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《高能質(zhì)子照相的研究進(jìn)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、高能質(zhì)子照相的研究進(jìn)展作者：許海波 孔令海 彭現(xiàn)科 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(shí)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(guó)先進(jìn)流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)裝置的優(yōu)先發(fā)展對(duì)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-energyflashradiographyisthemosteffectivetechniquetointerrogateinnergeometricalstructureandphysic
2、alcharacteristicofdensematerials.Itisshoaterialpositionidentificationandspatialresolution.ProtonradiographyistakenasaleadingcandidatefortheAdvancedHydrotestFacilitybytheUnitedStates.Theprojectandcurrentdevelopmentinhigh-energyprotonradiographyisrevieagiclens 1引言 高能閃光照相始于美國(guó)的曼
3、哈頓計(jì)劃（Ｍanhattanproject）,并持續(xù)到現(xiàn)在,它一直用來(lái)獲取爆轟壓縮過(guò)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(guò)材料的傳播過(guò)程、演變和壓縮場(chǎng)的發(fā)展的靜止“凍結(jié)”圖像.這一過(guò)程非常類(lèi)似于醫(yī)學(xué)X射線對(duì)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(guó)洛斯•阿拉莫斯國(guó)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(tái)相互垂直的直線感應(yīng)加速器組成的雙
4、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(wú)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(duì)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,
5、從而獲得流體動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的三維動(dòng)態(tài)過(guò)程圖像.l995年,美國(guó)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(zhǎng)平均自由程,使其成為閃光照相的理想束源.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(chǔ)存環(huán)(PSR)的強(qiáng)脈沖產(chǎn)生中子,中子通量都不
6、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(tīng)到這種意見(jiàn)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(lái),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JohnZumbro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(cè)系統(tǒng)［5］. 高能質(zhì)子束為
7、內(nèi)爆物理研究提供了堪稱(chēng)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(guò)測(cè)量透過(guò)客體的射線投影圖像來(lái)獲取.如果輻射衰減長(zhǎng)度過(guò)短,則只有客體外部邊界能夠測(cè)量；如果輻射衰減長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng),則沒(méi)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)相互作用機(jī)制 高能質(zhì)子與物質(zhì)相互作用的機(jī)制是質(zhì)子照相原理的基礎(chǔ).首先,需要從質(zhì)子與物質(zhì)的相互作用出發(fā)，對(duì)質(zhì)子在物質(zhì)中的穿透性和散射過(guò)程進(jìn)行分析研究. 所有質(zhì)子都在被測(cè)物質(zhì)內(nèi)部并與其發(fā)生相互作用.質(zhì)子與物質(zhì)的相互作用分為強(qiáng)作用力和電磁作用力［6］.強(qiáng)作用
8、力是短程力
