是目前等离子体最灵敏、最成功的诊断方法之一。然而,由于最常见的干涉测量系统的设计,工作波长有限,因此可以探测的密度和温度范围受到严重限制,难以测量对于可见光波段不透明的 HED 等离子体。基于 Talbot 效应的 Talbot-Lau 干涉法,提供了将干涉测量扩展到 X 射线波长的可能性。另一方面,在光子能量从几 keV 到几十 keV 的范围内的硬 X 射线,低 z 物质的弹性散射截面远大于衰减截面,相位对比度比传统的衰减度对比对电子密度的变化更敏感。因此,在成像机制上,基于折射的方法相较于基于吸收的方法有更高的固有对比度。即,基于相位变化的 X 射线成像方法,包括
Talbot-Lau 偏折测量方法,尤其适用于低 z 生物组织、聚合物、纤维复合材料和HED 等离子体等的表征。
该实验采用低能 TL 干涉仪装置采用焦斑为 ~ 15 μm FWHM 的铜阳极管作为 X 射线 kV 下工作时,该管产生 Kα 特征线 keV 处有一个强峰。同时使用了 30 μm 厚度的 Ni 滤波器,进一步提高特征线与轫致辐射之间的比率。
对于微周期 Talbot-Lau 光栅的设计与制造工艺,对于高能量X射线keV),难点在于得到高厚度/深宽比的光栅结构;对于低能 X 射线kev),则应在设计上更多的考虑光栅衬底的影响,即必须使用自支撑结构或者薄衬底的光栅.
该实验中使用了由德国 Microworks 公司制造的基底为10 μm 厚聚酰亚胺膜的光栅。如下图所示,源光栅 G0 周期为 2.4 μm,直径有效尺寸为 7 mm,金高度为 21-24 μm;相位光栅G1的周期为 4.0 μm,直径有效尺寸为 9 mm,镍条高度为 3.0 μm。分析光栅 G2 周期为 12 μm,直径有效尺寸为 35 mm,金高度为 17-22 μm。
1. Microworks GmbH 提供的 Talbot-Lau 光栅:a)源光栅;b)相位光栅;c)分析光栅
该小组使用多种形状(棱柱,圆柱,球型)的多种材料(丙烯酸,铍,PMMA)作为材料进行实验验证。其中,以 PMMA 球形样品的测试结果为例:
结果表明,在 8 keV 下的测量足够灵敏,可以测量几到几十微弧度范围内的折射角,从而提供 10-20 到 10-21 mm−2范围内的面密度。在静态模式下论证得出该技术能够为 HED 相关物体提供密度诊断。
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