实现激光等离子体X射线诊断的椭圆弯晶谱仪研究

按照布拉格衍射的基本原理,利用从一个焦点发出的光线经过椭圆面反射后汇聚于另一个焦点的特点,研制了双通道椭圆弯晶谱仪,分析出其测量的波长范围为0.2nm至2nm,布拉格角的覆盖范围是30°至67.5°。并阐明弯晶分析器的制作过程。在＂星光-Ⅱ＂激光装置上对分别使用LiF、PET、KAP和Mica四种弯晶分析器的双通道椭圆弯晶谱仪进行激光打靶实验,得到了铝、钛和金激光等离子体X射线的发射谱。     

激光等离子体X射线椭圆弯晶谱仪的设计

为了诊断0．2～2nm的激光等离子体X射线．研制了一种新型的基于时间分辨和空间分辨的聚焦型椭圆弯晶谱仪．采用两个完全相同且对称分布的通道可以同时获得谱线的空间和时间分辨率。给出了弯品谱仪的设计参数，采用了新颖的瞄准对中技术．并对光源偏离椭圆轴线造成的误差进行了分析。在“神光Ⅱ”靶室上进行打靶实验对该谱仪进行标定，利用X射线CCD相机成功地获取了谱线的图像．实验结果表明实测谱线波长与理论值吻合。     

Z箍缩等离子体X射线椭圆弯晶谱仪

为了测量Z箍缩等离子体X射线的空间分辨光谱,利用椭圆聚焦原理,研制了一种椭圆晶体谱仪.以Si(111)椭圆弯晶作为色散分析元件,椭圆的离心率为0.9480,焦距为1348 mm,布拉格角范围为30°～54°,谱线探测角范围为54°～103°,探测的波长范围为0.31～0.51 nm.设计了半径为50 mm的半圆型胶片暗盒,内装胶片接收光谱信号.分析了椭圆的弥散度对光谱分辨率的影响.在"阳"加速器装置上进行摄谱实验,胶片成功获取了氩喷气等离子体X射线的跃迁光谱,实测谱线分辨率(λ/Δλ)达300～500,波长与理论值吻合.     

X射线平晶谱仪色散曲线和波长的确定

本文给出了X射线平晶谱仪色散曲线几种解析表达式,它们形式不同,但完全等价。提出了几种独立测定激光等离子体X射线波长的方法,这些方法无需任何参考谱线或谱仪参数。     

宽光谱在线弯晶谱仪研制

研制了高精度在线准直、超宽光谱范围和高能谱分辨的在线凸圆柱面弯晶谱仪。使用耦合针状CsI（Tl）闪烁体的大面阵CMOS相机对X射线光谱进行在线测量,用QTZ（1010）（2d=0.851 2 nm）X射线晶体的能谱测量范围是1.84~7.38 keV,能谱分辨880@2.375 keV,动态范围 1 000。在神光-Ⅲ主机高功率激光装置上,对钛激光等离子体发射的X射线谱进行实验测量,获得了优质的光谱图像;对钛离子X射线精细结构光谱进行了辨识,与理论计算和其他实验结果吻合。该谱仪用于神光-Ⅲ主机通用诊断搭载平台,具有抗瞬发超强电磁脉冲干扰能力,工作稳定。     

X射线弯晶谱仪的几何因数对色散角的影响

在假设谱线的固有宽度可以忽略的情况下 ,本文成功地应用了柱坐标系统来进行定量的分析在弯晶谱仪中由于晶体的几何结构和光源的大小对色散角的影响。为了更具普适性 ,分析了Johann晶体谱仪和点光源 ,同时还有球面晶体谱仪和Johanson晶体谱仪。最后与其他方法所得出的结论做了比较并且给出各种因素对色散角的影响的数据分析     

激光等离子体X射线背光源诊断研究

为诊断激光驱动金属靶产生X射线背光源的性能,利用椭圆聚焦特性,研制了一种背光椭圆晶体谱仪。谱仪的色散分析元件为云母(002)晶体,椭圆弯晶的焦距为1350mm,离心率为0.9586。激光束以30°角斜入射背光薄靶,且与椭圆弯晶长轴方向垂直。背光椭圆弯晶谱仪的布拉格入射角为50°~67°,衍射探测角为100°~120°,探测的波长为0.14~0.16nm,采用X射线CCD相机接收信号。利用神光Ⅱ激光装置7#和8#激光器同时聚焦轰击10μm厚的Cu平面背光薄靶,CCD成功获取了Cu等离子体X射线的类氦和Kα谱线。经解谱发现谱线有明显基底,用最小二乘法差值去噪处理后,实测谱线分辨率(λ/Δλ)大于700。     

高精度X射线柱面弯晶检测方法

A novel method of cylindrical curved crystal inspection is presented utilized the X-ray tube as the light source and the CMOS detector coated scintillator fibre faceplate as the on-line recorder. According to the design of the high accuracy coaxial turntable, the whole cylindrical curved crystal surface is converted into several line segments to be detected separately, and the arrangement of optical paths and the position shift of spectral lines are calculated analytically. The iron target X-ray tube (the wavelength of K_β feature spectral line is 0.193 6 nm) is selected as the experimental light source. The iron material X-ray tube is chosen as the X-ray source. The sample is quartz cylindrical curved crystal with the 120 mm radius of curvature. The feature spectral lines of Fe-K_α and Fe-K_β are observed clearly. The Fe-K_α spectral line is shifted 96 μm through analyzing image of 9 sample locations on the cylindrical curved crystal. The deviation of the radius is 40 μm and ΔR/R is 0.033%. It shows that the sample was curved in high accuracy. The tested cylindrical curved crystal has been applied on the experiments carried on the large laser facility and the high performance spectral data is acquired. It demonstrates that the method of curved crystal inspection is available and useful.     

用于等离子体诊断的新型X射线谱仪

为了诊断热核聚变等离子体状态,研制了用于热 斑区等离子体诊断用的新型X射线谱仪,能够同 时探测X射线光谱与聚爆靶图像信息。光谱检测功能由4块椭圆晶体分析器实现,分别覆盖2~20keV能带范围不同能带的X射;图像检测功能由分幅相机匹配小孔 阵列成像完成,理想状态能够得到20幅不同时间的聚爆靶图像。在中 物院“神光- Ⅱ”升级装置上进行了打靶实验,获取了X射线光谱与聚爆靶图像信号。分析了光谱及图像 信息,并针对光谱 仪漏光问题改进了谱仪结构。在神光-Ⅲ原型装置上进行了验证实验,获得比较理想的 图像信号,信噪比(SNR)数据达到30。     

球面晶体分析器在等离子体X射线诊断中的应用

为了诊断高温等离子体X射线,利用晶体布喇格衍射原理研制了新型的球面晶体分析器,α-石英为衍射晶体,球面的半径为250 mm.对球面晶体分析器分别进行静态X射线衍射实验和Z箍缩聚爆实验,富士磷屏(IP)成像板和感光胶片分别得到了清晰的Cu等离子体和Ti等离子体谱线.对实验所得谱线进行分析,石英球面晶体分析器光谱分辨力好于...     

激光等离子体X射线成像诊断研究

为了诊断激光等离 子体X射线二维空间信息,基于Bragg衍射原理建立了等离子体X射线背光成像系统,其核心 元件为石英球面弯曲晶 体,弯曲半径为143mm。在中国工程物理研究院神光III原型激光装 置上,利用建立的系统,进行了单色X射线背光成像实验,激光聚焦到平面 Mg靶中心聚爆产生高温等离子体X射线为背光源,成像物体为15μm ×15μm网格阵列,X射线CCD得到了清晰的Mg靶 单色X射线二维网格图像。通过对背光图像分析,在7.8mm×2.6mm的视场范围,成像系统得到空间分辨率为5μm。实验 结果表明,基于石英球面弯曲晶体的X射线背光成像系统可以用于等离子体X射线诊断研究。     

基于多锥晶体的多能点X射线光谱仪北大核心CSCD

为了克服传统弯曲晶体光谱仪存在检测的像差问题,基于衍射聚焦X射线特征能量谱范围、衍射光源位置、聚焦成像距离等关键的物理参数,设计了具有高光谱分辨力及宽光谱检测范围的多锥晶体X射线谱仪。从结构原理上讨论了该光谱仪的特点,研制完成了连续光滑的多锥表面X射线衍射聚焦弯曲晶体,通过单次X射线衍射聚焦诊断实验即能实现不同能量X射线无像差检测。对Ti的K_(α)与K_(β)射线光谱进行了多次衍射聚焦检测实验,获得了不同聚焦成像位置下的K_(α)与K_(β)特征谱线强度分布,并完成了光谱仪谱线聚焦能力与光谱分辨力分析。根据晶体对X射线聚焦程度与成像位置的关系,进行了不同聚焦成像位置处连续锥面光谱仪的聚焦性能分析,确定了最佳聚焦位置。实验结果表明:多锥晶体X射线光谱仪的聚焦能力得到显著提升,能谱检测范围可以覆盖4.51—5.14 keV,且在较大尺寸光源基础上仍能保证光谱分辨力达到600以上。     

球面弯晶实现X射线单能成像的研究

基于Bragg衍射原理,研制了一种对激光等离子体进行二维成像的球面晶体分析器。采用球面弯曲石英晶体作为分析器,X射线IP板作为成像器件。采用Cr靶X射线辐射金属网格（目标）,网格的网孔尺寸为200μm×200μm。通过球面弯晶对Cr靶Kα谱线的衍射,得到网格的二维单色衍射图像。实验结果表明,球面弯晶分析器具有较高的光谱...     

基于级联卷积神经网络的疲劳检测

为了诊断热核聚变等离子体状态,研制了用于热 斑区等离子体诊断用的新型X射线光谱仪,能够同 时探测X射线光谱与聚爆靶图像信息。光谱检测功能由4块椭圆晶体分析器实现,材料分别 为α-石英(1010)、 α-石英(2023)、α-石英(1011)和Si(111),几乎能够覆盖2~20 keV能带范围内的X射线特 征光谱。光谱检测 结构为光源位于椭圆的一个焦点,其辐射光谱经过椭圆反射聚焦于椭圆另一焦点,由X射线 成像板(IP)接收。图 像检测功能由分幅相机匹配小孔阵列成像完成,理想状态能够得到20 幅不同时间的聚爆靶图像。在谱仪与 聚爆靶之间的调整台上设置厚为60μm的Be膜,以保护针孔与晶体避 免聚爆溅射碎片破坏。在中物院“神光- Ⅱ”升级装置上进行了打靶实验,获取了X射线光谱与聚爆靶图像信号。分析了光谱及图像 信息,并针对光谱 仪漏光问题改进了光谱仪结构,最后在神光-Ⅲ原型装置上进行了验证实验并获得比较理想 的图像信号,信噪比(SNR)数据达到15dB。     

X射线背光成像诊断的球面晶体分析器研究

在激光约束聚变和箍缩聚爆实验中,为了分析内爆 靶丸推进层的运动过程和评估激光辐射驱动的对称性和均匀性, 需要得到靶丸内爆单色X射线二维空间分辨信息。为了诊断内爆高温等离子体X射线二维空间 信息,利用晶体布喇格衍射 原理研制了新型的成像系统。系统的核心元件为球面晶体分析器,球面晶体为云母球面晶体 ,弯曲半径为143.3mm。在中 国工程物理研究院进行了单色X射线背光成像实验,磷屏成像板获得了清晰的Cr靶单色X射线 二维网格图像。通过对实验 所得背光图像分析,云母球面晶体成像系统得到的空间分辨率为86 μm。实验结果表明,云母球面晶体可以应用于等离子体X射线的背光成像诊断研究。     

Curved crystal spectrometer for the measurement of X-ray lines from laser-produced plasmas

In order to diagnose the laser-produced plasmas, a focusing curved crystal spectrometer has been developed for measuring the X-ray lines radiated from a laser-produced plasmas. The design is based on the fact that the ray emitted from a source located at one focus of an ellipse will converge on the other focus by the reflection of the elliptical surface. The focal length and the eccentricity of the ellipse are 1350 mm and 0.9586, respectively. The spectrometer can be used to measure the X- ray lines in the wavelength range of 0.2-0.37 nm, and a LiF crystal （200） （2d = 0.4027 nm） is used as dispersive element covering Bragg angle from 30° to 67.5°. The spectrometer was tested on Shengnang- Ⅱ which can deliver laser energy of 60-80 J/pulse and the laser wavelength is 0.35 μm. Photographs of spectra including the 1 s2p ^1P1-1s^2 ^1S0 resonance line（w）, the 1s2p ^3P2-1s^2 1S0 magnetic quadrupole line（x）, the 1s2p ^3P1-1 s^2 ^1S0 intercombination lines（y）, the 1 s2p ^3S~1-1 s^2 ^1S0 forbidden line（z） in helium-like Ti Ⅹ Ⅺ and the 1 s2s2p ^2P3/2-1 s622s ^2S1/2 line（q） in lithium-like Ti Ⅹ Ⅹhave been recorded with a X-ray CCD camera. The experimental result shows that the wavelength resolution（λ/△ 2） is above 1000 and the elliptical crystal spectrometer is suitable for X-ray spectroscopy.