提出了一种基于射频直线加速器的多脉冲X光照相系统, 有望用于材料动态性能诊断等流体物理动力学研究。基于射频加速器的特点, 该套照相系统能够产生时间跨度10 μs以上、数个脉冲间隔可调、脉宽为几十至一百ns的脉冲电子束, 产生电子束束斑半高宽尺寸小于1 mm。通过蒙特卡罗模拟程序Geant4, 分析计算了特定的几何布局以及不同厚度及电子束束斑条件下, 电子束打靶后在靶中的能量沉积, 靶中的电子束散射对X光焦斑的影响, 以及1 m处的照射量, 探讨了这套X光照相系统的应用可行性。结果表明, 在30 MeV,400 nC电子束轰击厚度为1 mm的靶条件下, 1 m处照射量约为9.1 R, 靶厚在1~2 mm范围内并未引起X光焦斑的明显增大。较小横向尺寸的电子束会引起靶体局部升温严重, 将会制约脉冲数量; 采用旋转靶能够提升脉冲数量, 通过分析二维旋转靶的应力, 分析了靶材升温以及钽/钽合金屈服强度对脉冲间隔的限制作用。

将门控分幅相机与快闪烁晶体结合,构成时间分辨X射线诊断系统,对神龙一号直线感应加速器产生的高能脉冲X射线源焦斑进行了测量,在时间间隔为10 ns的情况下,获得了焦斑尺寸随时间的变化曲线。在此基础上,设计了单像素尺寸为0.78 mm×0.78 mm的LYSO闪烁晶体阵列,并进行了X射线照射晶体阵列发光的初步实验,结果表明该阵列可用于高能X射线源焦斑的时间分辨诊断,并能显著提高成像的空间分辨力。

在束流轨迹方程基础上,建立了非层流无碰撞数值模拟模型,并在模型中考虑了束流空间电荷效应、发射度、能散、束心Corkscrew运动、束流横截面分布不均匀等诸多因素,编制数值模拟程序对强流相对论电子束经过磁透镜的轨迹进行了计算.计算结果表明:子束流层数一定时,焦斑直径波动在0.03mm范围内;随子束流划分层数的不同,计算所得焦斑直径的最大不确定度为±0.05mm,而焦距几乎不变化,其波动在0.08cm范围内;随子束流划分层数的增加,焦斑直径计算结果是收敛的,最终收敛值约为1.03mm.实验得到的焦距为23.2mm,焦斑直径1.3mm,实验结果表明焦距绝对误差在3.5 cm范围内,焦斑直径绝对误差在0.4mm范围内.