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《物理學(xué)-高能質(zhì)子照相的研究進(jìn)展》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、物理學(xué)-高能質(zhì)子照相的研究進(jìn)展摘要高能閃光照相是診斷致密物質(zhì)內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)和物理特性的最有效技術(shù).高能質(zhì)子照相在穿透能力、材料識別、空間分辨率等方面都優(yōu)于X射線照相,已經(jīng)成為美國先進(jìn)流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)裝置的優(yōu)先發(fā)展對象.文章詳細(xì)介紹了高能質(zhì)子照相方案及其研究進(jìn)展. 關(guān)鍵詞光電子學(xué),質(zhì)子照相,綜述,質(zhì)子加速器,磁透鏡 AbstractHigh-energyflashradiographyisthemosteffectivetechniquetointerrogateinnergeometricalstructureandphysicalcharacteristicofdensemate
2、rials.Itisshownthathigh-energyprotonradiographyissuperiortohigh-energyx-rayradiographyinpenetratingpower,materialcompositionidentificationandspatialresolution.ProtonradiographyistakenasaleadingcandidatefortheAdvancedHydrotestFacilitybytheUnitedStates.Theprojectandcurrentdevelopmentinhigh-energypr
3、otonradiographyisreviewed. Keywordsoptoelectronics,protonradiography,review,protonaccelerator,magneticlens 1引言 高能閃光照相始于美國的曼哈頓計(jì)劃（Ｍanhattanproject）,并持續(xù)到現(xiàn)在,它一直用來獲取爆轟壓縮過程中材料內(nèi)部的密度分布、整體壓縮的效果以及沖擊波穿過材料的傳播過程、演變和壓縮場的發(fā)展的靜止“凍結(jié)”圖像.這一過程非常類似于醫(yī)學(xué)X射線對骨骼或牙齒的透射成像.高能閃光照相有兩個(gè)顯著特點(diǎn):首先,照相客體是厚度很大的高密度物質(zhì),要求能量足夠高;其次,客體
4、內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)行為瞬時(shí)變化,要求曝光時(shí)間足夠短. 目前,世界上最先進(jìn)的閃光照相裝置是美國洛斯?阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室(LANL)的雙軸閃光照相流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)裝置（DARHT）［1］.它是由兩臺相互垂直的直線感應(yīng)加速器組成的雙軸照相系統(tǒng),一次實(shí)驗(yàn)?zāi)軓膬蓚€(gè)垂直方向連續(xù)拍攝4幅圖像,并且在光源焦斑和強(qiáng)度方面都有提高.但是,DARHT也僅有兩個(gè)軸,這是獲得三維數(shù)據(jù)的最小視軸數(shù)目,最多只能連續(xù)拍攝4幅圖像,不能進(jìn)行多角度多時(shí)刻的輻射照相,獲得流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的三維圖像.而且DARHT的空間分辨率受電子束斑大小的制約.由于電子相互排斥,電子束不能無限壓縮,束流打到轉(zhuǎn)換靶上,產(chǎn)生等離子體，使材料熔化，這在
5、一定程度上擴(kuò)展了束斑直徑,從而使X射線光斑增大.估計(jì)最小的電子束直徑為1—2mm,制約了空間分辨率的提高. 研究人員希望實(shí)現(xiàn)對流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行多角度(軸)、每個(gè)角度多時(shí)刻(幅)的輻射照 相,從而獲得流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的三維動(dòng)態(tài)過程圖像.l995年,美國LANL的科學(xué)家ChrisMorris提出用質(zhì)子代替X射線進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)透射成像［2］.首次質(zhì)子照相得到的圖像,其非凡的質(zhì)量出乎發(fā)明者的預(yù)料.后續(xù)的研究和實(shí)驗(yàn)也確認(rèn)了這項(xiàng)技術(shù)的潛在能力.據(jù)Morris回憶,20世紀(jì)90年代初期武器研制計(jì)劃資助了一項(xiàng)中子照相研究.其立項(xiàng)的主要思想就是利用高能質(zhì)子、中子和其他強(qiáng)子的長平均自由程,使其成為閃光
6、照相的理想束源.SteveSterbenz從這個(gè)思路出發(fā)，研究了使用中子照相進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)診斷的可能性.然而即使使用質(zhì)子儲存環(huán)(PSR)的強(qiáng)脈沖產(chǎn)生中子,中子通量都不足以在流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)短時(shí)間尺度下獲得清晰的圖像.當(dāng)時(shí)的洛斯?阿拉莫斯介子物理裝置(LAMPF)負(fù)責(zé)人GerryGarvey聽到這種意見的第一反應(yīng)是“為什么不用質(zhì)子？”Morris將這些思想統(tǒng)一起來,利用高能質(zhì)子束實(shí)現(xiàn)流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)診斷的突破,就是水到渠成的事［3］.Morris指出:質(zhì)子照相的實(shí)施應(yīng)歸功于現(xiàn)代加速器具有產(chǎn)生高能質(zhì)子和高強(qiáng)度質(zhì)子的能力.促使發(fā)展質(zhì)子照相技術(shù)最重要的一步是TomMottershead和John
7、Zumbro提出的質(zhì)子照相所需的磁透鏡系統(tǒng)［4］,以及NickKing在武器應(yīng)用中發(fā)展改進(jìn)的快速成像探測系統(tǒng)［5］. 高能質(zhì)子束為內(nèi)爆物理研究提供了堪稱完美的射線照相“探針”，因?yàn)槠淦骄杂沙膛c流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮穸认嗥ヅ?射線照相信息通過測量透過客體的射線投影圖像來獲取.如果輻射衰減長度過短,則只有客體外部邊界能夠測量；如果輻射衰減長度過長,則沒有投影產(chǎn)生.質(zhì)子照相為流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)提供了一種先進(jìn)的診斷方法. 2質(zhì)子與物質(zhì)相
