光学学报, 2015, 35 (2): 0234001, 网络出版: 2015-01-20   

基于多毛细管X光透镜的数值模拟

Numerical Simulation of Polycapillary X-ray Lens
彭诗棋 1,2,3,*刘志国 1,2,3孙天希 1,2,3王锴 1,2,3易龙涛 1,2,3杨魁 1,2,3陈曼 1,2,3
作者单位
1 北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室, 北京 100875
2 北京师范大学核科学与技术学院, 北京 100875
3 北京市辐射中心, 北京 100875
摘要
为了优化多毛细管X光透镜的设计,利用旋转坐标系的方法建立子管方程,根据光线追迹原理建立了X 射线在导管中传输的模型,直接求解一元四次方程得到X 射线每次反射时与管壁的交点,从而追踪单根X 射线的运动轨迹,并由大量X 射线的总的运动规律得到X 射线在单根导管中的传输规律,再由单根导管拓展到整个透镜。在此基础上编写程序,实现了对X 光透镜的传输效率和光斑的模拟计算。为了验证模拟的准确性,对两个平行束透镜分别进行了实验测试和模拟。在8.05 keV 下,所测的传输效率为13.0%,模拟计算结果为14.2%。在对光斑的模拟中,模拟所得的光斑也与实验结果相符合。结果表明,模型的建立是合理的,在类似透镜的设计制造中有着潜在应用。
Abstract
To optimize the design and fabricate the X- ray lens, the method of rotating coordinate system is used to establish the equation of the tubes. Some mathematical transformations and formulae are used instead of iterative method to find out the intersection of the X- ray and the wall of the capillary, so that X- ray′ s trajectory can be traced. The transmission rule of the X- ray propagation in the X- ray lens can be got, after tracing a large number of X- ray beams. A program based on ray- tracing method is designed to simulate the transmission efficiency of the X- ray lens and the light spot gained from it. Two parallel lenses are tested to verify the rationalization of the model. As to the transmission efficiency, the experimental result is 13.0% and the simulation result is 14.2% when the energy of the photon is 8.05 keV. And there is a notable similarity between optical and simulated images of the light spot. The results show that the mathematical model is reasonable, and it has the potential of designing and fabricating X-ray lenses.

彭诗棋, 刘志国, 孙天希, 王锴, 易龙涛, 杨魁, 陈曼. 基于多毛细管X光透镜的数值模拟[J]. 光学学报, 2015, 35(2): 0234001. Peng Shiqi, Liu Zhiguo, Sun Tianxi, Wang Kai, Yi Longtao, Yang Kui, Chen Man. Numerical Simulation of Polycapillary X-ray Lens[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(2): 0234001.

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