專利名稱：一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器及其制作方法
技術領域：
本發明涉及生物組織結構聚焦成像器件，晶體涉及圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器及其制作方法。用于生物學、醫學組織學及有機化學中針對生物組織、有機物結構的聚焦成像，以及激光慣性約束核聚變等離子體物理實驗中針對聚變靶球、氣體靶空間成像。
背景技術：
生物學是自然科學的一個門類，研究生物的結構、功能、發生和發展的規律。對生物結構的研究是對其他學科研究的基礎，所以很有必要對生物的具體細節結構進行深入的探索。組織學主要是醫學上的組織學，主要是研究有機體微細結構及其與功能關系的一門形態科學。對于機體的微觀結構的研究非常有價值，可以從中分析它與功能之間的關系。因此研究生物大分子逐層結構的二維聚焦成像相當重要，現有X射線斷層掃描成像技術并不能對生物結構實現聚焦成像。在激光慣性約束核聚變物理實驗中，為具體研究在激光聚變過程中的等離子體電離、形成及不穩定性過程，需要獲得聚爆靶輻射X射線的二維聚焦圖像，該二維聚焦圖像能顯示出聚變材料的尺寸、形狀和分布情況，對深入研究等離子體狀態及輻射特性有重要的意義，從原理上解決輻射驅動靶球燃料界面診斷難題，為聚變點火提供重要的驗證依據。在激光聚變物理實驗的現有技術中，通常采用平面或橢圓彎曲晶體來獲得X射線的時間和空間信息，但是這種結構不能獲取子午面和弧矢面的二維聚焦圖像信息。如公開號為CN 1598503 A的中國專利“共靶X射線時空分辨攝譜方法及其譜儀”，其中公開了一種利用橢圓彎曲晶體來獲得X射線的時空信息的方法和譜儀，單這種方法和譜儀只能獲取一維光譜聚焦信號，不能獲取子午面和弧矢面的二維聚焦圖像信息。
發明內容
本發明的目的是提供一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，它能夠獲取子午面和弧矢面的二維聚焦圖像信息，顯示出聚變材料的尺寸、形狀和分布圖像信息；能克服現有技術中不能獲取X射線光譜二維聚焦信息的缺陷，還能夠避免由于信號微弱而帶來的檢測困難，能夠對微弱的光譜信號進行聚焦成像。本發明還提供一種制作圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器的方法，工藝流程簡單可靠，便于掌握和操作。本發明是利用圓環管面晶體進行子午/弧矢同焦點晶體成像器的設計，這種結構基于晶面布拉格衍射原理，當X射線滿足布拉格條件時，X射線就能夠被晶體反射。在式中，d是晶體的晶面間距，是布拉格衍射角，是衍射級次，為X射線的波長。圓環管面晶體在子午平面及弧矢平面有不同的曲率半徑，分別是Mh和Mv,其對應在子午及弧矢平面的的焦距分別為fh和fv，該焦距數值與晶體在子午平面及弧矢平面的曲率半徑有關，并且滿足關系式，，，在式中，是布拉格衍射角。為了能夠實現子午和弧失平面光譜線在同一點聚焦，必須使fh和fv相等，因此需要滿足。等式為圓環管面子午弧矢同焦點晶體成像器的制作提供了理論支持。圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器成像方案的幾何原理可以用“羅蘭圓”的結構進行解釋羅蘭圓的直徑與圓環管面晶體子午平面的曲率半徑相等，羅蘭圓的平面即子午平面，與子午平面垂直的平面即弧矢平面，其實質是來自羅蘭圓上某點的輻射經過圓環管面晶體反射，由于子午及其弧矢平面有相同的聚焦點，因此X射線經該圓環管面晶體在子午及弧矢平面反射后會在羅蘭圓上一點聚焦。與其它的彎曲面晶體成像系統相比，這種基于圓環管面晶體成像系統能夠將垂直成像和水平成像聚焦在羅蘭圓上同一點，可以得到X射線的二維聚焦信息，這是其它的彎曲晶體成像系統所無法實現的。本發明所述的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，由晶體臺和粘貼在其上的晶體薄片組成，其特征是所述晶體臺為五面體，兩側面為相等的直角三角形，在晶體臺的斜面上設有圓環管面凹坑；所述晶體薄片為圓環管面形狀，厚度0. 15-0. 25mm，材質為石英、硅、鍺或云母；晶體薄片與晶體臺上的圓環管面凹坑粘貼結合。所述的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，其所述晶體臺的材質為SiO2 玻璃。所述的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，其所述晶體臺的一側面為定位面，該定位面與X射線光譜儀內部的定位構件貼合。所述的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器的制作方法，其步驟如下 第一步，制作圓環管面晶體薄片
la)將材質為石英、硅、鍺或云母的晶體按晶向解理，切割成0. 15-0. 25mm厚度的晶體薄片；
lb)在凹凸折彎機上對步驟la)得到的晶體薄片進行塑性彎曲，得到圓環管面晶薄片； 所述凹凸折彎機上設有一塊凹面金屬模塊和一塊凸金屬模塊，凹面金屬模塊具有凹面圓環管面形狀輪廓，凸金屬模塊具有凸面圓環管面形狀輪廓；晶體薄片放置于凹面金屬模塊與凸面金屬塊之間，并在凹面金屬模塊和晶體薄片之間放置耐高溫硅橡膠墊圈，在溫度為 250士20°C的恒溫箱中加壓成型； 第二步，制作晶體臺
2a)采用SiO2玻璃加工成兩側面為直角三角形的六面體；
2b)在精密磨床上對將經過步驟2a)得到的兩側面為直角三角形的六面體的斜面進行精密磨削加工，精磨出與第一步得到的圓環管面晶體薄片大小和曲率吻合的圓環管面凹坑，得到所需要的晶體臺；
第三步，將經過第一步得到的圓環管面晶體薄片用粘膠粘貼在經過第二步得到的晶體臺的圓環管面凹坑上，即得到圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器。相比現有技術，本發明具有如下優點
(1)圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器在生物學、醫學組織學、有機化學方面能夠得到廣泛應用，主要是對他們的結構進行聚焦成像及透視成像分析。在用普通光學顯微鏡或者電子顯微鏡進行研究時，由于不具有X射線的穿透效應，因此對生物體的內部結構沒有辦法進行觀測，而采用圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器系統則能夠對生物體的內部構造進行成像，分辨率高。
(2)由于采用圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器成像，能夠獲得等離子體聚爆光譜信息，依據該光譜信息可以分析等離子體電子及離子溫度分布、密度分布、電離態等重要參數，而且還能直接對X射線光譜進行二維聚焦成像，克服了現有技術中不能獲取X射線光譜二維聚焦信息的缺陷，也能夠避免由于信號微弱而帶來的檢測困難，能夠對微弱的光譜信號進行聚焦獲取。(3)本發明提供的圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，采用圓環管面晶體成像可以使等離子體聚焦成像，能顯示出聚變材料的尺寸、形狀和分布情況，空間分辨率達到微米數量級。能夠深入研究等離子體狀態及輻射的時空特性，從原理上解決輻射驅動靶球燃料界面診斷難題，為聚變點火提供重要的驗證依據。(4)本發明提供的圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器和其它結構的成像系統相比，具有更高的光子收集效率、更高的空間分辨率和光譜分辨率等特點。(5)圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器的加工工藝流程簡單可靠，便于掌握和操作。
圖1是本發明的晶體臺結構示意圖(未粘貼圓環管面晶體薄片)。圖2是本發明成像的幾何原理示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明
實施例一參見圖1和圖2所示的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，由晶體臺2和粘貼在其上的圓環管面晶體薄片9組成；
所述晶體臺2為五面體，兩側面3為相等的直角三角形，在晶體臺2的斜面上設有圓環管面凹坑1 ；
所述圓環管面晶體薄片9的厚度為0. 20mm，材質為石英；圓環管面晶體薄片9與晶體臺2上的圓環管面凹坑1粘貼結合。所述晶體臺2的材質為SiO2玻璃。晶體臺的一側面3為定位面，該定位面與X射線光譜儀內部的定位構件貼合。參見圖2，X射線源由激光聚變形成，或由電子束離子阱(EBIT)、X射線管裝置產生。羅蘭圓的直徑與圓環管面晶體子午平面的曲率半徑相等，X射線源位于羅蘭圓上，X射線源輻射的X射線經過圓環管面形狀晶體反射后在羅蘭圓上另一點聚焦。在羅蘭圓平面 (子午平面)及垂直羅蘭圓平面上(弧矢平面)，晶體如一面凹面鏡將X射線源進行聚集成像， 利用X射線CCD或X射線膠片等X射線檢測器就能夠獲取需要的圖像信號。圖2中4 一 X射線源，5—被成像物體，6—羅蘭圓，7—聚焦點，8 — X射線檢測器件，9 一圓環管面晶體薄片，a —被成像物體至圓環管面晶體薄片中心距離，ρ — X射線源至圓環管面晶體薄片中心距離，q —圓環管面晶體薄片中心至X射線檢測器件距離。實施例二 制作圓環管面晶體薄片采用材質為硅的晶體，厚度為0. 15mm，其余與實施例一相同。實施例三制作圓環管面晶體薄片采用材質為鍺的晶體，厚度為0.22mm，其余與實施例一相同。實施例四制作圓環管面晶體薄片采用材質為云母的晶體，厚度為0.25mm，其余與實施例一相同。所述的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器的制作方法，其步驟如下 實施例五
第一步，制作圓環管面晶體薄片
la)將材質為石英的晶體按晶向解理，切割成0. 15-0. 25mm厚度的晶體薄片； lb)在凹凸折彎機上對步驟la)得到的晶體薄片進行塑性彎曲，得到圓環管面晶薄片 9 ；所述凹凸折彎機上設有一塊凹面金屬模塊和一塊凸金屬模塊，凹面金屬模塊具有凹面圓環管面形狀輪廓，凸金屬模塊具有凸面圓環管面形狀輪廓；晶體薄片放置于凹面金屬模塊與凸面金屬塊之間，并在凹面金屬模塊和晶體薄片之間放置耐高溫硅橡膠墊圈，在溫度為250士20°C的恒溫箱中加壓成型； 第二步，制作晶體臺
2a)采用SiO2玻璃加工成兩側面為直角三角形的六面體；
2b)在精密磨床上對將經過步驟2a)得到的兩側面為直角三角形的六面體的斜面進行精密磨削加工，精磨出與第一步得到的圓環管面晶體薄片9大小和曲率吻合的圓環管面凹坑1，得到所需要的晶體臺2;
第三步，將經過第一步得到的圓環管面晶體薄片9用粘膠粘貼在經過第二步得到的晶體臺的圓環管面凹坑上，即得到圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器。粘膠采用慢固化率的粘膠，型號為3 —噸型透明環氧膠F — 05。實施例六制作圓環管面晶體薄片采用材質為硅的晶體，切割成0. 15mm厚度的晶體薄片，其余與實施例五相同。實施例七制作圓環管面晶體薄片采用材質為鍺的晶體，切割成0.22mm厚度的晶體薄片，其余與實施例五相同。實施例八制作圓環管面晶體薄片采用材質為云母的晶體，切割成0.25mm厚度的晶體薄片，其余與實施例五相同。采用本發明的圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，用在激光聚變過程中，不但可以獲得等離子體聚爆壓縮圖像，分析等離子體電子離子溫度分布、密度分布等重要參數，還能直接對X射線源進行成像，以確定X射線源的形狀及位置。能獲取X射線時空信息及圖像信息，克服現有技術中不能獲取X射線二維聚焦信息的缺陷。為深入研究等離子體狀態及輻射的時空特性，從原理上解決輻射驅動靶球燃料界面診斷難題，為聚變點火提供重要的驗證依據。圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器也可以用在生物學、醫學等有機大分子的聚焦成像，調整成像距離可以改變放大倍率的大小，滿足實際不同的應用需求。本發明公開圓環管面子午弧矢同焦點晶體成像器結構及其作方法，它由晶體和晶體臺組成，晶體為圓環管面形狀的晶體薄片，厚度0. 15-0. 25mm ；晶體臺上設有與所述圓環管面形狀晶體相配合的圓環管面形狀凹坑；圓環管面形狀晶體薄片粘貼在晶體臺的凹坑處。它不但可以獲得等離子體聚爆壓縮圖像，用以分析等離子體溫度分布、密度分布等重要參數，還能直接對X射線源進行成像，以確定X射線源的形狀及位置。能獲取X射線光譜信息及聚焦圖像信息，克服了現有技術中不能獲取X射線聚焦圖像信息的缺陷，能夠深入研究等離子體狀態及輻射的時空特性，從原理上解決輻射驅動靶球燃料界面診斷難題，為聚變點火提供重要的驗證依據。圓環管面子午弧矢同焦點晶體成像器還可以用在生物學、醫學組織學等有機大分子的聚焦成像，可以改變放大倍率來達到各種不同的實際需求。
權利要求
1.一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，由晶體臺(2)和粘貼在其上的晶體薄片(9)組成，其特征是所述晶體臺(2)為五面體，兩側面(3)為相等的直角三角形， 在晶體臺(2)的斜面上設有圓環管面凹坑(1)；所述晶體薄片(9)為圓環管面形狀，厚度 0. 15-0. 25mm，材質為石英、硅、鍺或云母；晶體薄片(9)與晶體臺(2)上的圓環管面凹坑(1) 粘貼結合。
2.根據權利要求1所述的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，其特征是所述晶體臺(2)的材質為SiO2玻璃。
3.根據權利要求1或2所述的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，其特征是 所述晶體臺(2)的一側面(3)為定位面，該定位面與X射線光譜儀內部的定位構件貼合。
4.如權利要求1所述的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器的制作方法，其步驟如下第一步，制作圓環管面晶體薄片la)將材質為石英、硅、鍺或云母的晶體按晶向解理，切割成0. 15-0. 25mm厚度的晶體薄片；lb)在凹凸折彎機上對步驟la)得到的晶體薄片進行塑性彎曲，得到圓環管面晶薄片 (9)；所述凹凸折彎機上設有一塊凹面金屬模塊和一塊凸金屬模塊，凹面金屬模塊具有凹面圓環管面形狀輪廓，凸金屬模塊具有凸面圓環管面形狀輪廓；晶體薄片放置于凹面金屬模塊與凸面金屬塊之間，并在凹面金屬模塊和晶體薄片之間放置耐高溫硅橡膠墊圈，在溫度為250士20°C的恒溫箱中加壓成型；第二步，制作晶體臺2a)采用SiO2玻璃加工成兩側面為直角三角形的六面體；2b)在精密磨床上對將經過步驟2a)得到的兩側面為直角三角形的六面體的斜面進行精密磨削加工，精磨出與第一步得到的圓環管面晶體薄片(9)大小和曲率吻合的圓環管面凹坑(1)，得到所需要的晶體臺(2)；第三步，將經過第一步得到的圓環管面晶體薄片(9)用粘膠粘貼在經過第二步得到的晶體臺的圓環管面凹坑上，即得到圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器。
全文摘要
本發明公開一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器，由晶體臺和粘貼在其上的晶體薄片組成，在晶體臺的斜面上設有圓環管面凹坑；所述晶體薄片為圓環管面形狀，厚度0.15-0.25mm，材質為石英、硅、鍺或云母；晶體薄片與晶體臺上的圓環管面凹坑粘貼結合。本發明還公開所述的一種圓環管面子午/弧矢同焦點晶體成像器的制作方法。本發明能獲取X射線光譜信息及聚焦圖像信息，克服了現有技術中不能獲取X射線聚焦圖像信息的缺陷，能夠深入研究等離子體狀態及輻射的時空特性，從原理上解決輻射驅動靶球燃料界面診斷難題，為聚變點火提供重要的驗證依據。還能夠用在生物學、醫學組織學等有機大分子的聚焦成像，能夠改變放大倍率來達到各種不同的實際需求。
文檔編號G01B15/04GK102508406SQ20111036052
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者劉利峰, 呂鳳飛, 施軍, 毋玉芬, 肖沙里, 錢家渝 申請人:重慶大學