用于激光等離子體X射線診斷的橢圓彎晶譜儀研究.pdf

1、在激光慣性約束核聚變(ICF)中，激光等離子體發(fā)射的X射線譜中包含了豐富的信息。在極紫外、X射線發(fā)射激光、連續(xù)高階譜產(chǎn)生中，激光作用的X射線譜研究是很重要的課題，其潛在運(yùn)用是X射線光源、逆光小球聚爆等。定量分析千電子伏(KeV)范圍X射線光譜是用來獲得電子溫度、密度、離化態(tài)和等離子體速度的信息，同樣它的譜特征也用作其它用途。在慣性約束聚變中激光等離子體發(fā)射的X射線包含了大量信息。通過不同的晶體譜儀，可以獲取離子溫度、密度的信息。為了獲取

2、這些有用的信息，基于橢圓幾何學(xué)的原理，我們設(shè)計研制了620～6200ev能區(qū)X射線橢圓彎曲晶體譜儀。 橢圓晶體譜儀的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計利用了橢圓聚焦幾何理論。其基本原理是從橢圓的一個焦點(diǎn)射出的光線經(jīng)橢圓面反射必會聚于另一焦點(diǎn)上，橢圓柱面的前焦點(diǎn)上是射線源，晶體彎曲固定在一個橢圓基底上，其表面構(gòu)成橢圓柱面，射線源發(fā)出的X射線經(jīng)晶體衍射后會聚于后焦線上，后焦線處放置一狹縫，通過狹縫的射線投射到探測面上被記錄下來。 在本論文中我們介

3、紹了用于在激光聚變實(shí)驗(yàn)室等離子體診斷的橢圓彎曲晶體譜儀的理論分析，利用物理模型驗(yàn)算了彎曲晶體的衍射性質(zhì)。并介紹了雙通道橢圓彎晶譜儀的光學(xué)系統(tǒng)的基本組成和特性參數(shù)。在橢圓彎晶分析器的參數(shù)選擇及制造工藝方面進(jìn)行了探索性的研究。 論述了激光等離子體X射線產(chǎn)生機(jī)理和X射線晶體衍射的理論基礎(chǔ)，通過應(yīng)用于X射線診斷的平晶譜儀、凸晶譜儀和凹面彎晶譜儀的基本光學(xué)特性比較，給出橢圓面彎晶譜儀的優(yōu)點(diǎn)。分析了幾種晶體特性參數(shù)對衍射質(zhì)量的影響。論文介紹

4、了譜儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本組成。提出將上下兩個通道的分光晶體作為整體進(jìn)行調(diào)整。通過兩種瞄準(zhǔn)對中方案的比較，得到更優(yōu)的方案。從波長沿探測圓的彌散度、光度參數(shù)dβ/dχ與散射角β的關(guān)系、以及影響分辨率的譜線位置誤差三個方面對影響譜儀攝譜精度的因素進(jìn)行了深入分析。 我們研制的橢圓彎晶譜儀裝備在上海神光以及綿陽星光激光裝置上。同光柵譜儀相比較，晶體譜儀使用簡單方便，有較高的收集效率以及較好的分辨能力。在0.2～2nm譜范圍內(nèi)用不同的2d值晶體

5、分析器來獲取光譜信息。文中分析了橢圓彎晶分析器的分光原理及系統(tǒng)設(shè)計方案。 在打靶實(shí)驗(yàn)前，利用譜儀自帶真空系統(tǒng)對譜儀進(jìn)行了真空實(shí)驗(yàn)，證明譜儀內(nèi)部真空度可以達(dá)到6×10-3pa的真空度，滿足條紋相機(jī)的工作要求；利用模擬點(diǎn)光源進(jìn)行了譜儀的瞄準(zhǔn)對中實(shí)驗(yàn)，證明瞄準(zhǔn)對中方案切實(shí)有效、方便快捷，達(dá)到靶室的應(yīng)用要求。 為了決定X射線的產(chǎn)額，我們需要精確的測量各種源的X射線產(chǎn)出量。光譜的變化不僅僅是由靶的材料而且也與激光參數(shù)如波長、脈沖能

6、量、聚焦特性等相關(guān)。利用彎曲的KAP、PET、LiF、Mica晶體分析器，譜儀記錄了相對激光中心軸90度和相對于靶45度的光譜信息。普林斯登公司的VersArray1300FCCD被用來作為高分辨的探測器，探測器采用前向照明的CCD芯片，在探測的光譜范圍內(nèi)具有很好的探測靈敏度。為獲取這些范圍光譜信息，CCD直接存儲的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)格式可以馬上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，而不像膠片記錄方式那樣繁瑣，通過微密度計處理來獲取信息。這是利用CCD的一大優(yōu)點(diǎn)。