利用薄膜量热计测量高功率Z箍缩软X射线总能量

 介绍一种采用脉冲恒压电源驱动的镍薄膜量热计，研制了测量系统和镍薄膜探测器，对探测器的电阻 温度特性进行了实验标定，该量热计已成功应用于测量“强光一号”加速器高功率Z箍缩等离子体软X射线总能量，分析了测量不确定度。     

用于聚四氟乙烯表面处理的重复频率高压脉冲电源

采用自行研制的μs级重复频率高压单极性脉冲电源,应用于聚四氟乙烯(PTFE)膜表面改性,研究脉冲放电等离子体对PTFE薄膜表面改性的作用规律。测量处理前后PTFE薄膜表面的水接触角,结果显示,在特定的脉冲参数及更严格的对比条件下其平均水接触角从112°下降到85°,PTFE薄膜表面亲水性改善效果非常显著。脉冲电源采用脉宽调制控制方式,通过逆变升压及波形整形,得到脉冲电压幅值0~20kV、重复频率0~20kHz、脉宽5~15μs、上升沿500ns~2μs、下降沿大于20μs的单极性脉冲。     

软X射线皮秒变象管扫描相机

软X射线皮秒变象管扫描相机技术是一种用变象管扫描相机测量X射线脉冲而能达到皮秒时间分辨率和一维微米级空间分辨率的技术。X射线扫描相机是研究伴有X射线辐射的一切高速瞬变过程的极为重要的测量工具。例如在激光核聚变的研究中,加热压缩期间靶球发生内爆过程中高温高密度等离子体的光谱辐射主要为软X射线,对这些软X射线的研究,可以获得有关等离子体的电子温度、电子能量分布、各种不稳定性的形态及这些参量随时间变化的资料。     

电磁驱动超高速机械快门性能分析

高温高密度等离子体辐射源产生脉冲X射线的同时还产生等离子体碎片,飞散速度分布在0.1~10km/s。研制电磁驱动超高速机械快门,有效通光孔径为40mm×50mm,利用45mm×60mm×100μm的铝膜作为快门叶片,在放电电压20kV、驱动电流80kA、放电周期18μs条件下,获得的快门关门时间小于180μs。将快门放置在距离等离子体X射线源2m处,X射线通过后在180μs时间内关闭光学通道,以阻挡高温高密度等离子体产生的碎片,保护X射线精密探测系统和样品,同时实现等离子体参数的精密测量。     

软X射线测量用电阻式薄膜量热计

介绍了一种用于软X射线辐射能量测量的电阻式薄膜量热计。利用电流的欧姆热效应对薄膜量热计的灵敏度进行了标定。在有基底薄膜的标定过程中,采用一维热扩散模型,考虑了金属薄膜向基底的传导热损失。利用电阻式薄膜量热计对聚龙一号装置钨丝阵Z箍缩产生的软X射线进行了测量,并与平响应X射线二极管(XRD)探测器的测量结果进行了比较。实验结果表明,电阻式薄膜量热计测量的软X射线辐射能量和辐射功率与平响应XRD探测器结果在测量不确定度范围内合理地一致。     

丝阵靶箍缩等离子体软X射线辐射能谱研究

 在S—300装置上研究了丝阵靶Z箍缩等离子体的软X射线辐射的动态过程。利用多通道X射线谱仪在50～2 000 eV范围内测量了丝阵靶内爆等离子体X射线辐射谱，辐射主要位于60~220 eV谱段。辐射谱可用温度为40~50 eV的Planck黑体谱近似描述。在能量高于500 eV的谱段，辐射谱与Planck黑体谱有较大的偏离。这主要是因为等离子体热斑的出现、在1.5~2 keV范围内线谱的存在和加速电子轫致辐射的结果。     

软X射线皮秒变象管扫描相机

在激光核聚变的研究中,在加热压缩靶球发生内爆时所产生的高温高密度等离子体的光谱辐射主要为软X射线,对这些软X射线的研究可以获得有关等离子体的电子温度、电子能量分布、各种不稳定的形态及这些参量随时间变化的信息。然而,产生X射线的过程是皮秒量级,受激光脉冲照射的靶球直径仅100微米,所以,需要有皮秒量级时间分辨及微米量级空间分辨的X射线诊断手段。软X射线皮秒变象管扫描相机就是应此需求而研制的。它是X射线波段时间分辨率最高的探测分析仪器,且具有高的空间分辨能力。把这种相机与X射线谱仪结合,构成照相记录的瞬时X射线谱仪;与X射线针孔成象系统相配合可测定空间分辨一维图象随时间变化的情况。     

类氖钛软X射线激光空间发射区域研究

使用高分辨平焦场谱仪，在“星光”激光器上，对类氖钛J=0—1，3p—3s跃迁32.6nm软X射线激光空间发射区域进行了实验测量，并与LASNEX和XRASER程序模拟结果作了比较．实验采用预脉冲打靶技术，预、主脉冲时间间隔5ns，峰值能量比为1%．结果表明：当驱动能量在50—150J范围内变化时，等离子体介质中X射线激光发射区与驱动能量大小密切相关，并随之增大而增大 关键词：     

对激光等离子体中X射线的产生与辐射加热研究

利用一维辐射流体力学程序MULTI数值模拟研究了功率为1014Wcm2、脉冲宽度为300ps、波长为0.44μm的强激光辐照平面Au靶时产生X射线的过程,给出了X射线转换效率和能谱分布.通过将靶物质划分为对所产生的X射线光学薄的转化区和光学厚的再发射区,得到了作为黑体辐射热源的最佳靶厚度,并给出了辐射加热靶所产生的等离子体的密度和温度的空间分布. 关键词： 辐射流体力学 激光等离子体 X射线转换 辐射热波     

喷气Z箍缩X光辐射信号分析

 在清华大学喷气Z箍缩平台上进行了对Ne气的箍缩软X射线诊断工作。该喷气装置由4个充电至23 kV的电容器并联组成，总储能4.5 kJ，放电电流峰值210 kA，上升沿2.5 ms。实验中通过观测放电电流微分信号来观测箍缩聚焦点的位置（波形的下凹尖峰点），此尖峰也是X光辐射的时间分辨点。利用响应时间为亚ns量级的光敏半导体探测器(PIN)探头获得了Ne气箍缩时等离子体发出的软X射线信号，X光辐射出现在放电电流微分信号突变点附近。一般来说，多次箍缩会导致多次的X光辐射输出，实验中的X光脉冲实际为多个等离子热点辐射叠加的结果，单次箍缩所产生的X光辐射比多次箍缩所产生的X光辐射要强。对每次箍缩来说，单个X光脉冲信号比多个X光脉冲信号的幅值要大。     

气体靶激光等离子体软X-射线源实验研究

介绍了一种无碎屑、高亮度、高工作频率的气体靶激光等离子体软X 射线源。其喷气阀门由压电陶瓷驱动 ,工作频率可达到 40 0Hz。与金属靶激光等离子体软X 射线源相比 ,此光源无碎屑。与喷嘴由电磁阀控制的气体靶激光等离子体软X 射线源相比 ,它有较高的工作频率。一工作在模拟模式的通道电子倍增器被用于探测来自光源的软X 射线辐射 ,其输出信号经过一电荷灵敏前置放大器进一步放大变成电压脉冲信号 ,脉冲幅度与输入电荷灵敏前置放大器的电量成正比。实验测得CO2 ,Xe和Kr在 8～ 2 2nm软X 射线投影光刻常用波段的光谱辐射特性。CO2 光谱包括类锂和类铍离子跃迁形成的线谱 ,Xe光谱是多电荷氙离子 4d 5f,4d 4f,4d 6p和 4d 5p跃迁所形成的光谱。Kr气体靶光谱包括类铜离子、类镍离子、类钴离子和类铁离子跃迁形成的线谱和连续谱。     

强光一号Z箍缩实验研究

 在强光一号装置驱动电流峰值1.4~2.1 MA、上升时间80~100 ns条件下,研究了喷Kr气、喷Ne气、W丝阵和Al丝阵负载Z箍缩等离子体的辐射特性和聚爆过程。实验研究中,用分压器和两个罗戈夫斯基线圈分别测量二极管的电压和流过负载的电流波形,用过滤型X射线二极管和100~1 400 eV平能谱响应闪烁探测器测量X射线时间谱,用镍薄膜量热计测量X射线总能量,用纳秒时间分辨软X射线图像诊断系统记录了Z箍缩的聚爆过程,用时空分辨的椭圆弯晶谱仪诊断了Z箍缩等离子体产生的keV级特征X射线的能谱分布。其中,喷Kr气负载的X射线辐射总能量大于60 kJ,峰值功率约1.7 TW,总能量转换效率可达23%;W丝阵负载的辐射总能量大于30 kJ,峰值功率约1.30 TW,总能量转换效率约为12.5%;喷Ne气负载的keV级辐射总能量5.6 kJ,峰值功率约256 GW,能量转换效率可达2%; Al丝阵负载的keV级辐射总能量2.3 kJ,峰值功率约94 GW,能量转换效率可达0.8%。喷气负载在Z箍缩聚爆过程中存在“拉链”现象,丝阵负载在Z箍缩聚爆过程中存在先驱现象。     

长脉冲keV X射线源的辐射特征

 利用神光Ⅱ第九路2 ns长脉冲激光束作用厚钛固体靶，研究了产生的keV X射线源的辐射区域和总辐射功率的时间行为。结果表明：在长脉冲激光作用厚固体靶时，硬X射线线辐射功率的时间行为以及辐射体积的时间行为与激光脉冲波形一致；长脉冲时，等离子体2维膨胀效应非常显著，keV X射线线辐射的径向辐射区域在激光焦斑尺寸附近达到饱和，导致X射线线辐射功率出现饱和，且keV X射线线辐射的辐射体积正比于焦斑尺寸的3次方。从理论和实验角度研究了在同样入射激光能量下，辐射功率随激光焦斑尺寸的变化关系，发现keV X射线线辐射的饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方，理论结果与实验结果一致。并讨论了相同基频输出激光能量下，keV X射线辐射总功率随激光波长的变化关系，发现即使考虑了倍频效率的影响，短波长激光仍然有利于keV X射线的发射。     

双极性脉冲磁控溅射电源设计

双极性脉冲电源是磁控溅射系统中的关键设备之一。根据铌溅射处理装置的技术要求,研制了一套输出电压0~800 V可调、脉冲宽度20~200 μs可调、频率0~60 Hz可调、脉冲电流最大幅值约150 A的双极性脉冲电源,分别给出了该电源在水电阻负载和等离子体负载下的实验结果。设计上采用DSP控制开关电源的方式对储能电容器进行恒流充电;综合应用FPGA,PLC及触摸屏组成人机交互系统,控制输出光脉冲信号,经负压偏置驱动后使桥式结构的脉冲形成网络产生正负交替双极性脉冲。通过大量实验论证,该电源解决了等离子体负载放电打弧等问题,达到了理想的溅射效果,满足了指标要求。     

毛细管放电软X光激光预-主脉冲延时电路

 以预-主脉冲方式工作的激励软X光激光毛细管放电装置，其预-主脉冲先后触发时间间隔的控制，直接影响了泵浦能量转换为X射线激光能量的效率。运用光电耦合及脉冲变压器隔离等技术，将集成芯片构成的延时电路用于快速高压放电装置中。实验结果表明，预-主脉冲协调工作，延时触发2～50μs，为产生软X光激光提供了条件。     

Z箍缩软X射线辐射能量薄膜量热计改进技术

薄膜量热计是进行Z箍缩辐射总能量测量的主要手段之一,准确可信的总能量参数对Z箍缩研究具有重要意义。对薄膜量热计装置进行技术改进,采用脉冲恒流源代替脉冲恒压源驱动镍薄膜量热计,撤除了回路中的串接电阻,可直接测量薄膜探测器的电阻变化,从而有效提高了辐射总能量测量的精度,拓宽了该设备的适用范围,使其可对目前强光一号加速器Z箍缩实验中所有典型负载进行测量。改进后平面型铝丝阵负载实验中总能量测量的相对不确定度由49.0%降低为19.6%。与闪烁探测系统功率测量结果积分值进行了对比,二者比值在0.87~1.04之间。     

强光一号兆安电流钨丝X箍缩实验研究

为了获得更高亮度的X射线点源,在"强光一号"装置上开展钨丝X箍缩实验研究.基于能量平衡方程,估算了1 MA电流热斑等离子体平衡半径为1—10μm.实验中,测试钨丝直径为25—100μm,丝根数为2—48,负载线质量为0.18—6.9 mg/cm;负载电流峰值为1—1.4 MA,10%—90%前沿为60—70 ns."强光一号"装置上匹配的X箍缩负载为30或32根25μm钨丝X箍缩,这种负载一定概率产生单个脉冲X射线辐射,辐射时刻位于电流峰值附近,典型参数为keV X射线脉宽1 ns,辐射功率35 GW,产额40 J,热斑尺寸～30μm.然而,兆安电流X箍缩通常产生多个热斑及多个脉冲X射线辐射.keV能段首个脉冲X射线辐射时刻与负载线质量正相关,并受到负载丝直径的影响.多个X射线脉冲可能由二次箍缩和局部箍缩产生,多个热斑可能由交叉点处微Z箍缩的长波长扰动和短波长扰动引起.与百千安电流X箍缩相比,兆安电流X箍缩热斑亮度更高,但X射线辐射脉冲的单一稳定性还有待于进一步改善.     

CT-6B托卡马克装置中软X射线辐射及扰动

软X射线诊断是研究托卡马克等离子体不稳定性的重要手段。本文给出用Au(Si)面垒探测器阵列测量CT-6B托卡马克等离子体软X射线的结果,以及各种等离子体不稳定性时的软X射线辐射空间分布特性。 关键词：     

采用靶摆式探头测量软X射线辐射材料产生的喷射冲量

 采用靶摆旋转运动式冲量探头，在“强光一号”加速器上，测量了脉冲软X射线辐射材料产生的喷射冲量。实验结果表明，在平均能量为0.21 keV、平均半高宽为36 ns和平均能注量为143 J/cm²的软X射线辐射下，测得一种复合材料的喷射冲量耦合系数为0.70 Pa·s/(J·cm^-2)。     

激光脉冲对内层等离子体辐射源的影响

本文的基本思想是设计双层金铝薄膜靶以检测激光脉冲宽度与等离子体消融深度的关系,找出有效的等离子体加热方法以产生更强更亮的等离子体辐射源.由于有预脉冲激光的存在,表层金薄膜首先被消融,由主脉冲携带的大能量就能较易穿过表层金等离子体将能量聚焦在内层铝靶上,由此产生内层高温等离子体.又由于外层低温等离子体存在,其将有效的阻碍内高温等离子体因膨胀而引起的能量损失.对无预脉冲而言,直接入射激光能量都沉积在靶表层形成表层高温等离子体.但是激光直接入射而产生的等离子体辐射总强度只比由预脉冲情况下产生的金等离子体辐射强度增加15%.而预脉冲能量只占激光总能量的2%.实验结果显示Al光谱线主要来自类氢,类氦离子跃迁.Au等离子体光谱线主要来自它的N带,O带和P带谱.我们也观察到一个明显的软X射线短波发射极限.所有结果显示由于预脉冲的存在将对靶各层等离子体辐射产生极大的影响