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双轴闪光照相系统中的散射问题研究

作　者: 张绚
导　师: 刘瑞根；刘军
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 光学
关键词: 双轴闪光照相系统轴间串扰侧向散射蒙特卡罗方法
分类号: O436.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高能闪光照相诊断技术是在非核内爆过程后期用来研究弹芯的物理特性和几何特性的有效手段。在高能闪光照相诊断技术中,散射是一个需要重点考虑的关键性问题,散射不但降低了图像的对比度,还严重干扰了客体界面信息和密度分布的正确确定。随着内爆动力学的发展,为了满足武器发展和高速动态过程诊断的需要,高能闪光照相系统由单轴闪光照相系统发展到双轴闪光照相系统。在双轴闪光照相系统中,由于布局结构的复杂化,散射的影响变得更加严重。本论文针对双轴闪光照相系统中的散射物理问题,重点研究了轴间干扰(文中称为侧向散射)的影响因素、影响程度、主要来源及降低侧向散射的方法。为了考察来自不同轴上的照相器件的侧向散射的影响,在单轴布局下,开展了侧向散射影响因素的分析。通过理论分析和数值模拟,获得了侧向散射的空间分布特点,确定了侧向散射的主要来源。为了减小源光子(包含有机玻璃出射的光子)的影响,给出了准直器的外径尺寸。重点考察了客体光程、前防护锥参数、光源参数以及后防护锥厚度等参数的影响,结果表明：(1)在客体结构不变的情况下,客体外层材料的性质对侧向散射的影响较大；在客体总装量不变的条件下,只要客体的几何结构一定,各层密度分布情况对侧向散射照射量及分布的影响可以忽略。(2)增大前防护锥的厚度,侧向散射变大；增大前防护锥和客体之间的距离,侧向散射减小；比较了铝、铁和石墨三种材料作为前防护锥的侧向散射结果,等光程情形下,Fe前防护锥的侧向散射贡献较小。(3)为了获得足够精确的侧向散射,需要比较准确的击靶电子束参量,特别是束斑尺寸和归一发射度两个参量。(4)后防护锥的侧向散射贡献相比于前防护锥和客体很小,甚至可以忽略。这些结论有助于加深对侧向散射规律的认识,从降低侧向散射角度优化双轴闪光照相系统布局设计在双轴系统布局下,研究了双轴闪光照相系统中的散射尤其是侧向散射问题,并针对性地提出了相应的解决方法。针对不同准直角照相的情况,将侧向散射与前向散射进行比较,给出了在不考虑散射扣除的前提下侧向散射带来的密度相对误差的估算公式,定量地分析了侧向散射的影响程度。结果表明,对于采用陡坡准直器(准直角为1.30°)的情况,需要考虑侧向散射的影响,而对于准直到铜区外边界或以外(准直角大于或等于1.86°)的情况,侧向散射的影响可以忽略。为了考察侧向散射的来源,对各种照相器件的侧向散射贡献进行了统计,确定了异轴的主准直器、前防护锥侧向散射和同轴后防护锥对这些侧向散射的再散射构成了侧向散射的主要来源。对同轴后防护锥进行了分层分析,确定了同轴后防护锥的散射规律。在侧向散射分析的基础上,提出在同轴后防护锥前后分别增加屏蔽环和屏蔽柱,用来降低侧向散射,该方案可使侧向散射照射量降低一个数量级。通过本论文的研究工作,对双轴闪光照相系统中散射物理问题尤其是轴间干扰的问题有了初步的了解,获得了一些具有指导意义的结论,可以为双轴闪光照相系统的布局设计和图像处理提供理论依据。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 研究现状  11-16
    1.2.1 单轴照相  11-13
    1.2.5 多轴照相  13-16
  1.3 存在的主要问题  16-17
  1.4 研究内容  17
  1.5 本文的结构和安排  17-18
第二章基本理论  18-27
  2.1 闪光照相基本原理  18-20
  2.2 X光子与物质相互作用  20-22
    2.2.1 光电效应  20-21
    2.2.2 康普顿散射  21
    2.2.3 电子对生成效应  21-22
    2.2.4 三种作用的关系  22
  2.3 散射的解析分析  22-24
  2.4 侧向散射的影响分析  24-27
第三章侧向散射主要影响因素分析  27-42
  3.1 引言  27-29
  3.2 记录面相对客体中心距离的影响  29-34
  3.3 客体的影响  34-35
    3.3.1 结构不变情况  34
    3.3.2 总装量不变情况  34-35
  3.4 前防护器参数的影响  35-38
    3.4.1 前防护器厚度的变化  35-36
    3.4.2 前防护器位置的变化  36-37
    3.4.3 前防护器材料变化  37-38
  3.5 光源影响  38-40
  3.6 后防护器影响分析  40-41
  3.7 小结  41-42
第四章双轴照相系统的侧向散射模拟  42-56
  4.1 引言  42-43
  4.2 轴1准直角的影响  43-48
    4.2.1 轴2无后防护器件  43-45
    4.2.2 轴2有后防护器件  45-48
  4.3 准直器厚度  48
  4.4 记录面相对后防护器距离的影响  48-50
  4.5 侧向散射来源与分层分析  50-52
  4.6 降散射措施  52-55
  4.7 小结  55-56
第五章结束语  56-59
致谢  59-60
参考文献  60-62

双轴闪光照相系统中的散射问题研究

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