一种大腔体压机高压X射线成像装置的制作方法

一种大腔体压机高压x射线成像装置
技术领域
1.本实用新型属于成像技术领域，具体是一种大腔体压机高压x射线成像装置。


背景技术：

2.x射线是一种波长很短的电磁波，具有很强的穿透性，基于x射线源的成像技术具有高穿透性、无损性的特点，特别适合于原位环境和近工况条件下的样品尺寸、形貌等信息的监测，在凝聚态物理、材料科学、结构生物学、先进制造、医学等科研和产业领域有着广泛地应用。其中，x射线成像技术与高压装置相结合的测量手段能够原位地对样品的体积变化、形貌、分布等进行表征，为高温高压下物质的声速、粘滞系数、物态方程的测量以及高温高压下相变演化及动力学过程等科研研究提供了强有力的技术支撑。
3.结合x射线成像技术的高压装置主要是指静高压装置，包括金刚石对顶砧装置和大腔体静高压装置。相比于金刚石对顶砧压机高压装置，大腔体静高压装置具有样品腔大、静水压环境好、温度压力控制精度高等优点，不仅是宝石级金刚石的生长、超硬材料合成等产业领域的主要设备，同时还是凝聚态物质科学、地球与行星科学等基础研究科研的重要装置。虽然x射线成像的技术手段对于高温高压极端环境下材料的研究起着重要的作用，但在大腔体静高压装置中进行x射线成像实验会受到诸多的限制，制约了这种实验方法的发展，因此，本方案设计了一种大腔体压机高压x射线成像装置。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型提供一种大腔体压机高压x射线成像装置，以解决在大腔体静高压装置中进行x射线成像实验会受到诸多的限制、制约了这种实验方法的发展的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：包括x射线源、高温高压原位装置和成像组件，x射线源安装于高温高压原位装置一侧，成像组件安装于高温高压原位装置另一侧。
6.采用上述方案后实现了以下有益效果：通过搭建合适的光路系统，能够实现在普通静高压实验室x射线成像技术与大腔体高压技术结合的测试，可观测大腔体压机中的样品进行x 光成像的形貌；根据x光成像的图片来测量大腔体压机中样品的尺寸；根据本设备测量的样品尺寸数据，结合大腔体压机的压力和温度数据，可得到样品在高压下的状态方程；通过高压样品腔中标识物的落球实验，利用此设备观测落球的位置，可以测得高温高压下液态物质的粘滞系数，由此解决在大腔体静高压装置中进行x射线成像实验会受到诸多的限制、制约了这种实验方法的发展的问题。
7.进一步，高温高压原位装置为两面顶压机。
8.进一步，高温高压原位装置为巴黎-爱丁堡压机。
9.进一步，高温高压原位装置为六面顶压机。
10.进一步，成像组件为平板探测器。
11.进一步，成像组件包括闪烁体、反射镜、ccd相机和光学平台，闪烁体和反射镜安装于光学平台上，ccd相机位于反射镜的反射轨迹上，ccd相机与反射镜之间设有透镜。
12.有益效果：将x射线源、样品和探测器放在一条直线的光路上，采用平板探测器接收携带样品信息的x射线，利用表面的闪烁体涂层将其转化为可见光信号，再转化为电信号，然后输出到电脑上进行图像处理。这种方案的分辨率受x射线源焦斑大小、探测器的像素大小以及射线源与样品的距离、样品到探测器的距离的影响。在射线源焦斑尺寸忽略不计、探测器像素点大小一定的情况下，成像分辨率跟射线源与样品的距离成反比，与样品到探测器的距离成正比，因此样品到探测器的距离越远，分辨率越高。与此同时，样品到探测器的距离越远，x射线在空气中的光程越长，强度衰减的也就越严重，会降低图像的质量。考虑到大腔体高压成像实验的实际场景，本方案的空间分辨率很难小于5μm，适用于对成像分辨率要求不高的大腔体高压成像实验。
13.成像探测系统采用闪烁体、反射镜、透镜和相机组合的方式。携带样品形貌信息的x射线信号首先经过闪烁体材料，将x射线信号转化为可见光信号，再由反射镜进行偏转到ccd 相机进行图像处理。同时，该方案可以通过在ccd相机前增加透镜的方式对可见光信号进行几何放大，来提高成像的空间分辨率。相对于平板探测器，ccd相机的像素点尺寸可以做到更小，结合成像光路更容易达到高的空间分辨率。本方案的空间分辨能够达到1μm，适用于对成像分辨率要求较高的大腔体高压成像实验。
附图说明
14.图1为本实用新型实施例一的大腔体压机高压x射线成像装置结构图。
15.图2为本实用新型实施例二的大腔体压机高压x射线成像装置结构图。
16.图3为本实用新型实施例三的大腔体压机高压x射线成像装置结构图。
17.图4为本实用新型实施例四的大腔体压机高压x射线成像装置结构图。
18.图5为本实用新型实施例五的大腔体压机高压x射线成像装置结构图。
19.图6为本实用新型实施例一的第一两面顶压机二级成像的组装示意图。
20.图7为本实用新型实施例一的第二两面顶压机二级成像的组装示意图。
21.图8为本实用新型实施例四的巴黎-爱丁堡压机二级成像的组装示意图。
22.图9为本实用新型实施例五的六面顶压机二级成像的组装示意图。
具体实施方式
23.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
24.说明书附图中的附图标记包括：x射线源1、两面顶压机2、平板探测器3、闪烁体14、反射镜15、ccd相机13、透镜16、光学平台37、巴黎-爱丁堡压机32、六面顶压机52、探测器支架54、氧化镁61、二氧化锆62、金属堵头63、六方氮化硼64、样品65、金属片标识物66、石墨加热管67、氧化锆93、石墨95、金属标识物97、非晶硼71、金属片75、叶腊石84、氯化钠86。
25.实施例一
26.实施例基本如附图1、附图6和附图7所示：
27.一种大腔体压机高压x射线成像装置，包括x射线源1、高温高压原位装置和成像组件，x射线源1安装于高温高压原位装置一侧，成像组件安装于高温高压原位装置另一侧，高
温高压原位装置为两面顶压机2，成像组件为平板探测器3，x射线源1与两面顶压机2固定连接。
28.两面顶压机2成像的样品组装包括第一两面顶压机成像的组装或第二两面顶压机成像的组装，第一两面顶压机成像的组装包括：氧化镁、二氧化锆、金属堵头、六方氮化硼、样品、金属片标识物和石墨加热管，第二两面顶压机成像的组装包括：氧化镁61、金属堵头63、氧化锆93、氧化镁61、石墨95、六方氮化硼64、金属标识物97和样品65。
29.本实施例中，操作时，将x射线源1、样品和探测器放在一条直线的光路上，采用平板探测器3接收携带样品信息的x射线，利用表面的闪烁体14涂层将其转化为可见光信号，再转化为电信号，然后输出到电脑上进行图像处理。这种方案的分辨率受x射线源1焦斑大小、探测器的像素大小以及x射线源1与样品的距离、样品到探测器的距离的影响。在x射线源1焦斑尺寸忽略不计、探测器像素点大小一定的情况下，成像分辨率跟x射线源1与样品的距离成反比，与样品到探测器的距离成正比，因此样品到探测器的距离越远，分辨率越高。与此同时，样品到探测器的距离越远，x射线在空气中的光程越长，强度衰减的也就越严重，会降低图像的质量。考虑到大腔体高压成像实验的实际场景，本方案的空间分辨率很难小于5μm，适用于对成像分辨率要求不高的大腔体高压成像实验。
30.实施例二
31.请参考附图2与实施例一的区别在于成像组件包括闪烁体14、反射镜15、ccd相机13、透镜16和光学平台37，闪烁体14和反射镜15安装于光学平台37上，ccd相机13位于反射镜15的反射轨迹上，反射镜15的反射轨迹上安装有透镜16。
32.本实施例中，操作时，成像探测系统采用闪烁体14、反射镜15、透镜16和ccd相机13 组合的方式。携带样品形貌信息的x射线信号首先经过闪烁体14材料，将x射线信号转化为可见光信号，再由反射镜15进行偏转到ccd相机13进行图像处理。同时，该方案可以通过在ccd相机13前增加透镜16的方式对可见光信号进行几何放大，来提高成像的空间分辨率。相对于平板探测器3，ccd相机13的像素点尺寸可以做到更小，结合成像光路更容易达到高的空间分辨率。本方案的空间分辨能够达到1μm，适用于对成像分辨率要求较高的大腔体高压成像实验。
33.实施例三
34.请参考附图3与上述实施例一的区别在于高温高压原位装置为巴黎-爱丁堡压机，平板探测器3底部安装有用于放置平板探测器3的光学平台37，x射线源1、巴黎爱丁堡压机均安装于光学平台37上。
35.实施例四
36.请参考附图4和附图8与上述实施例一的区别在于高温高压原位装置为巴黎-爱丁堡压机，成像组件包括闪烁体14、反射镜15、ccd相机13和光学平台37，闪烁体14和反射镜 15安装于光学平台37上，ccd相机13位于反射镜15的反射轨迹上，当需要透镜16时，将透镜16安装于反射镜15的反射轨迹上，平板探测器3底部安装有用于放置平板探测器3的光学平台37，x射线源1与高温高压原位装置均安装于光学平台37上。用于巴黎-爱丁堡压机成像的组装包括：非晶硼71、氧化镁61、二氧化锆62、金属堵头63、金属片75、石墨 95、样品65和六方氮化硼64。
37.实施例五
38.请参考附图5和附图9与上述实施例一的区别在于高温高压原位装置为六面顶压机52，平板探测器3底部安装有探测器支架54。用于六面顶压机52成像的组装包括：金属堵头63、金属片75、样品65、六方氮化硼64、叶腊石84、石墨95和氯化钠86。
39.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。