高能闪光照相X射线能谱的理论研究.pdf

第11卷第4期强激光与粒子束Vol.11,No.4
1999年8月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSAug.,1999

文章编号:1001-4322(1999)04-0439-06

X
高能闪光照相X射线能谱的理论研究
施将君,谢龙,管永红
(中国工程物理研究院流体物理研究所,成都523信箱,610003)

摘要:用Monte2Carlo方法模拟球对称客体系统的闪光照相中X光光子的输运过程。
分别在单客体情况和全系统情况下,给出了记录平面上各种光子谱及其在记录平面上的空间
分布。结果表明:记录区边缘的谱形与源光子谱形很相似;深穿透区各点之间的谱形差别不大,
谱平均光子能量近似相同,并且位于使高Z材料的光子线吸收系数最小的能量范围内。结果
还表明,高能闪光照相的光子能谱会因客体中光子的光程不同而有较大的差别。
关键词:Monte2Carlo方法;光子通量谱;照射量谱;谱平均能量
中图分类号:O571.251文献标识码:A

内爆动力学的闪光照相研究需要给出闪光照相图象中X光照射量的能谱和空间分布(分
别按直穿成分和散射成分给出),以使图象处理和复原工作顺利进行。确定源光子能谱,给出各
部件穿透后的直穿成分与散射成分的X光能谱及空间分布,对于照相系统布局的优化、图象
处理和复原工作都是必不可少的。国际上,高能闪光照相能谱研究工作做得很细[1],在光子输

运问题中涉及到光子通量Un与光子照射量X(对应于光子能量通量)。X光光子能通量谱(对

应于照射量谱)SX(E)是实验上可测量的,而X光光子通量谱(简称能谱)则是图象处理和复
原工作所需要的。本文的目的是从理论上给出高能静态客体模型中X光光子通过客体及其下
游元件后的能谱、能谱的演变和在记录平面上的空间分布。照相客体的静态模型,事先是经精
心设计的。这些能谱都按照直穿成分、散射成分这两种不同光子的谱形给出。

1源光子能谱
原则上,使用电子—光子耦合输运的Monte2Carlo程序[3]可以求出在轫致辐射强度的角
分布和能谱。我们计算中的源光子能谱使用由参考文献[2]所提供的解析结果。解析上采用玻

恩近似、小角近似和极相对论近似。这时可得光子能量在E→E+dE之间、发射角在H0→H0+
dH之间的光子双微分截面公式
2222222
4Zr0dE16yW(W0+W)W0+W4yW
dRE,H0=ydy24-22+22-24lnM(y)
137E(y+1)W0(y+1)W0(y+1)W0(y+1)W0
(1)
2
其中W0、W分别为一次碰撞中以m0c为单位的电子的初态总能量和终态总能量;r0是经典电
2
子半径;E是以m0c为单位的光子能量;y=WH0。对H0从0到P的积分可得光子能量在%→
E+dE之间光子的单微分截面公式
22
2Zr0dEW22W2-1
dRE={(1+()-)(lnM(0)+1-tanb)+
137EW03w0b

X中物院科学基金资助课题(基金号:970452)
1999年5月21日收到原稿,1999年6月17日收到修改稿。
施将君,男,1942年8月出生,副研究员
©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.
044强激光与粒子束第11卷

2
W224(2-b)-182
[2ln(1+b)+3tanb-2+]}(2)
W0b3b3b9
以上方程(1)、(2)中,参量M(y)、M(0)与b的定义见参考文献[2]。根据(1)式确定发射到极角
3
为H0方向上的光子能通量谱;而方程(2)用来确定靶所发射的所有光子的能通量谱SX(E)≡

1dRE3
E,SX(E)是单位能量间隔的光子能通量数。
RtdE
实际上,不同极角H0方向上的光子能通量谱略
有区别,图1中的虚线是由方程(2)所给出的能通量
谱,其它五条实线均是在小角度方向由方程(1)确定
的能通量谱。在闪光照相中,人们关心的是小角度内
的积分谱。计算表明,HF2°的小角度内的积分谱与
总积分谱的谱形极为相似,区别仅在于高能部分稍
比总积分谱丰富一些。因此,源光子能通量谱可近似
用总积分谱来代替,但要考虑实际靶材料的辐射的
衰减(靶厚为毫米量级)。Fig.1Thebremsstrahlungspectrumoftargetat
为了对光子穿透过不同厚度材料后的能谱变化varioussmallpolarangleH0
图1不同极角H0方向上轫致辐射能谱
情况有定性了解,图2(a)给出了高能情况下,经厚
(电子动能We=20MeV)
度分别为0、2、4、6、8和10cm的钨(W)穿透后通量
谱的演变情况;图2(b)则是能通量谱的演变情况。图2明显地表明,当材料厚度增加时,通量

Fig.2