大面积MCP选通X射线分幅相机的研制

    在激光与物质相互作用、惯性约束聚变、等离子体物理等超快研究及其应用领域，需要研究持续时间为纳秒及亚纳秒量级的超快物理过程及物理参数，微通道板 ( microchannel plate，MCP) 选通 X射线分幅相机是关键诊断工具之一，它可完成超快现象的高时间、空间分辨与捕获，具有皮秒量级的时间分辨和二维空间分辨能力，且其一次曝光可获得不同时刻的多幅图像［1-3］．

    随着 MCP 的发展及皮秒高压电脉冲技术的突破，MCP 行波选通分幅相机的性能得到逐渐提高．目前实用化分幅相机的时间分辨率为 60 ～ 100ps［4-5］，采用薄 MCP ( 厚度为 0. 2 mm) 技术，可将时间分辨率提高至 35 ps 左右［6］． 近年 Hilsabeck TJ 等［7］采用电子束时间放大系统，研制出时间分辨率为5 p 的 X 射线分幅相机样机． 随着分幅相机时间分辨率的提高，对画幅尺寸和事件时间记录长度的要求也不断提高． 画幅尺寸由微带阴极宽度决定，时间记录长度由微带阴极长度决定［8］． 目前，分幅相机多使用小 MCP［9］，若在 MCP 输入面镀上4条相互独立的直微带阴极，每条微带阴极的长度为40 mm，宽度为 6 mm，则时间记录长度约为 1 ns，X 射线像的大小需在 0. 5 mm 内 ( 假设被拍摄等离子体的 X 射线像经放大倍数为 12 的针孔阵列成像在微带阴极上) ． 为增大画幅尺寸，增加时间记录长度，本文研制大面积 MCP 行波选通 X 射线分幅相机，在 MCP 输入面上镀有 6 条相互独立的直微带阴极，并测量该分幅相机的性能指标．

    1 大面积 MCP 选通 X 射线分幅相机结构

    X 射线分幅相机系统主要由成像针孔阵列、MCP 分幅变像管、选通脉冲发生器和 CCD 构成．选通脉冲通过以 MCP 为电介质的微带阴极加在MCP 上，被拍摄等离子体的 X 射线图像经针孔阵列同时成于 MCP 输入面的不同部位，若 MCP 上不加电压，则 X 射线图像将被 MCP 吸收，在 MCP 分幅变像管的荧光屏上没有图像输出． 当选通脉冲沿微带阴极在 MCP 上传输时，某时刻仅有一段微带区域存在电压，经某个针孔而成在该区域的 X 射线像所产生的光电子图像将被 MCP 增强，并到达荧光屏形成可见光图像． 经过一段时间传输后，选通脉冲到达另一个针孔所成的 X 射线像区域，此时该图像将被输出． 这样，这些针孔所成的像将依次逐个被选通，输出的可见光图像用紧贴在光纤面板的CCD 记录．

    MCP 分幅变像管是相机的核心部件，由阻抗渐变线、微带阴极、MCP 和制作在光纤面板上的荧光屏组成，如图 1，其作用是将 X 射线转换成可见光，实时空分辨． 低背景噪声，大动态范围等性能指标的实现均主要取决于该系统． 本研究中 MCP分幅变像管的主要参数为: MCP 外径 106 mm、厚0. 5 mm、通道直径 12 μm、通道间距 14 μm、斜切角 6°． 在 MCP 输入面上蒸镀 6 条宽度为 12 mm、间隔为 3 mm 的微带阴极 ( 500 nm Cu 和 100 nmAu) ，MCP 输出面蒸镀与输入面相同厚度的 Cu 和Au． MCP 与荧光屏的距离为 1 mm．