强激光与粒子束
2022, 34(10): 104008
强激光与粒子束
2022, 34(8): 085002
西北核技术研究院 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西安 710024
介绍了西北核技术研究院研制的4 MV脉冲X射线闪光照相装置（“剑光二号”）系统组成和实验结果。装置基于感应电压叠加器(IVA)驱动阳极杆箍缩二极管（RPD）技术，主要由前级脉冲功率源、感应电压叠加器和RPD等组成。前级脉冲功率源由两台3.2 MV低电感Marx发生器和四路同轴水介质线组成。每台Marx同时给两路脉冲形成线（特征阻抗6 Ω、电气长度30 ns）充电，充电峰值时间约370 ns。每路水介质线采用两级脉冲压缩，为感应腔馈入约1 MV/160 kA/60 ns电脉冲。电触发SF6气体开关、自击穿水开关分别用作主同步开关和脉冲陡化开关。感应电压叠加器采用四级1.5 MV感应腔串联，每级感应腔采用单点馈入结构。次级采用真空绝缘传输线实现电压叠加和功率传输，特征阻抗由30 Ω线性增大至120 Ω。采用4 MV电压下综合性能较优的RPD来产生强脉冲X射线。装置目前达到技术指标：输出电压4.3 MV、脉冲前沿(10%～90%) 21 ns、半高宽约70 ns、二极管电流85 kA，X射线半高宽约55 ns，整机延时（从Marx触发器输出到X射线产生）约749 ns，标准偏差约7 ns。当RPD阳极采用直径2 mm钨针时，正前方1 m处剂量约15.5 rad(LiF)，正向焦斑约1.4 mm。
X射线照相 感应电压叠加器 阳极杆箍缩二极管 感应腔 脉冲形成线 flash X-ray radiography induction voltage adders rod pinch diode induction cavity pulse forming lines 强激光与粒子束
2020, 32(2): 025013
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
闪光X射线照相是获得高凝聚态物质内部物理图像的重要手段, 阳极杆箍缩二极管是X射线源的重要组成部分之一, 其设计直接影响X射线源稳定性。由于受装置结构及真空等因素的影响, 使得阴阳极几何中心同心存在一定的困难。因此, 评估同心偏差对二极管物理特性的影响, 对提高闪光X射线源稳定性具有重要的意义。针对阴阳极几何中心同心偏差问题开展实验研究, 分别取三种同心偏差度(小于1%, 1502%和22.92%)状态。在1 MV电压下获得了不同同心偏差度下二极管电参数特性, 并在此基础上结合理论模型分析了同心偏差度对二极管物理特性及电极等离子体扩散速度的影响。研究结果表明, 随着同心偏差度增加, 磁绝缘阶段阻抗下降率及等离子体扩散速度呈非线性增加, 同时造成该阶段二极管阻抗与脉冲驱动源输出阻抗失配严重, 降低了二极管与脉冲驱动源的能量耦合效率。
杆箍缩二极管 同心度 闪光X射线源 等离子体扩散 rod-pinch diode concentricity flash X-ray radiography plasma expansion 强激光与粒子束
2018, 30(11): 115003
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
闪光X射线源是获得高凝聚态物质内部物理图像的重要手段，阳极杆箍缩二极管(RPD)作为其重要组成部分之一，直接影响闪光X射线源照相质量。研究RPD物理特性对二极管物理结构优化设计及实验调试具有重要意义。分析了RPD空间电荷限制、弱箍缩和磁绝缘阶段物理模型。基于PIC模拟技术，编写了计算程序，研究了RPD不同阶段的电子电流、离子电流及电子束箍缩物理特性。通过理论分析，获得了特定几何结构RPD物理模型修正系数及各个阶段离子电流与电子电流比，验证了粒子模拟代码的有效性。模拟结果表明：空间电荷限制阶段，粒子模拟结果与双极性流计算结果一致；在弱箍缩和磁绝缘阶段，粒子模拟得到的总电流与磁绝缘模型计算结果一致，且与文献给出的经验拟合表达式计算结果一致；磁绝缘阶段离子电流与电子电流之比与电压和二极管几何结构相关，给出了离子电子电流比增大系数η与电压和阴阳极半径比的关系，该系数受电子、离子在不同结构二极管渡越时间的影响，随电压和阴阳极半径比增加而逼近恒定值。
阳极杆箍缩二极管 闪光X射线源 粒子模拟 电子束 箍缩特性 rod-pinch diode flash X-ray radiography source particle-in-cell electron beam pinching characteristics 强激光与粒子束
2018, 30(8): 085003
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
目标界面位置信息是闪光照相中关注的内容之一, 而闪光图像的低信噪比影响了微结构界面位置的准确提取。研究了基于马尔可夫随机场的闪光图像分割算法, 在闪光图像分割过程中采用马尔可夫模型描述被分割像素之间的相关性, 减少了由噪声所引起的孤立虚假目标, 提出利用中空邻域模板内的起伏定义标号场模型中的基团势函数, 改进了闪光图像的分割方法, 提高了微结构分割精度。数值实验表明, 改进后的马尔可夫随机场分割方法能取得更好的分割结果。
图像分割 闪光照相 马尔可夫随机场 image segmentation flash X-ray radiography Markov random field 强激光与粒子束
2016, 28(12): 124001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
针对闪光照相图像受模糊及噪声影响的问题, 提出了一种基于约束优化的闪光照相图像重建算法。该算法建立基于平行束投影的正向成像矩阵, 并通过嵌入模糊矩阵表达成像过程中的模糊因素, 采用最速下降法求解重建问题。在算法中设计了预优矩阵以提高迭代重建速度, 利用客体密度值非负、密度分布分段光滑并含有阶跃性边界的先验知识,设计和采用了非负约束、光滑约束及广义变分边界约束条件。对仿真FTO客体图像及实际闪光照相图像的重建结果表明, 基于约束优化的重建算法具有良好的边界保持能力及噪声抑制能力, 可以有效提高图像重建质量。
图像重建 闪光照相 广义变分 约束优化 image reconstruction flash X-ray radiography generalized variation constrained optimization 强激光与粒子束
2016, 28(9): 094002
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
针对闪光照相图像低信噪比的特点，研究了带约束的基于极大似然模型和期望最大化算法(ML-EM)的闪光照相图像重建算法。该算法在ML-EM迭代重建算法的基础上，根据闪光照相图像低信噪比的特点及被重建客体具有分段平滑的先验信息，在迭代重建的过程中进行了相应的噪声抑制，抑制了噪声对重建结果的影响，同时很好地保持了客体的边界特征。数值模拟结果表明，基于噪声约束的ML-EM重建算法能取得较好的重建效果。
图像重建 闪光照相 ML-EM算法 image reconstruction flash X-ray radiography ML-EM algorithm 强激光与粒子束
2016, 28(5): 054003
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
通过研究法国实验客体(FTO)的闪光照相过程,设计了静态照相过程中采用的准直措施,除传统的一二级准直体外,还通过添加三级准直体来进一步控制入射到客体边缘部分的X射线,从而降低散射的影响。蒙特卡罗方法模拟结果表明,采用三级准直技术可以有效地控制散射的影响,图像接收平面各边界的直散比有了明显的提升。
高能闪光照相 法国实验客体 准直技术 蒙特卡罗模拟 三级准直 high-energy flash X-ray radiography French Test Object collimation technology Monte Carlo method 3-grade collimating system 强激光与粒子束
2014, 26(4): 044002
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的闪光照相网栅图像修补算法, 该方法采用滑动窗口方法将待修补的网栅图像分为若干子块, 然后在每个子图像内分别引入RBF神经网络, 将栅孔内图像作为已知数据计算RBF网络参数, 并以此对每个子图像进行修补, 数值试验表明, 该算法能较好地再现图像边缘信息, 修复的图像在信噪比和视觉方面都优于线性插值和样条插值的结果。
图像修补 闪光照相 神经网络 径向基函数 image inpainting flash X-ray radiography neural network radial basis function
