强吸收介质内部低Z材料结构的X射线显微成像研究

惯性约束核聚变靶室靶丸位置的原位无损检测是目前的研究热点和难点.针对此需求,建立了强吸收介质包裹的低Z材料X射线显微成像物理模型.通过计算机模拟和实验,较为系统地考察了光子能量、成像距离以及强吸收介质尺度等参量对成像质量的影响.结果表明,利用X射线相衬成像技术来实现惯性约束核聚变靶室靶丸的高分辨无损检测是可行的. 关键词： X射线显微 位相衬度 核聚变靶 无损检测     

强吸收介质内部低Z材料结构的X射线显微成像研究

惯性约束核聚变靶室靶丸位置的原位无损检测足目前的研究热点和难点.针对此需求,建立了强吸收介质包裹的低Z材料X射线显微成像物理模型.通过计算机模拟和实验,较为系统地考察了光子能量、成像距离以及强吸收介质尺度等参量对成像质量的影响.结果表明,利用X射线相衬成像技术来实现惯性约束核聚变靶室靶丸的高分辨无损检测是可行的.     

微结构X射线源中电子与阳极作用的蒙特卡罗模拟

根据电子多重散射理论,基于蒙特卡罗方法研究不同能量电子垂直入射不同材料的阳极靶后,电子在阳极靶内的沉积能量分布,及X射线发射位置的能量分布.结果表明：电子在靶内的轨迹扩展和入射电子能量、靶材料有关,99%电子能量沉积在近似圆柱形区域内.且电子在入射方向上的沉积能量分布不是直接递减,而是先递增到一定深度后再递减,符合电子背散射理论.说明X射线产生区域是在距表面一定深度区域内.另外,通过对比分析发现金刚石膜作为电子吸收光栅是不可行的,但作为热沉材料有很大的潜力.这些结论可为微结构X射线源研究及高亮度高相干X射线源设计提供参考.     

靶参数测量技术

研制了适用于泡沫材料测量的透射式低能（能量低于3keV）X射线机，由于X射线能量很低，设计采用开放系统，并在较高真空下工作，既避免了铍窗及空气吸收造成X射线强度损失与降低照相背景反差，又可以保证电子束发射系统可正常工作，灯丝不致被氧化减少使用寿命。由于靶膜可以方便更换，因此，也可以使用较高原子序数金属材料靶膜，提高X射线能量，拓展设备使用范围。经过实验研究，使用6mm厚铝膜作靶材，获得了清晰的输运靶泡沫柱X光图像，表明设备可用于神光实验制靶任务常规测量。     

X射线相衬成像法检测内爆靶参数

理论分析了利用X射线同轴离焦相衬成像法测量金黑腔内塑料中心微球位置的可行性,在此基础上进行了实验研究。实验结果证明,由于低Z低密度材料对高能X射线有相位调制作用,因此仍能够形成一定的图像反差,这种效应并不依赖X射线的能量,因此在一定的尺度范围内,可以实现高Z高密度材料与低Z低密度材料在高能X射线下同时成像,克服了传统吸收成像的不足,最终实现了内爆靶装配参数的精密检测。     

“神光Ⅱ”首轮基频光驱动内爆实验超热电子诊断

在“神光Ⅱ”装置上进行了激光直接驱动爆推型和烧蚀型DT气体的玻璃微球靶内爆实验.采用多道滤波荧光谱仪(FFS)测量15—250keV硬x射线谱,由高能x射线谱通量和斜率推算出这两种内爆靶产生的超热电子份额ηhe和超热电子温度Th分别为ηhe=25%—30%,Th=30—40keV和ηhe=05%—4%,Th=10—20keV.并给出了不同内爆靶型在不同激光能量EL和不同调焦方式下超热电子产生的特征,由爆推靶产生超热电子份额与实验测量靶的能量吸收效率ηa=29%—34%比对,证明爆推靶吸收的激光能量是以超热电子能量沉积为主,同时实验观测中子产额Yn随超热电子能量Ehe的增大而增大,从而证明了爆推靶是依靠超热电子加热玻璃球壳实现内爆的 关键词： 1.053μm激光 直接驱动 超热电子 爆推靶和烧蚀靶     

测量等离子体辐射温度的XRD膜吸收法

描述了测量1.05μm强激光轰击黑洞靶时的辐射温度的X射线二级管(XRD)膜吸收法,着重介绍原理、程序计算、滤光膜选择原则和89年LF-12激光器的测量情况,并计算了黑洞靶泄漏X射线能量及辐射温度的时间谱。实验结果与亚千X光射线能谱仪(Dante)的结果在误差范围内符合。     

高电荷态Ar17+离子与不同固体表面相互作用的X射线谱研究

报道了利用光谱技术研究高电荷态Ar17 离子入射金属Be、 Al、 Ni 、Mo、Au靶表面产生的X射线谱.实验结果发现Ar17 离子与固体表面作用发射的Ar Kα-X射线形状与靶材料没有明显的关系,随入射离子能量的增加,Kα-X射线强度减小.     

飞秒激光-物质相互作用产生K_α X射线(英文)北大核心CSCD

用无色散X射线谱仪分别在靶前后测量了飞秒激光辐照铜箔产生的KαX射线,获得了能量转换效率。入射激光脉冲宽度33 fs,能量在50 mJ^5 J,强度1017~1019W/cm2。靶后发射的KαX射线强度随入射激光能量的增加而增加,其单色性较靶前好。采用100μm厚靶,其能量转换率为2.2×10-5。     

激光等离子体能量角分布及吸收定标律

主要研究激光平面靶等离子体发射能量角分布及吸收定标律。实验利用高斯型1.06μm激光脉冲,其能量为2～50J,脉冲宽度为0.3～2.2ns,靶面平均辐照强度为1.8×1013～1.1x10~(15)W/cm~2,光束以25°角入射。实验采用了Au、Ag、Ti、Al和C_8H_8等厚靶。用等离子体卡计测量靶面吸收的激光能量。用指数函数拟合实验数据,给出了吸收效率分别作为激光强度、脉冲宽度和靶材料原子序数的函数的定标关系式。这些关系式定性地与逆轫致吸收的理论关系式相一致。     

飞秒激光固体靶相互作用中超热电子的输运特性

 实验研究了在100 TW掺钛宝石超短超强脉冲激光装置上完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的输运特性,获得了超热电子的能谱、产额、注量及超热电子在靶内输运能量沉积范围。测量结果表明:超热电子的注量和总能量随靶厚度的增加而减少,超热电子约80％的能量主要沉积在靶内的前约一个激光脉冲宽度的范围内,且能量沉积范围随激光脉冲宽度的增加而增加,这主要是静电场的影响所致。     

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为了研究靶材料对快电子能量分布的影响,采用电子谱仪测量了飞秒激光与Cu和CH靶相互作用中在靶前和靶后产生的快电子能谱。结果显示,在靶前Cu和CH靶的快电子能谱相似,反应了快电子发射对靶材料的依赖性较弱;在靶后Cu和CH靶的快电子能谱具有明显的差异,说明电子的输运过程与靶材料密切相关。冷电子环流以及自生磁场是导致Cu靶快电子能谱"软化"的原因,而对于CH靶麦克斯韦分布的快电子能谱主要由碰撞机制决定。     

真空电子偶素原子的产生

用慢正电子束入射固体靶表面,通过测量湮没光子能谱随靶温度和入射慢正电子能量的变化,用“峰法”确定慢正电子产生电子偶素原子的转换率。转换率依赖于靶材料、靶温度和入射慢正电子能量。对材料锗转换率可达80％。 关键词：     

Optimization studies of photo-neutron production in high-<Emphasis Type="Italic">Z</Emphasis> metallic targets using high energy electron beam for ADS and transmutation

Monte Carlo calculations have been performed using MCNP code to study the optimization of photo-neutron yield for different electron beam energies impinging on Pb, W and Ta cylindrical targets of varying thickness. It is noticed that photo-neutron yield can be increased for electron beam energies ≥100 MeV for appropriate thickness of the target. It is also noticed that it can be maximized by further increasing the thickness of the target. Further, at higher electron beam energy heat gradient in the target decreases, which facilitates easier heat removal from the target. This can help in developing a photoneutron source based on electron LINAC by choosing appropriate electron beam energy and target thickness to optimize the neutron flux for ADS, transmutation studies and as high energy neutron source etc. Photo-neutron yield for different targets, optimum target thickness and photo-neutron energy spectrum and heat deposition by electron beam for different incident energy is presented.      

12MeV强流脉冲电子束对钽靶的破坏研究

强流高能电子束由于具有很强穿透能力,在材料内的能量沉积具有体分布特点,因此其对材料的辐照破坏体现出和低能电子以及X光等不同的特点.本文分析了金相显微镜和扫描电镜下的被12MeV的强流电子束轰击后的1.2mm厚度钽靶的破坏点形貌,其破坏断面体现为力学韧性撕裂,且关于靶中心基本对称.为了解释这种现象,文中用蒙特卡罗的数值模拟方法给出了电子束在钽靶内的沉积能量分布:能量沉积呈现靶中心吸能高,两侧低,且关于中心基本对称的特点.针对破坏断面特点和靶的吸热情况,我们给出高能电子束对靶材破坏初步的定性解释:认为高能电子束的强穿透能力使得靶材各部分几乎同时加热.靶材在极短时间里吸收大量能量,发生剧烈膨胀.由于能量沉积特点,中心部分材料膨胀最厉害,受到两侧边界的强烈约束,将产生两大小相近的热激波相对传播.激波在两侧自由界面反射,产生向内传播稀疏波.当两个稀疏波在靶中心区域相遇,就造成了靶对称撕裂的破坏形态.     

通道靶对超强激光加速质子束的聚焦效应

发散角过大是制约超强激光与固体靶相互作用加速产生高能质子束应用的一个重大物理难题.本文提出了一种结构化的通道靶型,与超强激光相互作用可提高质子束的发散特性,通道壁上产生的横向电荷分离静电场可对质子有效聚焦.采用二维particle-in-cell粒子模拟程序对激光通道靶相互作用过程进行了研究,分析了加速质子束的性能特点.模拟结果表明,与传统平面靶相比,通道靶可以在不过多损失能量的情况下产生具有更好准直性的质子束,尤其当通道靶的直径与激光焦斑尺寸和质子源尺寸相当时,横向静电场能够有效聚焦质子束,并且可保证相对较高的激光能量利用率.     

中国散裂中子源靶站重要部件的辐照损伤计算与分析

本文采用高能粒子输运程序MCNPX 2.5.0,对中国散裂中子源(CSNS)靶站重要部件所使用的钨、SS316不锈钢与Al-6061等材料,由于中子与质子辐照所引起的损伤能量截面与原子离位截面进行了计算,对钨靶体、靶的不锈钢容器、慢化器与反射体的铝容器等部件的辐照损伤量——原子离位次数(displacement per atom,DPA)进行了计算与分析,并给出了质子束斑形状对靶体及靶容器DPA峰值的影响. 这些计算与分析对正在建设的中国散裂中子源靶站的设计及参数选择具有重要的实际意义. 关键词： 中国散裂中子源 损伤能量截面 原子离位截面 DPA     

Allowance for multiple scattering in proton energy spectra

The energy spectra of 6.3 MeV energy protons backscattered by a thick Au target are studied experimentally for a broad range of varying backscattering angle. It has been shown in what manner the deviations of the forms of the energy spectra from the spectral forms calculated in the single-scattering approximation increase with decreasing scattering angle. It has been shown also that at not too high proton energy loss in the target the deviations may be described by a correction function which takes into account the contribution to the energy spectra of multiple particle scattering in the target.     

Proton Beam Generated by Multi-Lasers Interaction with Rear-Holed Target

Multi-lasers are proposed to enhance the proton acceleration in laser plasma interaction. A rear-holed target is illuminated by three lasers from different directions. The scheme is demonstrated by two-dimensional particlein-cell simulations. The electron cloud shape is controlled well and the electron density is improved significantly. The electrons accelerated by the three lasers induce an enhanced target normal sheath acceleration(TNSA) which suppresses the proton beam divergence and improves the maximum proton energy. The maximum proton energy is 22.9 Me V, which increased significantly than that of a single-laser target interaction. Meanwhile, the average divergence angle(22.3?) is reduced. The dependence of the proton beam on the length of sidewall is investigated in detail and the optimal length is obtained.     

基于伪魏格纳分布分解的合成孔径雷达图像目标与阴影分割

在二维魏格纳分布的框架内,针对魏格纳变换的交叉项问题和计算量大的问题,提出了合成孔径雷达图像局部伪魏格纳变换的目标和目标阴影的分割方法.首先,将合成孔径雷达图像进行二维伪魏格纳变换,得到各像素点的二维能量谱图|然后提取各像素点的二维能量谱图对应位置值形成多个不同频段的与原图像同大小的能量谱图|最后,对不同频段的能量谱图采用不同的处理方法后,将各能量谱图相加处理后形成区域标识图像,最终得到原图像的目标和目标阴影分割图像.本文利用该方法对MSTAR切片图像进行了分割试验,并对分割图像与频谱最大值距离或方位分割算法和基于双参量CFAR与隐马尔科夫联合分割算法进行了分割图像对比度对比.实验结果表明,采用本文算法的合成孔径雷达分割图像,对比度明显提高,且保留了目标图像细节.