

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