小型X箍缩的辐射特性及优化研究

X射线相衬成像可获取弱吸收生物体内部的高清晰细微结构图像，将其广泛应用于生物医学成像的主要障碍是缺乏经济适用、移动灵活的小型X射线相干光源，而几十kA级的小型X箍缩装置很有可能成为这么一种X射线源。本项目开展小型X箍缩辐射特性及优化研究：对不同实验条件（驱动电流及负载丝材料、直径、交叉角）的X箍缩辐射X射线、点源源斑、动力学过程进行诊断研究，以实现电流参数与负载参数匹配，获取高品质（纳秒脉宽、高强度、微米级点源、单点源）的软X射线辐射点源，并将其应用于弱吸收样品的相衬成像实验。对X箍缩辐射特性的诊断包括：① 辐射X射线的时间分辨诊断，获取X射线随时间分辨波形、功率、产额、能谱及变化规律；② 点源的空间分辨诊断，获取点源数量、分布、尺寸、形状及变化规律；③ 动力学研究，获取X箍缩随时间的演化过程及其对辐射的影响规律。项目的完成将可能为生物医学成像提供重要的研究工具，因而具有重要意义。

X射线相衬成像是一种基于X射线波动性的成像技术，在弱吸收生物体成像领域具有明显优势。研究小型X箍缩装置(X射线源)的辐射特性及其相衬成像技术有着重要意义。.本项目取得的主要成果为：.1. 研制了小型X箍缩装置PPGX-2。输出电流峰值110kA，脉宽60ns。.2. 对小型X箍缩负载与电流的匹配特性进行了实验研究。发现当负载质量较小而驱动电流较大时会发生“二次箍缩”的现象。基于“雪耙模型”分析了负载线密度m0与丝径R0对X箍缩出光时间的影响，发现出光时间正比于m0R02。 .3. 对小型X箍缩X射线辐射特性进行了研究。实验表明在负载与电流匹配的条件下，X箍缩辐射的X射线脉冲为亚纳秒级单峰脉冲或重叠的双峰脉冲，相应的X射线点源为单点源或距离很近的双点源，点源尺寸在10μm左右。X射线总能量在0.1J ~ 1J量级，其中60%~70%为光子能量小于2keV的软X射线。.4. 基于小型X箍缩X射线源进行了相衬成像技术研究。通过改变源-物距离与物-像距离，对弱吸收生物体（蚂蚁）和生物的弱吸收软组织（鸭翅关节）进行了定性的实验分析，对聚乙烯毛细管进行了定量的实验分析。通过计算边缘可见性，表明应用X箍缩进行的X射线成像变化规律符合类同轴相衬成像的理论公式，利用PPGX-2拍摄的图像确实是类同轴相衬图像。