利用聚束透鏡獲得高亮度軟X射線源的技術(shù)研究.pdf

1、軟X射線通常指光子能量從50～1500 eV、波長為0.83～24.8 nm范圍內(nèi)的電磁波。高亮度軟X射線源在研究軟X射線與物質(zhì)的作用、材料燒蝕和建立黑腔模型等方面的應(yīng)用前景十分巨大，它也能更好地用于標定軟X射線探測系統(tǒng)、儀器和探測元件。因此世界各國都在積極建立亮度更高的實驗室軟X射線源。本論文的工作是設(shè)計基于Z-pinch等離子體輻射源的聚束透鏡，利用透鏡對軟X射線的收集、傳輸和會聚來獲得高亮度軟X射線源，并對透鏡在高功率密度軟X射線

2、入射條件下的傳輸特性進行研究。
　　X光導(dǎo)管是聚束透鏡的基本組成單元。國內(nèi)已有的對X光導(dǎo)管的研究是在入射X射線的功率密度較低的北京同步輻射裝置3W1B光束線以及其它輻射源上進行的，為了設(shè)計對高功率密度軟X射線傳輸并會聚的透鏡，首先在西北核技術(shù)研究所的“強光一號”加速器裝置上，對高功率密度的軟X射線(6×106～1.5×107 W/cm2)在X光導(dǎo)管中的傳輸特性進行研究。研究結(jié)果表明:對于由DM308型號玻璃材料拉制的X光導(dǎo)管，它對

3、高功率密度的軟X射線有較高的傳輸效率，當入射軟X射線的功率密度為1.2×107 W/cm2，X光導(dǎo)管的彎曲角為50時，實驗中獲得的平均傳輸效率達到了16.3％。在6×106～1.5×107 W/cm2的功率密度范圍內(nèi)，軟X射線在X光導(dǎo)管中的傳輸沒有出現(xiàn)非線性效應(yīng)，隨著入射軟X射線功率密度的提高，出射的軟X射線的功率密度基本成線性增加。對于Z-Pinch輻射源，入射的軟X射線功率密度為1×108 W/cm2，軟X射線和等離子體濺射物質(zhì)不會

4、破壞X光導(dǎo)管。
　　根據(jù)以上研究結(jié)果，用數(shù)值模擬方法對透鏡的設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化，得出透鏡的最佳設(shè)計參數(shù):由2401根內(nèi)直徑0.45 mm、外直徑0.60 mm的X光導(dǎo)管組成，入口端距Z-pinch靶心的距離為200mm，中心長度為410mm，后焦距為50 mm。假設(shè)Z-pinch等離子體輻射源的發(fā)光區(qū)長度為20 mm，輻射X射線能量E=1keV，峰值功率為0.5 TW，將上述透鏡與輻射源組合，數(shù)值模擬在透鏡的后焦點處能獲得焦斑直徑為

5、2.5 mm平均功率密度為8.96×108 W/cm2的軟X射線，透鏡的整體傳輸效率為11.71％。
　　將制成的透鏡與Z-pinch等離子體輻射源組合，透鏡的實際后焦距為62mm，當光源輻射的軟X射線的峰值功率為0.5 TW時，軟X射線聚束透鏡的整體傳輸效率為9.58％，功率密度增益為131倍，等效距離為58.8 mm。在透鏡的后焦點（距絲陣靶心672mm）能獲得功率密度達1.15×109W/cm2焦斑直徑為2mm的較潔凈的軟X