X射线生成

虽然X射线管作为放射成像的来源已广泛普及且价格低廉,但同步加速器凭借其更高的光束亮度开创了新型高分辨率成像技术,代价是设备体积显著增大。

激光加速电子用于X射线生成

在未来数十年间,强激光将具备独特能力:能在极为紧凑的装置中,将来自固体或气体靶的电子加速至兆电子伏特至吉电子伏特能量,同时实现短脉冲持续时间与小光斑尺寸。这些电子可通过多种机制转化为高亮度X射线辐射:刹车辐射、Kα发射、贝塔特龙效应、逆康普顿散射(ICS)或自由电子激光(FEL)。

刹车辐射涉及固态靶材将电子能量转化为宽谱辐射,而特定材料则会呈现窄带谱线,对应Kα和Kβ跃迁。光源的聚焦尺寸取决于激光光斑大小,但辐射本身呈宽带分布。

自由电子激光(FEL)过程通过厘米级周期的磁耦合器使相对论电子产生振荡,从而产生指向性X射线辐射,其波段范围从软X射线延伸至硬X射线,具体取决于电子能量。

逆康普顿散射(ICS)过程涉及一个强烈的反向传播激光脉冲,其作为光学耦合器使相对论电子在微米尺度上振荡,从而产生定向X射线辐射,其波段范围取决于电子能量,涵盖硬X射线至伽马射线领域。X射线束的亮度取决于电子束的电荷量和发射度。交互激光器可与传统射频加速器耦合,也可采用紧凑型激光等离子体加速器。

贝塔特龙辐射利用激光尾场加速器中的自激振荡过程,产生硬X射线范围内的定向X射线辐射,具有超短脉冲宽度、微小光斑尺寸及宽带谱特性,其光谱形状呈现典型的同步辐射特征。

Amplitude 专业技术

Amplitude 在提供用于X射线生成的强脉冲超快激光方面拥有20年的丰富经验。其开创性工作始于钛锆酸盐技术,得益于该技术能够实现突破纪录的峰值功率及其灵活性。

近年来,公司又开发出中红外光泵光激射(MIR OPCPA)光源,开辟了全新的能量转换机制。目前正基于紧凑型高平均功率镱激光器研发多款X射线源,致力于为工业及医疗领域提供高通量、高亮度的X射线光源解决方案。

关键组件与流程

传统X射线管结构紧凑且价格低廉,而同步加速器虽能提供更高分辨率,却需要建造公里级规模的设施。高强度激光技术则提供了另一种选择:通过紧凑装置将电子加速至GeV级能量,从而实现多种X射线生成过程,包括刹车辐射、K-α发射、贝塔特龙效应、逆康普顿散射(ICS)及自由电子激光(FEL)。

  • 钛蓝宝石激光器:突破性峰值功率,开创性X射线源的灵活选择。
  • 高功率镱激光器:紧凑型高通量高亮度X射线源,适用于工业与医疗领域。
  • 中红外OPCPA光源:探索全新未知的X射线生成机制。

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