荧光板电子束成像系统对高能电子束电量响应的标定方法

摘要

一种荧光板电子束成像系统对高能电子束电量响应的标定方法，该方法是将成像系统的荧光板的电子入射面覆盖一层电子成像板，并将能谱连续分布的高能量大发散角的电子束通过铝板滤掉低能量电子后同时辐照在电子成像板和荧光板上，利用所述的CCD探测器记录电子束通过电子成像板和电子束通过荧光板上同等面积的计数值；通过已知的电子成像板获得电量信息，从而确定荧光板计数值与电量的对应关系。利用本方法可以对激光尾波场加速实验中的荧光板电子束成像系统进行简单的电量响应标定，而无需标准电子束源。

说明书

技术领域

本发明涉及荧光板、面阵电荷藕合器件(Charge Coupled Device，以下简称CCD)及镜头组成的荧光板电子束成像系统对高能电子束电量响应的标定方法。

背景技术

通常在激光尾波场电子加速研究中对高能电子束的低重复频率、高动态响应成像测量采用电子成像板[参见1：Kazuo A.Tanakal，Toshinori Yabuuchi，Takashi Sato，Ryosuke Kodama，Yoneyoshi Kitagawa，Teruyoshi Takahashi，Toshiji Ikeda，Yoshihide Honda，and Shuuichi Okuda，“Calibration of imaging plate for high energy electron spectrometer”，Rev.Sci.Instrum.76，013507(2005).]，而高重复频率成像测量则采用荧光板、CCD及镜头等组成的荧光板电子束成像系统[参见2：K.Nakamura，W.Wan，N.Ybarrolaza，D.Syversrud，J.Wallig，and W.P.Leemans，“Broadband single-shot electron spectrometer for GeV-class laser-plasma-based accelerators”，Rev.Sci.Instrum.79，053301(2008)]。

荧光板电子束成像系统不但能直观的显示出电子束电量在横截面上的分布，还能测量出电子束的电量。荧光板被电子辐照后会在荧光板的发光面发出荧光，CCD收集到的荧光只是全部荧光的一部分。在改变成像系统参数(例如放大率)时，会影响CCD收集到的荧光的光子数量，从而影响整个测量系统对电子束电量的响应能力。因此经常需要重新标定荧光板电子束成像系统对电子束电量的响应能力。常用的标定方法是使用荧光板电子束成像系统测量已知电量的电子束，从而通过该系统的计数值和电子束电量的关系确定该系统对电子束电量的响应能力。这种定标方法需要将整个荧光板电子束成像系统移至已有的参数已知的稳定的电子束加速器的输出端，然而在很多进行激光尾波场加速器研究的实验室中并不具备这样的电子束加速器。

发明内容

为了能够在没有标准电子束源的情况下对荧光板电子束成像系统进行标定，本发明提供荧光板电子束成像系统对高能电子束电量响应的标定方法。该方法不需要知道电子束的电量，也不需要电子束电量保持非常稳定，易于实现。

本发明的技术解决方案是：

一种荧光板电子束成像系统对高能电子束电量响应的标定方法，其特点是该方法包括下列步骤：

①在荧光板上的电子入射面上紧贴覆盖一层电子成像板，在荧光板和电子成像板之前设置一块铝板，在所述的荧光板和电子成像板之后设置CCD探测器；

②将待测的高能量大发散角电子束同时辐照在电子成像板和荧光板的交界处；

③利用所述的CCD探测器记录电子束通过电子成像板和电子束通过荧光板上同等面积的计数值；

④利用电子成像板对电子束的响应是已知的，通过计算和比较，得到荧光板电子成像系统对高能电子束电量响应的关系；

⑤改变电子束的能量，重复步骤②③④，形成荧光板电子成像系统对高能电子束电量响应的关系曲线。

所述的待测的高能量大发散角电子束的发散角为3度。

在荧光板的电子入射面的一部分面积上紧贴覆盖一层电子成像板，使得电子束能够同时辐照在电子成像板和荧光板的未被覆盖部分；将发散角约为3度、能谱为连续谱、最高能量大于100MeV的电子束入射到电子成像板和荧光板之前用5毫米厚铝板进行能量筛选，使得约为5MeV以上的电子束能够通过铝板并辐照在电子成像板和荧光板上。电子成像板对电子束的响应是已知的，并且发散角较大的电子束在横截面上的电量分布较均匀，因此只要比较在覆盖和未覆盖电子成像板的分界线处附近同等面积上的荧光板未被覆盖部分的计数值和电子成像板的计数值，便可得到荧光板计数值和电子束电量的对应关系。

本发明的技术效果和特点是：

1、只需要发散角约为3度的电子束，不需要知道电子束的电量，也不需要保持电量的稳定性，在大部分激光尾波场加速实验中都可容易获得。

2、应用本方法，不需要移动整个荧光板电子束成像系统，只需要在荧光板前加铝板和电子成像板，因此可以保持测量系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明方法的铝板、电子成像板和荧光板布局的一个实施例。

图中：1-电子束，2-铝板，3-荧光板，4-电子成像板，5-镜头，6-CCD。

具体实施方式

下面结合图1对本发明的标定方法作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，由图可见，本发明荧光板电子束成像系统对高能电子束电量响应的标定方法，包括下列步骤：

①先按图1设置：在荧光板3上的电子入射面上紧贴覆盖一层电子成像板4，在荧光板3和电子成像板4之前设置一块铝板2，在所述的荧光板3和电子成像板4之后设置具有镜头5的CCD探测器6；

②将待测的高能量大发散角电子束同时辐照在电子成像板4和荧光板3的交界处；

③利用所述的CCD探测器6分别记录电子束通过电子成像板4和电子束通过荧光板3上同等面积的计数值；

④利用电子成像板对电子束的响应是已知的，通过计算和比较，得到荧光板电子成像系统对高能电子束电量响应的关系；

⑤改变电子束1的能量，重复步骤②③④，形成荧光板电子成像系统对高能电子束电量响应的关系曲线。

本实施例中：铝板2的厚度为5毫米，被平行放置在荧光板3前1厘米处。电子成像板4为长方形，荧光板3为正方形，电子成像板4刚好将一半的荧光板3覆盖。电子束1垂直于荧光板3入射，电子束中心与荧光板3的中心重合。通过铝板2的电子束1辐照在电子成像板4和荧光板3上。电子束辐照后，电子束通过荧光板的计数值由荧光板成像系统中的记录元件CCD探测器6记录。选取距交界线为L处的A点附近的电子成像板4上一个面积单元，读取其积分计数值S_A。并在未覆盖电子成像板的荧光板上相对交界线与A点对称的B点附近选取同样大小的面积单元，读取其积分计数值S_B。L尽量短，以使得在2L长度内，电子电量几乎均匀分布。面积单元也要尽量小，使得面积单元内电量变化很小。S_A对应的电量可以通过电子成像板的响应能力换算为电量Q，则所述是荧光板电子束成像系统单位计数对应的电量为Q/S_B。通过改变电子束1的能量，重复步骤②③④，形成荧光板电子成像系统对高能电子束电量响应的关系曲线。