硬X射线光栅微分相衬成像系统中光栅的研制

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在惯性约束聚变中,作为燃料的靶丸小球在压缩后内部的密度可能不均匀,甚至存在微米级的空隙,这些不良结构将导致靶丸小球无法被点燃实行能量增益,进而导致点火失败,所以对靶丸内部结构进行检测非常有必要。X射线光栅相衬成像能对轻元素进行检测并获得吸收、折射和散射信息,显示更多的细节,比传统的吸收成像具有更大的优势,可以广泛用于生物医学,无损检测,材料科学等领域,因而逐渐成为近年来的研究热点。  相位光栅和分析光栅是成像系统中的核心元件,对其进行参数设计和制作工艺探究越来越有必要。基于X射线光栅相衬成像对靶丸的检测,本论文利用实验室现有条件,结合成像系统要求,对成像系统的核心元件即相位光栅和分析光栅进行参数设计,并对其制作工艺进行探究。  X射线光栅相衬成像在国内的系统入射光能量主要是20-30keV之间,而本论文选择的入射光能量为40 keV,光源到相位光栅间距为200mm。相位光栅的相位为π,槽深为51.67μm。根据系统的相干性要求和结构紧凑性,选定周期为5μm。根据光栅的衍射效率以及自成像距离确定占宽比为0.5,尺寸为10×10mm2。分析光栅的周期与相位光栅自成像周期一样,考虑成像系统的几何放大因子时,光栅周期为5.04μm。根据吸收率(30%)确定分析光栅槽深为51.89μm。根据光栅衍射效率,图像的衬度和信噪比确定占宽比为0.5,尺寸为15×15mm2。  光栅制作利用了单晶硅的各向异性湿法腐蚀。相位光栅工艺主要包括晶向对准技术,光栅掩模制备,和湿法腐蚀技术。分析光栅的制作工艺建立在相位光栅制作工艺的基础上,还包括背面开窗,正面腐蚀和电镀。难点在于背面开窗和电镀。最终我们成功制备了符合设计要求的相位光栅,同时对于分析光栅的研制取得了阶段性进展。
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