Z箍縮高溫等離子體極化光譜診斷研究.pdf

1、Z箍縮噴氣靶實(shí)驗(yàn)研究中，氣體內(nèi)爆產(chǎn)生高溫等離子體輻射的X射線光譜包含著十分豐富的信息，如等離子體電子溫度、密度和離化度等，這些參數(shù)通常都是依據(jù)輻射光譜強(qiáng)度比與譜線輪廓進(jìn)行診斷。X射線極化光譜學(xué)是基于相互正交方向的X射線強(qiáng)度比對等離子體進(jìn)行研究，極化X射線對電子分布及磁場非常敏感，能夠提供等離子體各向異性的信息，與等離子體參數(shù)診斷緊密相關(guān)。在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.10576041)的資助下，首次研制出X射線極化晶體譜儀，并在Z箍縮“

2、陽”加速器上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探測等離子體電子溫度，首次對X射線極化度進(jìn)行了診斷研究。
　　 X射線極化光譜理論可以依據(jù)塞曼效應(yīng)進(jìn)行分析，在磁量子數(shù)變化⊿MJ=0或⊿MJ=±1的情形下會(huì)發(fā)生塞曼躍遷并輻射極化光譜。X射線極化度的理論計(jì)算方法通常有光子密度矩陣法及多極輻射場法兩種，其計(jì)算結(jié)果基本一致。極化度會(huì)隨著碰撞電子能量的增加而減小，并逐漸趨近于零。
　　 從理論上分析X射線入射至晶體物質(zhì)的反射及折射強(qiáng)度，推導(dǎo)出X射線的折射率

3、表達(dá)式，計(jì)算出X射線的布儒斯特角約45°，檢測X射線極化度的理想情形即要求X射線以布儒斯特角入射至晶體表面。晶面間距、半高寬、峰值衍射率和積分反射率是決定晶體性能的基本參數(shù)。晶面間距與被衍射X射線波長相對應(yīng)，晶面間距較大的晶體既能使長波輻射發(fā)生衍射，又能使短波輻射發(fā)生衍射，但在短波段的角色散能力較低。表面處理可以改變半高寬、峰值衍射率和積分反射率。
　　 對不同類型的晶體譜儀進(jìn)行分析，研制了極化晶體譜儀各部分結(jié)構(gòu)：晶體分析器、閘

4、板閥、轉(zhuǎn)接法蘭、膠片暗盒等，并研究了鋁膜的透射率與其密度、厚度以及X射線波長之間的關(guān)系，鋁膜透射率隨X射線波長的增大有一定波動(dòng)，而不是單調(diào)變化。
　　 極化晶體譜儀研制完成之后，在Z箍縮“陽”加速器裝置上進(jìn)行X射線探測實(shí)驗(yàn)，以診斷等離子體狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)成功得到理想的X射線信號(hào)，譜儀的光譜分辨率(λ/⊿λ)可以達(dá)到1000以上。在此重點(diǎn)研究Z箍縮X射線極化度及等離子體電子溫度診斷。系統(tǒng)地探討了利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算X射線極化度的三種方法，采

5、用程序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，通過計(jì)算得到類氦共振線w及互組合線y的極化度數(shù)據(jù)。同時(shí)也分析了等離子體電子溫度的三種探測方法，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合共振線與伴線比值測溫法理論來診斷等離子體電子溫度，測量結(jié)果為960～1060eV。研究極化度與Z箍縮打靶功率的關(guān)系以及極化度對等離子體電子溫度診斷的影響，打靶功率高時(shí)X射線極化度會(huì)降低；而探測Z箍縮等離子體電子溫度時(shí)，晶體衍射面與Z箍縮電場方向的角度變化會(huì)影響最終診斷結(jié)果，具有各向異性的等離子體都有類似