皮秒激光驱动的X射线源编码高分辨照相技术

为实现惯性约束聚变（ICF）内爆燃烧停滞阶段过程中最大压缩时刻的冷燃料面密度分布测量,设计了包含字母客体与针孔阵列的照相客体,通过同一发相同视角测量源分布与客体照相技术,首次建立了皮秒激光驱动的高能X射线源编码照相技术。通过星光III实验研究,基于W丝阵靶照相的反演图像空间分辨率5.4 μm±0.7 μm;激光到X射线（50～200 keV）的能量转换效率,W丝阵靶5.4×10?4,与传统Au单丝靶的转换效率（4.8×10?4）一致。基于源编码照相解决了传统皮秒激光背光照相中空间分辨率与光源亮度不能兼顾的困难,为强背景干扰下提供高信噪比、高分辨率的ICF靶丸压缩背光图像提供了重要照相方式。     

激光高能X射线成像中探测器表征与电子影响研究

基于激光尾场加速电子的高能X射线源具有高光子能量与小源尺寸的特点,在高空间分辨无损检测方面发挥着十分重要的作用.在X光机上测量了CsI针状闪烁屏、锗酸铋(BGO)闪烁阵列与DRZ闪烁屏的本征空间分辨率,并模拟了三类探测器对高能X射线的能量沉积响应,其中CsI针状闪烁屏的空间分辨率高达8.7 lp/mm.采用Ta转换靶产生的高能X射线开展透视照相,能够分辨最高面密度33.0 g/cm~2的两层客体结构.开展了X射线照相、X射线与电子混合照相以及电子照相三种情况的比对实验,在X射线产额不足或探测效率不够情况下采用X射线与电子混合透视照相的方案,以牺牲对比度为代价,能较大程度地提高图像信号强度.     

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     

共轭梯度算法在高能X光照相密度重建中的应用

高能X光照相的密度重建方法主要有傅立叶变换重建、滤波反投影重建、代数法重建等。本文将共轭梯度算法用于高能X光照相的密度重建。采用了标准的共轭梯度程序并作了修改，可以根据实际需求加入一定的约束条件。该程序在有限数据下也能很好地运行。这种方法将被重建客体的模拟与客体的辐射照相投影联系起来。首先，以已知数据为依据，产生客体的一个初始模型。然后，用射线追踪法模拟这一客体的辐射照相。共轭梯度算法将该辐射照相与实际测量的辐射照相投影做比较找出最大可能解。循环迭代，直到实际测量的和计算得到的辐射照相之间的差别足够小(小到令人满意)。     

高能X光照相中密度重建的共轭梯度算法

通过对高能X光照相过程的物理分析,得到了辐射照相的点扩展函数,给出了估价函数的表达式.并以典型的法国试验客体模型为例,将共轭梯度算法应用到高能X光照相的密度重建中,得到了较满意的结果.这种方法从模拟辐射照相过程出发,将辐射照相的模拟结果与实际测量结果做比较并找出最大可能解.可在一定程度上克服其它密度重建算法通过反卷积过程消除模糊效应所引起的不确定性.     

用X射线激光M-Z干涉仪诊断点聚焦CH等离子体电子密度

在神光Ⅱ装置上，用软X射线激光Mach-Zehnder干涉仪诊断了点聚焦CH等离子体电子密度N_e分布，介绍了实验结果. 通过Abel变换进行了密度反演， 给出了N_e的2D分布，测得的最高N_e为3.2×10²¹cm^-3. 通过同1.5维JB19程序以及二维XRL2D程序的模拟结果的比较，发现高密度区，限流因子取0.05的理论结果同实验相符，但是低密度区实验得到的N_e分布下降得更快，而且理论模拟的N_e二维分布同实验结果在细节上有比较大的差别. 粗略的误差分析显示，干涉仪面型误差是实验误差的主要来源. 关键词： 类镍银X射线激光 Mach-Zehnder干涉仪 密度反演 Abel变换     

高能闪光射线源空间位置抖动实验测量

高能闪光照相中光子散射会导致接收图像清晰度降低,影响照相客体界面和密度的分辨精度。使用网栅相机可显著降低散射光子影响,提高图像分辨能力,但同时要求X射线源空间位置更加稳定以减少信号光子在网栅结构中的损失。采用小孔成像的方法测量神龙一号直线感应加速器X射线源焦斑分布,计算焦斑的质心位置和半高全宽大小,分析电子束聚焦状态改变对X射线源空间位置和大小的影响。实验结果表明,电子束聚焦状态改变会导致射线源质心位置及尺寸大小发生明显变化。在恒定聚焦状态下,源质心抖动及大小变化均可稳定在较小范围。 ;     

阳极杆箍缩二极管的理论模型及物理特性

闪光X射线源是获得高凝聚态物质内部物理图像的重要手段,阳极杆箍缩二极管(RPD)作为其重要组成部分之一,直接影响闪光X射线源照相质量。研究RPD物理特性对二极管物理结构优化设计及实验调试具有重要意义。分析了RPD空间电荷限制、弱箍缩和磁绝缘阶段物理模型。基于PIC模拟技术,编写了计算程序,研究了RPD不同阶段的电子电流、离子电流及电子束箍缩物理特性。通过理论分析,获得了特定几何结构RPD物理模型修正系数及各个阶段离子电流与电子电流比,验证了粒子模拟代码的有效性。模拟结果表明:空间电荷限制阶段,粒子模拟结果与双极性流计算结果一致;在弱箍缩和磁绝缘阶段,粒子模拟得到的总电流与磁绝缘模型计算结果一致,且与文献给出的经验拟合表达式计算结果一致;磁绝缘阶段离子电流与电子电流之比与电压和二极管几何结构相关,给出了离子电子电流比增大系数η与电压和阴阳极半径比的关系,该系数受电子、离子在不同结构二极管渡越时间的影响,随电压和阴阳极半径比增加而逼近恒定值。     

用于行星原位分析的微型微焦斑X射线激发源

基于微型X射线闭管的X射线荧光谱仪是深空探测新一代元素就位分析技术,研制了一款微型微焦斑X射线闭管作为X射线荧光分析的激发源。设计了一种新型的单极静电聚焦透镜,仿真模拟了电子聚焦光学结构尺寸对电子束运动轨迹的影响,并对静电聚焦结构的形状和尺寸进行了优化。完成了微型一体化X射线源的加工和装调,搭建了X射线源性能测试装置。微型一体化X射线源工作电压2～50 kV、X射线强度不稳定性为0.3%、高压不稳定性为0.21%。在高压50 kV、电子电流50μA的情况下,微型一体化X射线源的总功耗5 W,焦斑尺寸177μm×451μm,可以满足深空探测行星表面物质成分原位分析需求。     

利用数值模拟测量闪光照相中H-D曲线

 在分析高能闪光照相中传统实验方法不足的基础上，提出了采用Monte Carlo模拟结果来建立底片光学密度与照射量之间的关系，并对一个球对称客体进行了实验照相。采用Monte Carlo方法分析了底片光学密度分布左右不对称的各种因素，认为底片光学密度分布左右不对称主要是照相器件几何对中不理想造成的，并说明了底片光学密度左右平均的合理性。在此基础上介绍了H-D曲线的生成方法，采用Silberstein理论得到了具有较高精度的H D曲线。这种结合Monte Carlo模拟的H-D曲线测量方法不但避免了照射量测量误差，而且还考虑了H-D曲线对X射线能谱的依赖关系，更能体现实际情况，具有较高的精度。可用于球对称客体或柱对称客体的辐射照相。     

X射线同轴相衬成像的参数优化系统

通过对具有2维高斯型相位分布特征的物体的X射线同轴相衬成像技术进行理论分析,建立了成像系统参数优化系统。优化系统明确了图像衬度、信噪比、分辨力和探测器抽样数等成像质量评价参数对射线源能量、源焦斑尺寸、探测器分辨力、成像几何和物体结构特性等系统参数的依赖关系。采用数值模拟,分别对亚微焦点源、激光驱动微焦点源和同步辐射源3种X射线源下的成像系统相关参数进行了优化。结果表明,优化系统很好地完成了系统的优化工作。     

电子照相技术成像模拟研究

针对高能电子照相的关键物理过程开展蒙特卡罗照相模拟研究,采用Geant4围绕2.5 GeV电子在四极透镜组内的输运、电子与物质相互作用衰减等照相基本过程展开研究。通过设计不同材料、不同厚度的含缺陷平板作为模拟照相客体,开展放大型电子照相系统缺陷分辨能力模拟。此外,采用不同材料、不同厚度的台阶样品,模拟获得了电子束流穿过相应面密度材料后的线扩展函数,进一步评估电子照相对实心客体的探测分辨能力。     

Determination of the size of a radiation source by the method of calculation of diffraction patterns

In traditional X-ray radiography, which has been used for various purposes since the discovery of X-ray radiation, the shadow image of an object under study is constructed based on the difference in the absorption of the X-ray radiation by different parts of the object. The main method that ensures a high spatial resolution is the method of point projection X-ray radiography, i.e., radiography from a point and bright radiation source. For projection radiography, the small size of the source is the most important characteristic of the source, which mainly determines the spatial resolution of the method. In this work, as a point source of soft X-ray radiation for radiography with a high spatial and temporal resolution, radiation from a hot spot of X-pinches is used. The size of the radiation source in different setups and configurations can be different. For four different high-current generators, we have calculated the sizes of sources of soft X-ray radiation from X-ray patterns of corresponding objects using Fresnel-Kirchhoff integrals. Our calculations show that the size of the source is in the range 0.7–2.8 μm. The method of the determination of the size of a radiation source from calculations of Fresnel-Kirchhoff integrals makes it possible to determine the size with an accuracy that exceeds the diffraction limit, which frequently restricts the resolution of standard methods.     

超短超强激光与金属靶作用产生硬X射线照相

 超短超强激光与物质相互作用产生硬X射线的应用之一是X射线照相。利用等离子体国家重点实验室的SILEX-Ⅰ激光器进行了超短超强激光与高Z平面金属厚靶相互作用产生硬X射线作为照相光源的照相实验研究。采用闪烁体+胶片和闪烁体+CCD相机的方式分别接收X射线图像,在靶的侧向和后向得到清晰X射线图像。由于采用的闪烁体厚度和照相几何不同,图像质量和空间分辨率存在明显差别。这种照相技术不仅可以作为激光与固体靶相互作用产生光源研究的基础手段,而且可以作为激光与固体靶相互作用致硬X射线的探测方式。     

Picosecond X-ray radiography of superdense high-temperature laser plasma

The layout of an X-ray source for diagnostics of the compressed state of laser plasma is proposed, and its optimal parameters are calculated under the conditions required for nuclear fusion. Such a source operating in a pulsed regime is intended to be used for determining the spatial distribution of laser-plasma density with high temporal resolution by means of multiframe (pulses follow with a specified time interval) backlight imaging of the main target by X-ray pulses obtained by irradiation of a secondary target by picosecond laser pulses.     

高能质子照相中面密度的测量和不确定性分析

 依据洛斯·阿拉莫斯国家实验室的质子照相概念，通过研究高能质子与物质的相互作用规律，给出了质子照相确定面密度的计算公式及其不确定性分析，阐述了质子照相鉴别材料组分的原理。相对于X光照相，质子通过面密度较大的物体后的通量明显增加，界面探测和密度重建更加准确。研究了多库仑散射和磁透镜系统的色散对质子照相空间分辨率的影响及解决途径。结果表明，高能质子照相在穿透能力、面密度测量、材料的组分识别、空间分辨率等方面都优于X光照相。     

Factors Analysis for CO2 Retrieval from the Ground-Based Hyperspectral Measurements in the Short Wave InfraredSCIEI北大核心CSCD

Ground-based CO2 inversion accuracy determines the understanding of CO2 source and sink. However the study about factors affecting ground-based CO2 inversion. In order to improve CO2 inversion accuracy, the effects from aerosol, spectral shift, spectral band selection, spectrometer response function type, half width and truncation error have been analyzed by using radiative transfer model. The results show that: (1) the multiple scattering of aerosol can be ignored when instrument field of view is less than 1.5 degrees and aerosol optical depth is less than 0.5. (2) The inversion results are smaller when there are spectral offsets. The inversion errors increase nonlinear with spectral offsets. And the higher the spectral resolution, the larger the effect of spectral shift. (3) Different spectral bands have various average signal-to-noise ratio, selecting channels with appropriate signal-to-noise ratio and enhancing instrument signal-to-noise ratio can reduce the effect of instrument noise. (4) The higher the instrument resolution, the more important the degree of accuracy of instrument line function for simulated spectrum. Therefore, for hyper-spectral observation, the constancy of environmental temperature is key of acquiring high precision inversion results. (5) For over-high spectral resolution, simulated spectrum is anamorphic due to crosstalk effect. Therefore the crosstalk effect must be considered when the spectrometer resolution is advanced.     

微聚焦菲涅耳波带板聚焦特性研究

通过激光轰击Ti平面靶,用微聚焦菲涅尔波带板做成像器,测到了在放大倍数为66倍时X射线焦斑图像.利用Fresnel-Kirchhoff衍射积分公式数值模拟了微聚焦菲涅尔波带板的点扩展函数,模拟结果表明该微聚焦菲涅尔波带板在两倍焦距处强聚焦.改变物距和像距但保持透镜的物像距公式,也可得到类似的结果.模拟和实验表明微聚焦波带板可以应用于X射线点对点成像,实现激光等离子体X射线高空间分辨成像. 关键词： 菲涅尔波带板 Fresnel-Kirchhoff衍射 数值模拟 点扩展函数