一种软X射线源辐射强度标定系统和标定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种软X射线源辐射强度标定系统和标定方法，包括辐射源真空腔、实验真空腔、X射线传输腔、X射线源、软X射线CCD探测器；本发明专利技术采用单光子计数技术，标定软X射线辐射强度，尤其是可以标定能量在2keV以下的X射线源的辐射强度，打破了单光子计数X射线CCD的能量限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于X射线领域，具体涉及一种辐射强度标定方法，特别涉及软X射线辐射强度、软X射线探测及单光子计数技术。
技术介绍
X射线在空间中广泛存在，特别是在天体物理现象活跃爆发时，X射线会大量产生，在天文观测中常被观测记录。在X射线成像方面，1999年发射升空的美国钱德拉天文台和2000年发射成功的欧洲牛顿天文台是目前世界上性能最好的X射线天文望远镜，十几年的工作已帮助人类记录了大量空间的X射线事件。除了成像外，还有一类X射线活动是以X射线光子形态存在的，对这类天文现象的记录称为X射线探测。国际已有相关宇航单位开展了空间X射线探测载荷的研制工作，相应的载荷性能测试工作同步开展。载荷性能测试中需要构造符合空间X射线辐射水平的X射线光子源，此时就需要对X射线光源的辐射强度进行标定。单光子计数技术是对极微弱光的一种探测技术。极微弱光辐射到探测器像面上，达到单光子计数条件，即单位像元面积内获得的光子数小于1；从而通过统计获得信号的像元数目，就可以得到极微弱光源辐射到探测器上的光子的数量，从而计算出光源的辐射强度。但是目前的单光子计数CCD探测器不能探测能量在2keV以下的软X射线。同时，目前的软X射线源单位时间内的辐射强度都很大，短距离内不能达到单光子计数条件。总之，现有技术无法对软X射线源的辐射强度进行标定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种软X射线源辐射强度标定系统及标定方法，可以实现对软X射线源、特别是能量在2keV以下的软X射线源辐射强度的标定。本专利技术的技术方案是：一种软X射线源辐射强度标定系统，包括辐射源真空腔、实验真空腔、X射线传输腔、X射线源、软X射线CCD探测器；所述辐射源真空腔内产生X射线，经过X射线传输腔内长距离传输后实现CCD单位像元、单位时间内接收到的X射线光子数小于1，作为软X射线源辐射强度标定的X射线源和标定系统。所述辐射源真空腔为卧式容器，容器上开有电接口法兰、粗抽管路接口法兰、X射线传输腔接口。所述实验真空腔为卧式容器，内部具有实验平台及去污冷屏，容器上开有软X射线CCD探测器接口法兰、电接口法兰、粗抽管路接口法兰、X射线传输腔接口。所述X射线传输腔长10m到200m，由主管道及波纹管调节管道连接组成，真空连接管路材料为不锈钢，内壁抛光处理。所述X射线源为双阳极X射线管，双阳极X射线管装配固定在辐射源真空腔中，通过电源激励电子轰击在金属材料上，使得金属材料内层电子跃迁，产生特定谱段的X射线辐射。所述X射线源的谱段为Mg～1.25keV；Al～1.49keV，带宽：Mg～0.70eV；Al～0.85eV，每秒输出光子数：109～1012。所述软X射线CCD探测器具有高灵敏度特点，能够响应能量1eV～10keV的单光子量级的X射线光子。一种软X射线源辐射强度标定方法，在软X射线源辐射强度标定系统系统内对软X射线源、特别是能量在2keV以下的软X射线源的辐射强度进行标定，包括以下步骤：(1)根据X射线源参数，估算X射线源辐射强度I；X射线源参数包括软X射线源工作功率、X射线光子能量、辐射立体角范围和X射线源能量转化效率；(2)根据估算的X射线源辐射强度I和软X射线CCD探测器像元尺寸，估算X射线源到软X射线探测器的距离L，使得单位像元单位时间内接收到的X射线光子数远小于1；(3)将软X射线CCD探测器固定在距离X射线源距离为L处，且使像面垂直于X射线源与X射线CCD探测器中心连线；(4)在单位时间t内，使用软X射线CCD探测器采集X射线源辐射的X射线光子；(5)统计单位时间t内，软X射线CCD探测面积S上获得信号的像元数A，即可得到单位时间和单位面积内X射线源的辐射强度：AL2/tS。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)由于在本专利技术中X射线源到X射线CCD探测器像面的距离可以做到很长，可以通过增加源到探测器的距离减小单位时间单位面积内X射线光子数，使得探测器平均每个像元接收到的X射线光子数远小于1，从而达到单光子计数条件；(2)本专利技术中的软X射线CCD探测器可探测能量2keV以下X射线光子，从而使得本专利技术可以标定能量2keV以下的X射线源的辐射强度，打破了单光子计数X射线CCD的能量范围限制。附图说明图1为本专利技术标定系统构成图；图2为本专利技术标定方法的流程；图3为本专利技术为软X射线CCD探测器信号图。具体实施方式下面结合附图1对本专利技术的系统做进一步的描述。如图1所示，本专利技术的标定系统包括以下五个部分：辐射源真空腔、实验真空腔、X射线传输腔、X射线源、软X射线CCD探测器。辐射源真空腔、实验真空腔、X射线传输腔、X射线源如图1中所示连接成一整套真空系统。软X射线CCD探测器在实验真空腔内，通过法兰接口与真空腔外的电脑相连。辐射源真空腔内产生X射线，经过X射线传输腔内长距离传输后实现CCD单位像元、单位时间内接收到的X射线光子数小于1，作为软X射线源辐射强度标定的X射线源和标定系统。如图2所示，本专利技术标定方法步骤如下：步骤1：估算X射线源辐射强度。根据X射线源参数：X射线源辐射功率P，X射线光子能量E和X射线源能量转化效率η，估算单位时间X射线源辐射强度I＝ηP/E。根据估算的单位时间X射线源辐射强度I、X射线源辐射立体角θ，计算单位时间单位立体角内X射线源的辐射强度I＝I/。步骤2：估算探测器到X射线源的距离。定义软X射线CCD探测器到X射线源的距离为L，软X射线CCD探测器单位像元面积为D，则软X射线CCD探测器单位像元对X射线源的立体角为D/L2。根据单位时间单位立体角内X射线源的辐射强度Iθ，计算得到单位时间单位像元接收到的X射线光子数量为IθD/L2＝ID/θL2＝ηPD/EL2。根据单光子计数条件，ηPD/EL2＜＜1，得到L＞＞(ηPD/E)0.5。步骤3：装配调整标定系统。将软X射线CCD探测器固定在实验真空腔内距离X射线源L(＞＞(ηPD/E)0.5)处，且使像面垂直于X射线源与探测器中心连线。步骤4：采集X射线光子。在标定系统内，使用软X射线CCD探测器采集X射线源辐射的X射线光子。软X射线CCD探测器采集到的图像如附图3所示，图中白色亮点为采集到X射线光子的CCD像元。步骤5：计算辐射强度。统计时间t内、探测面积S上获得信号的像元数A。计算得出X射线源单位时间单位立体角内的辐射强度：AL2/tS。如图3所示，白色亮点为采集到X射线光子的CCD像元，黑色部分为没有采集到X射线光子的CCD像元，通过软件可以统计出采集到X射线光子的数目。总之，本专利技术采用单光子计数技术，标定软X射线辐射强度，尤其是可以标定能量在2keV以下的X射线源的辐射强度，打破了单光子计数X射线CCD的能量限制。本专利技术说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软X射线源辐射强度标定系统，其特征在于：包括辐射源真空腔、实验真空腔、X射线传输腔、X射线源、软X射线CCD探测器；所述辐射源真空腔内产生X射线，经过X射线传输腔内长距离传输后实现CCD单位像元、单位时间内接收到的X射线光子数小于1，作为软X射线源辐射强度标定的X射线源和标定系统。

【技术特征摘要】
1.一种软X射线源辐射强度标定系统，其特征在于：包括辐射源真空腔、实验真空腔、X射线传输腔、X射线源、软X射线CCD探测器；所述辐射源真空腔内产生X射线，经过X射线传输腔内长距离传输后实现CCD单位像元、单位时间内接收到的X射线光子数小于1，作为软X射线源辐射强度标定的X射线源和标定系统。2.根据权利要求1所述的软X射线源辐射强度标定系统，其特征在于：所述辐射源真空腔为卧式容器，容器上开有电接口法兰、粗抽管路接口法兰、X射线传输腔接口。3.根据权利要求1所述的软X射线源辐射强度标定系统，其特征在于：所述实验真空腔为卧式容器，内部具有实验平台及去污冷屏，容器上开有软X射线CCD探测器接口法兰、电接口法兰、粗抽管路接口法兰、X射线传输腔接口。4.根据权利要求1所述的软X射线源辐射强度标定系统，其特征在于，所述X射线传输腔长10m到200m，由主管道及波纹管调节管道连接组成，真空连接管路材料为不锈钢，内壁抛光处理。5.根据权利要求1所述的软X射线源辐射强度标定系统，其特征在于，所述X射线源为双阳极X射线管，双阳极X射线管装配固定在辐射源真空腔中，通过电源激励电子轰击在金属材料上，使得金属材料内层电子跃迁，产生特定谱段的X射线辐射。6.根据权利要求1或5所述的软X射线源辐射强...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏鲁宁，刘勋，李维，苏云，郭崇玲，阮宁娟，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11