具有高深宽比的超轻X射线准直器的研制

Novel collimators for X-ray detection will be obtained by applying a multiply assembling strategy. High-precision laser drilling can facilitate the fabrication of collimator with excellent transmittance. Furthermore, multiple collimator units will be assembled with differential spacings in accordance with the optimized arithmetic to ensure a high aspect ratio. The afforded X-ray collimator will feature an area larger than 900 cm2, a transmittance higher than 90%, an FOV of smaller than 30’ and a loss of weight up to 70%. The assessment of its mechanical properties will be performed to validate whether the collimator could survive the launching environment. The collimating capability will be implemented using CCD in both visible and X-ray wavebands, which will provide the feasibility of the new assembling protocol of X-ray collimator.

本项目是基于多片组装的新策略来搭建X射线探测用的准直器。首先，使用高精度激光加工技术来制备具有高透过率的准直器单元。为保证高的准直器的深宽比，需将多片准直器单元按一定规则进行间隔组装，形成面积大于900平方厘米，透过率大于90%，视场小于30角分，减重70%以上的X射线轻型准直器。在制备工艺条件成熟之后，着重研究器件整体的力学性能是否能够满足软X射线探测环境的需求。探讨准直器在X射线以及可见光波段范围内的准直能力。探索工艺参数变化对于X射线准直能力的影响，验证全新思路制备准直器的可行性。

本项目是基于多片组装的新策略来搭建X射线探测用的新型Söller型准直器。在项目开展过程中，我们使用了脉冲光纤激光加工技术来制备具有高尺寸一致性的准直器单元，并将其组装成为准直器。和其它制备方法相比，本项目中的组装策略可以保证在准直器的准直性能不受影响的前提下，得到减重幅度高达67%的准直器。将21片准直器单元放置并对准于预先加工好的沟槽之内，即可得到加工视场（FOV）为±1°的Söller准直器，这些沟槽间的间隔由算法计算得到，可以确保没有杂散光信号通过准直器。通过光学显微镜和X射线断层扫描（CT），我们验证了组装得到的准直器具有优良的表面形貌以及内部对准程度。X射线平行光实验验证了该准直器的准直角和设计值非常接近。此外我们还考察了制造材料的密度/原子序数对准直器准直性能的影响，用相同方法制备了不锈钢和钼的准直器，通过激光焊接的方法进一步简化了加工步骤。通过50keV X射线成像实验，可以清晰的得到到二者的成像结果，证明了钼准直器具有更高的准直能力。依据成像投影半径的大小，我们也可以计算出钼准直器的X视场角为±1.05°，和设计值高度吻合。因此，筛选不同材料对于X射线探测和成像的分辨率和敏感度的改善，具有的较高实用价值。同时，本项目所涉及准直器制备方法具有高度的可行性和可扩展性，并且随着准直器视场角的减小，减重幅度会进一步提升。为其在天文探测和临床医疗成像等相关领域的应用提供了可能。