1、門控分幅相機現(xiàn)已成為國內(nèi)ICF實驗的重要診斷設(shè)備,在黑腔物理、X光輻射輸運、輻射燒蝕不透明度等研究領(lǐng)域中扮演著至關(guān)重要的角色。而目前使用的門控分幅相機仍然存在量子效率不明確、能譜響應(yīng)度曲線未知,響應(yīng)影響因素不明等問題,導(dǎo)致ICF實驗結(jié)果無法精確量化。因此,研究門控分幅相機的能譜響應(yīng)問題對于高能高密度等離子體發(fā)射的寬頻帶X射線成像是非常重要的。在深入研究了門控分幅相機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和主要參數(shù)指標后,基于美國利弗莫爾實驗室和圣地亞國家

2、實驗室等的研究成果,建立了分幅相機的核心元件——金陰極MCP的能譜響應(yīng)二維簡化理論模型,推導(dǎo)得出了能譜響應(yīng)的計算公式,并模擬得到了理論響應(yīng)曲線。該理論研究主要從陰極光電產(chǎn)額、多通道效應(yīng)、微孔內(nèi)壁鉛層的光電效應(yīng)、單個微通道的增益幾方面來開展。在陰極材料和入射光子能量一定時,陰極光電產(chǎn)額與陰極的質(zhì)量光致電離截面、陰極質(zhì)量密度和入射光子能量成正比,而X射線衰減長度、二次電子在陰極材料中的平均逃逸深度等也是影響陰極光電子產(chǎn)額的重要參數(shù);當入射的

3、X光子能量較大時,X射線可能穿透MCP微通道壁而進入相鄰?fù)ǖ纼?nèi),從而在該通道內(nèi)發(fā)生光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生光電子,即多通道效應(yīng),研究此效應(yīng)對金陰極MCP能譜響應(yīng)的影響,其關(guān)鍵在于MCP材料對X射線的吸收系數(shù)和光電子產(chǎn)生的位置;X射線穿透微通道后可能會轟擊相鄰?fù)ǖ辣诘你U層,從而因鉛的光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的光電子也會在通道內(nèi)碰撞得到倍增,因而計算時需要考慮鉛的光電子產(chǎn)額和由此引起的電子增益;MCP對光電子的倍增作用可由MCP單個微通道的增益來計算,將微通道視

4、作離散的打拿極,光電子產(chǎn)生的位置不同,其倍增級數(shù)則不同,綜合來看增益主要由MCP長徑比和光電子產(chǎn)生處距電子出射面的距離決定。從理論模擬結(jié)果可得出結(jié)論:金陰極MCP的能譜響應(yīng)與金和鉛的密度、費米波矢、質(zhì)量光致電離截面、二次電子逃逸深度、X射線衰減長度、MCP通道材料對X射線的線性吸收系數(shù)等有關(guān)。為了解金陰極MCP在紫外波段的能譜響應(yīng)特性,探索金陰極MCP能響標定的實驗條件,設(shè)計了金陰極MCP探測器在紫外波段能譜響應(yīng)的測定實驗。分析實驗結(jié)果

5、得出結(jié)論:當電子收集極與MCP輸出面之間距離為0.5mm時,只需要9V收集電壓就可將二次電子完全收集;MCP的暗電流在皮安量級,且在25pA附近隨機波動;金陰極MCP探測器在入射光子能量低于4.9eV(金的逸出功)大于4eV時仍有一定響應(yīng);金陰極的光譜響應(yīng)曲線在5.72eV處存在一個響應(yīng)峰值,該峰值是金的選擇性光電效應(yīng)峰值。在紫外能譜響應(yīng)實驗的基礎(chǔ)上,利用北京同步輻射裝置3B3實驗站的單色X射線進行了三種金陰極MCP探測器在X射線段(2

6、.1～6keV)的能譜響應(yīng)的標定實驗。標定結(jié)果表明:①如理論所預(yù)言,金陰極MCP的能譜響應(yīng)總體上是隨入射光子能量增大而衰減的。但其中會因為某些元素的吸收邊而存在一些陡峭的小峰。②入射角越大,則增益值越小,能譜響應(yīng)也越低。由于實驗時X射線正入射到MCP板表面,因此X射線的入射角等于MCP的斜切角,斜切角小的MCP探測器的能譜響應(yīng)度好。③當金陰極膜深入到微通道內(nèi)壁上的深度太深時,勢必會影響到鉛層對二次電子的倍增作用,同時也會使金對X射線的吸