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。     

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.     

弯晶谱仪在X射线探测中的应用

为了对激光等离子体进行诊断,研制了聚焦型椭圆弯晶谱仪用来探测等离子体辐射的X射线.谱仪利用从椭圆一个焦点发射出的光线经椭圆面反射必汇聚于另一焦点的性质而研制,椭圆的离心率和焦距分别为0.9586mm及1350mm.在此采用氟化锂(200)(2d=0.4027nm)作为晶体分析器,其布拉格衍射角变化范围为30～67.5°,可探测波长范嗣为0.2～O.37nm.在"神光-Ⅱ"激光装置上进行了打靶实验,利用软X射线CCD相机作为摄谱器件,该谱仪获得了钛的类He共振线(w)、磁四级M2跃迁x线、互组合跃迁y线、禁戒谱线(z)以及类Li谱线(q).实验结果表明该谱仪的最高光谱分辨率(λ/△λ)可以达到1000以上,能够用于激光等离子体X射线光谱学研究.     

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。     

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     

激光产生MgIX等离子体软X射线谱的识别

用掠入射光栅光谱仪拍摄了4～12nm波段范围内镁的激光等离子体软X射线发射光谱。利用等电子数序列离子光谱的规律性,对镁的类铍电离级离子跃迁的软X光谱线进行了识别。     

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。     

利用平晶谱仪测量谱线波长的新方法

为了满足激光等离子体X射线波长测量的需要,在辅助光阑法的基础上,从理论上提出了一种用平面晶体谱仪确定波长的新方法.发展了改进的辅助光阑法来确定晶体面与记录面的交线到第一条辅助光阑的距离,并且利用某一条谱线的曲率得到记录面与晶体表面的夹角.这两个参量在一般的辅助光阑法中需借用参考谱线得到,而采用新的方法可在不使用任何参考谱线的情况下得到所有光谱线的波长.实际使用中通过增大光阑间的间距,根据不同的波长范围调节晶体与记录面的相对位置,可使波长的测量精度达1×10-3nm.     

平晶谱仪谱线波长的直接标定

提出一种简便的新方法用以实现X射线平晶谱仪谱线波长的直接标定 ,只需在谱仪晶体表面加上一个特制的辅助光阑 ,即可在不知光源位置和没有任何参考谱线的情况下精确标定谱线的波长。     

基于对数螺线晶体Z箍缩铝等离子体单色成像研究

研究了一种对数螺线柱面晶体配接针孔对Z箍缩铝等离子体进行单色谱成像的摄谱成像仪,摄谱仪具有结构简单、外形尺寸紧凑的特点。由于对数螺线晶体的保角特性,摄谱成像仪可在较大视场范围内对Z箍缩内爆等离子体进行单色谱成像。在"阳"加速器上,针对Z箍缩铝等离子体K壳层的X射线辐射进行了成像实验,得到了铝丝阵内爆等离子体的类氢(1727.7eV)和类氦线(1588.3eV)单色图像。在箍缩单色图像上观察到了磁瑞利-泰勒不稳定性引起的"热点"及内爆不稳定性造成的螺旋形结构,反映了等离子体的内爆形态,为进一步理解Z箍缩物理过程和确定等离子体的辐射特性提供了参考。     

微小型高分辨率光纤光谱仪在等离子体领域的应用

等离子体是继气体、液体、固体后的第4种物质聚集态。等离子体物理学是一门蓬勃发展的新兴学科,其应用领域包括受控热核聚变、空间科学、环境科学、微电子与信息产业、材料合成与处理、国防和高技术应用等诸多方面。目前,测量等离子体最简单的方法就是使用荷兰Avantes公司的微小型、高分辨率、多通道光纤光谱仪。     

软X光消像散谱仪

用柱面镜和球体面镜组成的消像散系统，配上平焦场光栅谱仪，制作了一台理论分辨能力２５μｍ，放大５倍的一维消像散谱仪，用它对类Ｎｅ锗软Ｘ光激光的增益区进行了测量，得到了与理论相符的结果。     

基于石英球面弯曲晶体的X射线成像研究

为了诊断惯性约束聚变的聚爆靶的尺寸、形状、分布和均匀性等情况,利用X射线布拉格衍射理论,搭建了基于球面弯曲晶体的X射线背光成像系统。其核心元件是α-石英球面弯晶,α-石英晶体性质稳定,结构完整,反射率和分辨率高。弯曲晶体尺寸为65mm×20mm,弯曲半径为143.3mm。利用该背光成像系统进行了单色X射线背光成像实验。成像物体为3×3阵列的正方形不锈钢网格,利用接收装置磷屏成像板,得到清晰的Cr KαX射线背光源二维空间分辨,在9.6mm×28.7mm的视场范围内,其像的空间分辨率大约为83.3μm。实验结果表明α-石英球面弯曲晶体适合于X射线的背光诊断研究。     

椭圆芯光子晶体光纤的偏振特性

采用全矢量模型研究椭圆芯光子晶体光纤(photonic crystal fibers,PCFs)的偏振特性。研究表明：椭网芯PCF基模的两个正交偏振态不再简并,模场具有较强的线偏振特性;模式双折射可达10^-3量级,该数值比传统椭圆保偏光纤至少高一个量级;在比传统椭圆保偏光纤更长的波长处获得零走离点和负走离区。椭圆芯PCF的偏振特性与光纤结构参数有较强的依赖关系,通过适当选择光纤的相对孔径和孔距,有望在给定的波长上实现高双折射和零走离单模运转,或设计出高双折射、大走离的单模光纤,为研制高性能保偏光纤提供了一个新的途径。