闪光照相中MeV级网栅的设计

　　在高能闪光照相中，散射不但降低了闪光图像的对比度，还湮灭了客体芯部弱信号区，严重干扰了客体界面和密度信息的正确提取［１－２］。许多降散射方法，如减小准直器的准直角，采用附加准直器，增大后防护锥到成像平面的距离等在实际闪光照相实验中得到了广泛应用［３－４］。然而，这些方法并不能大幅度降低散射，成像平面上的散射照射量仍大于客体区最小直穿照射量，而且还存在模糊、散射的精确扣除等问题。初步理论分析表明，ＭｅＶ级防散射滤线栅（网栅）可以大幅度降低散射［５］，精确研制的ＭｅＶ级网栅可以使成像平面上的散射影响忽略不计。高能闪光照相中的网栅不同于医学和无损检测领域中的防散射滤线栅。首先，由于散射光子的平均能量一般在１．５ＭｅＶ左右，需要厚的重金属网栅才能阻挡散射Ｘ射线进入成像探测器，如美国２００７年研制的钨材料网栅的厚度为４０ｃｍ［６］。另外，为了让直穿光子无阻挡地到达成像平面，要求所有网栅孔均聚焦到光源中心。这两个要求使得网栅的加工制备十分复杂，需要用几ｍｍ厚的钨膜片堆叠而成，且所有膜片的孔间距不完全相同。美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室的Ｗａｔｓｏｎ等从２０世纪末就开始研究ＭｅＶ级网栅的制作工艺，采用光蚀刻技术于２００３年完成了样机设计［７］，通过试验验证了网栅的性能和数值模拟结果，他们还采用微型浇注加工技术耗时３年完成高精度制造的网栅［４］，在首次用于爆炸容器内进行的穿芯实验中获得了十分理想的数据［８］。我国在ＭｅＶ级网栅制作工艺方面还处于探索阶段，需要针对闪光照相布局开展ＭｅＶ级网栅的理论设计与加工工艺研究。本文提出了网栅准直器的设计目标，研究了网栅准直器的设计方法，最后给出了网栅准直器样机参数。

     １　理论分析

　　对于动态量程大、线性响应和与Ｘ射线谱无关的理想成像系统，散射引起的光程差ΔＬ可以表示为

式中：ＲＳＤ为散射直穿比。由此导致的密度相对误差为

式中：

ρ为材料的密度；Ｌ为成像平面上对应的光程。

　　在高能闪光照相中，客体芯部区域是最需关注的区域，其中最深穿透点附近的密度提取精度至关重要。对于大尺寸客体ＦＴＯ，最深穿透点处的客体光程约为９，成像平面上该处的ＲＳＤ一般大于３０，这样因散射造成的密度相对误差大于３０％。即使小尺寸客体ＦＴＯ缩比客体，ＲＳＤ一般大于３，最深穿透点处的客体光程约为６，由散射造成的密度相对误差也接近２５％。显然，在高能闪光照相中不能忽视散射的影响。