脉冲X射线源因其脉冲短、强度高等特点而被广泛应用于实验物理研究,其中一类为瞬态过程诊断,主要包括透射成像和衍射成像等。透射成像通常又被称为闪光照相,它是利用脉冲X射线源的轫致辐射,当客体为高面密度时,需要X射线具有强穿透性,X射线源辐射光子能量应偏向高能;而当客体为低面密度时,为了提高面密度诊断灵敏度,光子能量应偏向低能。衍射成像则是利用脉冲X射线源的特征辐射与晶体材料发生衍射,进而研究晶体材料在动态加载条件下发生的压缩、位错和相变等响应特性,由于材料原子、分子间距为1-～10A,结合工程因素,决定了 X射线波长不能过短,因此光子能量也偏向低能,同时要求特征辐射强度高,单色性好。可见,不同的成像应用对脉冲X射线源的辐射光子能量以及能谱需求不同。针对衍射成像和低面密度客体透射成像应用需求,基于脉冲功率技术的数百kV低能脉冲X射线源是比较合适的选择,也因此得到了国、内外相关研究机构的青睐,并重点发展了应用技术,取得了不少的研究成果。但同时也发现:1)在电子与靶相互作用理论中,对脉冲X射线源的设计缺乏足够的支撑,靶参数对辐射的影响规律认识不够;2)针对衍射成像应用的二极管,未见有关Kα辐射特性的公开报道,而且参数配置方法不明;3)数百kV脉冲X射线源辐射能谱确定的常见方法都存在一定的局限性,同时二极管作为强流、低阻抗负载,易提前闭合,导致能谱不确定,而将实时电学参数和能谱相关联是一种值得探索的方法。因此,本文开展了 300kV脉冲X射线源辐射特性及其应用研究工作,获得的主要研究成果和结论如下:1.在电子与靶相互作用规律方面。电子能量在20keV-600keV范围内:1)厚靶下,后向占比将趋于饱和,而电子能量在300keV附近,后向占比将达到峰值;2)厚靶下,较佳的轫致辐射角度位于120°-180°范围,Kα特征辐射则越靠近180°越好;3)薄靶下,随着靶倾斜角增大,后向轫致辐射逐渐增强,前后向靶法线两侧轫致辐射不对称性加剧;厚靶下,随着靶倾斜角增大,前向轫致辐射和Kα特征辐射变化小,后向靶法向两侧轫致辐射不对称性加剧;4)铜、钼和钨三种靶材,随着原子序数增加,厚靶时的后向轫致辐射逐渐增强、Kα特征辐射逐渐减弱,而钼的前向轫致辐射和Kα特征辐射效率比铜、钨高;薄靶下,轫致辐射逐渐增强,Kα特征辐射则逐渐减弱。2.在300kV脉冲X射线源装置辐射特性和辐射成像应用方面。1)在120kV-～300kV二极管电压范围,Kα特征辐射强度大体呈增大趋势;17keV-18keV光子产额占比为20%-30%,与Monte Carlo模拟结果基本一致;2)刀刃阴极与高纵深阴极反射二极管分别在Kα特征辐射强度和占比上占有优势;3)低阻抗二极管在辐射强度稳定性和空间分布稳定性方面表现较好,尤其是Kα特征辐射;4)适宜的阴阳极间隙有利于Kα特征辐射强度的提高;5)在低面密度金属透射成像中,成像金属的K吸收边稍高于二极管阳极靶金属的K特征线可以进一步提高成像的衬度。3.在实时能谱预测方法方面。提出的实时辐射能谱预测方法可以作为反射二极管辐射特性与辐射成像研究的工具之一。主要创新点:1.首次获得了靶参数对辐射特性影响的规律性的认识,为数百kV脉冲X射线源系统设计提供了指导。2.较系统地研究了反射二极管的Kα特征辐射特性,获得了不同二极管参数配置下的Kα特征辐射强度变化趋势,掌握了衍射成像应用中二极管的参数配置方法。3.提出了一种反射二极管的实时辐射能谱预测方法,建立了能谱预测计算模型。