基于曝光差分法提高软X射线分幅成像时间分辨的研究

In the diagnosis researching of the high energy physics and plasma interface, the fuel compression speed is very quickly. When the X-ray framing camera is used for detecting the two-dimensional imaging of the fuel compression process, it was required that the time resolution of the framing camera should be less than 50ps. Because of the electron transit time limiting in the microchannel plate(MCP), the extreme time resolution of the framing camera based on the single MCP is 60ps. Therefore, it has a greatly significant in researching the framing camera with ultra-short exposure time. In this study, we can get images with 40ps exposure time through two gating pulses starting at the same time but end at the different time. If we choose the 80ps and 120ps pulses to gating the MCP, they should be required that with the same amplitude and their synchronous should be less than 10ps. With the same traveling speed, the image corresponding to the two microstrip can be done with the same beginning but different end. Then we can use the software to difference the images and then images with 40ps exposure time can be obtained. This method completely avoids the MCP transit time limit on the espousing time, and with currently four microstrips, we can still get at least eight images. This record length can also meet the requirement of the implosion process.

在高能物理和等离子体界面诊断研究中，燃料压缩过程的推进速度很快，在利用X射线分幅相机进行时间分辨二维成像测量时，为避免像的动态模糊，要求X射线分幅相机曝光时间小于50ps。由于MCP选通式分幅相机的时间分辨受MCP微通道渡越时间的限制，极限时间分辨只有60ps，所以探索和研究超短曝光时间的相机具有重要的物理意义。本研究拟用曝光起始时刻一致截止时刻不同的两种选通脉冲获得40ps分幅时间的曝光图像。如选择80ps和120ps两种分幅时间的选通脉冲，要求其脉冲幅度一致，同步晃动小于10ps。因行波选通的速度相同，对于两条微带上对应的图像就可以做到同始不同终，于是利用图像差分处理软件即可得到40ps分幅时间的多幅图像。该方法完全避免了MCP渡越时间对曝光时间的限制，而且以目前4条微带的分幅管结构，仍然可以获得至少8幅图像，记录长度也完全能够满足要求。

在高能物理和等离子体界面诊断研究中，燃料压缩过程的推进速度很快，在利用 X 射线分幅相机进行时间分辨二维成像测量时，为避免像的动态模糊，要求 X 射线分幅相机曝光时间小于 50ps。由于 MCP 选通式分幅相机的时间分辨受 MCP 微通道渡越时间的限制，极限时间分辨只有 60ps，所以探索和研究超短曝光时间的相机具有重要的物理意义。本项目通过采用双路高精度同步选通脉冲分别对同一个分幅管的两条微带进行同时选通，然后对两条微带上所获图像进行差分处理的方法提高分幅相机的时间分辨率，缩短其曝光时间从而实现40ps时间分辨。该项目研究过程中主要通过对高稳定度分幅变像管制备技术、高精度同步脉冲产生技术和曝光差分计算方法等单元技术进行研究，最终实现了时间分辨优于40ps的实验结果。在单元技术研究中取得了很大突破，主要是在高稳定度分幅变像管的研制中以传输线变压器馈电方式代替了传统的渐变线馈电方式，从而在提高了高压脉冲耦合效率的同时消除了终端反射对微带末端进行二次选通；在高精度同步脉冲产生技术研究中通过采用触发放大和高保真功分电路实现了多路同步精度由于10ps的高压选通脉冲；在曝光差分计算方法研究中主要通过对微通道板动态增益特性的研究确定了直接差分法，并且开发了相应的图像处理软件。通过上述三方面单元技术的研究和突破，我们将研制的系统于2015年6月份在上海神光装置上进行了打靶实验验证，经过对数据比对和分析，经过差分处理后的图像时间分辨优于40ps，达到项目预期目标。下一步计划进行工程样机研制，从而为我国高能物理研究提供可靠诊断技术支撑。