神光Ⅲ主机装置X光静态成像系统研制

针对神光Ⅲ主机装置的靶室结构和打靶方式要求,基于针孔成像原理,成功研制出应用于神光Ⅲ主机装置的X光静态成像系统。该系统采用模拟靶组件进行离线瞄准,并可进行在线轴向和指向调节,调节精度分别为81 m、40 m。针孔组件和滤片组件的自动更换使系统实现了真空环境下的在线快速切换和运行。同时使用有限元软件ANSYS对系统的变形与应力进行模拟分析以保证系统的可靠性。系统搭载X光CCD在神光Ⅲ主机装置上进行激光打靶考核,实验结果表明,该系统达到神光Ⅲ主机装置使用要求。     

基于平面孔靶对本底X光及激光挂边的研究

在神光-Ⅲ和神光-Ⅲ原型装置上基于平面孔靶研究了激光挂边及本底X光发射情况。能量卡计直接测量激光挂边份额;X光针孔相机给出本底X光发射的空间图像;平响应X光探测器测量本底X光的强度。实验结果表明:在神光-Ⅲ原型上800 m注入孔时,针孔图像中本底X光计数与黑腔漏失辐射流计数的比值约为1.2%;在神光-Ⅲ上1000 m注入孔时,平响应X光探测器测得的本底X光干扰的峰值约为2.7%,能量卡计测得的激光挂边份额约为2.6%。此外,根据神光-Ⅲ的实验参数模拟计算了激光挂边份额和本底X光的干扰。与实验结果的对比说明了该模型的正确性,可以用该模型评估激光挂边及本底X光发射情况,同时可以用该模型指导注入孔尺寸的选择。     

时空分辨平焦场光栅谱仪

 利用2 400 lp/mm或1 200 lp/mm的平焦场光栅谱仪、门控宽微带X光单分幅相机及可见光CCD记录系统建立了一套时空分辨平焦场谱仪X光谱诊断系统。介绍了该谱仪系统的结构、工作原理和实验调试方法。利用该谱仪在星光激光装置上进行了时间分辨铝等离子体发射谱线的实验测量，获得了清晰的时间分辨铝等离子体谱线。在神光Ⅱ装置上初步观测到了时空分辨铝样品吸收谱，谱分辨为0.02～0.05nm。     

神光Ⅲ核心Ⅹ射线分幅相机

神光Ⅲ装置核心Ⅹ射线分幅相机将用于激光装置性能验收实验和宽范围的高能量密度物理、惯性约束聚变物理及基础物理实验研究.相机系统主要为记录神光Ⅲ装置靶的时间分辨X射线发射设计,利用可更换的鼻椎实现具有二维空间分辨或者一维谱分辨的靶形貌时间分辨图像.神光Ⅲ装置核心X射线分幅相机将被嵌入到一个铝制空气包中,空气包具有大容量冷却平板和一个特制的环境监测传感器阵列.相机设计很多部分不同于早期X射线分幅相机,如一套全新的阻抗匹配方案,曝光时间从0.07-1.5 ns可调,先进的荧光屏,脉冲屏压电路,准确的模块定位,独特的监控系统和完全远程计算机控制.其中先进的荧光屏和脉冲屏压电路已经获得初步应用.     

神光Ⅲ主机X射线条纹相机设计

根据神光Ⅲ激光器的运作方式和靶室结构,配套建设的X射线条纹相机在结构和性能上同以往有很大不同,建成后不仅应用于高时间分辨的实验诊断,也将用于神光Ⅲ主机各束激光同步性能的检验.设计的X射线条纹相机将全部采用模块化组件,拥有优于10 ps的时间分辨、15 lp/mm以上的空间分辨以及100 eV-10 keY能区的光阴极响应.相机在结构方面采用了非常独特的密闭气室结构,变像管、CCD,所有的电气控制设备都寄宿在气室内并保持常温和一个大气压的工作状态.整个相机系统内嵌了计算机工控设备,通过一根以太网线获得相机所有功能的远程控制.相机其它的特性还包括拥有完善的安全互锁系统以确保相机远程控制的安全;满足严格的EMI/EMP屏蔽要求以避免神光Ⅲ主机高能量激光发射带来的电磁干扰,并可采用光纤引入紫外时标光建立信号的绝对时间基准.     

高动态范围激光等离子体诊断系统及其在惯性约束聚变实验中的应用

基于高功率激光等离子体X射线辐射谱特性,设计和研制了一种大画幅高动态范围MCP选通型分幅相机. 单画幅宽度13mm,长度36mm,曝光时间0.5—5ns可调.与X射线CCD比较,系统在1.0—10keV的谱响应相对平整,无高能增强效应.利用高功率激光打靶实验进行了性能考核实验,结果表明,系统的信噪比明显好于X射线CCD系统,动态范围大于3×10³. 系统已经在神光Ⅱ装置ICF物理实验中获得成功应用. 关键词： 动态范围 谱响应 激光等离子体诊断 分幅相机     

“聚龙一号”装置不同光子能段X射线积分成像系统研制

成功研制了用于"聚龙一号"装置上Z箍缩实验中等离子体图像诊断的三通道不同光子能段的X射线积分成像系统。该系统主要由针孔阵列调节组件、X射线真空飞行管道、X射线分光器件及成像板组成,各通道的光谱响应分别为277eV,小于700eV和大于800eV,其对应的成像针孔直径为100,100和50μm,成像放大倍率2倍,成像空间分辨率均优于0.2mm。在"聚龙一号"装置上完成了该成像系统的性能考核,获取了不同光子能段的等离子体时间积分图像。结果表明,该成像系统满足"聚龙一号"装置上Z箍缩实验的诊断需求,在提升了单台相机光谱响应范围的同时提高了低能段图像的空间分辨率。     

神光Ⅲ主机搭载平台双光路自动瞄准系统

神光Ⅲ主机靶室中用来搭载多种物理诊断设备(条纹相机、分幅相机等)的平台要求具有很高的定位精度和工作稳定性,能方便、可靠地实现对靶室内打靶目标的瞄准,为此设计了一种双光路自动调整与瞄准装置,其位置精度可以保证20μm范围内。搭载平台采用了一套双光路成像系统和一套三自由度运动部件构成瞄准系统。在瞄准系统中,应用视觉伺服控制技术,实现了搭载平台对打靶目标的高精度自动瞄准。搭载平台已经安装到神光Ⅲ主机装置上进行了自动瞄准精度检测,得到径向(z)和指向(x,y)的瞄准调整精度分别为14,11,12μm;实际搭载了分幅相机进行激光打靶考核验证,通过物理实验得到了X光焦斑图像,表明该自动瞄准调整系统满足工程使用要求。     

X光能点、放大倍率及针孔尺寸对空间分辨的影响

X光针孔成像是惯性约束聚变(ICF)研究中重要的诊断方法,对其点扩散函数的计算可用于图像重建和系统空间分辨的判断。对菲涅耳衍射公式进行了化简,分析了X光能点、针孔尺寸及放大倍率对针孔点扩散函数的影响。实验在保证成像能获得足够高信噪比的条件下,通过模拟获得在最佳空间分辨时所要的针孔大小、放大倍率和X光能点等参数。在流体力学不稳定性的静态样品定标实验中,通过模拟获得了针孔的调制传递函数(MTF),结合实验测量的结果反推获得分幅相机本身的MTF值。同时采用测刀边函数的方法获得了分幅相机本身的刀边函数,进而得到相机在各空间频率下的MTF值。两种方法得到的分幅相机MTF值一致,验证了通过菲涅耳衍射模拟X光针孔成像的可行性。     

皮秒分幅相机在Z箍缩实验光谱测量中的应用

 在Angara-5-1装置进行的中俄联合Z箍缩实验中,通过在皮秒分幅相机针孔上粘贴不同种类和厚度的滤片,并利用皮秒分幅相机的光谱响应特性,对丝阵靶实验中产生的强脉冲软X光进行拍照,获得了各种负载不同能段的X光分幅像。通过对皮秒分幅相机和2.3 mm厚formvar膜滤片的光谱响应特性分析,以及对同一时刻粘贴2.3 mm厚formvar膜滤片和未粘贴2.3 mm厚formvar膜滤片两幅图像径向辐射强度波形的对比,确定出获取的X光辐射图像的能谱范围:不加formvar膜滤片的X光辐射图像光子能量大于70 eV,加formvar膜滤片的X光辐射图像光子能量大于150 eV,同时还确定出图像各部分的光子能量分布。     

神光Ⅲ核心X射线分幅相机(英文)

神光III装置核心X射线分幅相机将用于激光装置性能验收实验和宽范围的高能量密度物理、惯性约束聚变物理及基础物理实验研究.相机系统主要为记录神光III装置靶的时间分辨X射线发射设计,利用可更换的鼻椎实现具有二维空间分辨或者一维谱分辨的靶形貌时间分辨图像.神光III装置核心X射线分幅相机将被嵌入到一个铝制空气包中,空气包具有大容量冷却平板和一个特制的环境监测传感器阵列.相机设计很多部分不同于早期X射线分幅相机,如一套全新的阻抗匹配方案,曝光时间从0.07-1.5ns可调,先进的荧光屏,脉冲屏压电路,准确的模块定位,独特的监控系统和完全远程计算机控制.其中先进的荧光屏和脉冲屏压电路已经获得初步应用.     

神光III核心X射线分幅相机

神光III装置核心X射线分幅相机将用于激光装置性能验收实验和宽范围的高能量密度物理、惯性约束聚变物理及基础物理实验研究.相机系统主要为记录神光III装置靶的时间分辨X射线发射设计,利用可更换的鼻椎实现具有二维空间分辨或者一维谱分辨的靶形貌时间分辨图像.神光III装置核心X射线分幅相机将被嵌入到一个铝制空气包中,空气包具有大容量冷却平板和一个特制的环境监测传感器阵列.相机设计很多部分不同于早期X射线分幅相机,如一套全新的阻抗匹配方案,曝光时间从0.07-1.5 ns可调,先进的荧光屏,脉冲屏压电路,准确的模块定位,独特的监控系统和完全远程计算机控制.其中先进的荧光屏和脉冲屏压电路已经获得初步应用.     

黑腔LEH堵孔实验研究取得新进展

在神光Ⅲ主机激光装置上,采用单端带激光注入孔(LEH)的桶状黑腔,利用极区分幅相机和极区附近X光条纹相机获得黑腔内壁附近和LEH附近等离子体的X射线发射时空演化图像,进而研究LEH堵孔特性。X光图像清晰地展示了激光光斑移动、LEH附近等离子体缩孔和堵孔过程,为优化LEH尺寸提供了实验依据。     

杆箍缩二极管X射线焦斑的成像法测量

 X射线源的焦斑尺寸是反映杆箍缩二极管射线源成像性能的重要参数。利用针孔成像法对MeV级脉冲X射线源的焦斑进行了2维图像测量。厚针孔采用直孔段加单锥体结构,直孔段孔径为0.2 mm。对于0.5 MeV的X射线,5倍成像倍率下调制传递函数值为0.5时空间分辨达到2.0 lp·mm^-1。图像采集系统由闪烁体、物镜和CCD相机组成,物镜的成像倍率约0.34。实验结果经过模糊校正后,得到了焦斑的图像和调制传递函数。根据调制传递函数值为0.5时对应的空间频率值,给出X射线源焦斑的尺寸。阳极杆直径为1.2 mm时,X射线源焦斑的高斯分布等效直径为0.86 mm。     

450 kV数字化X光照相诊断系统

介绍了450 kV数字化X光照相诊断系统的研制,该系统由450 kV脉冲X光机和抗辐照X光CCD相机组成。450 kV脉冲X光机输出的X射线脉冲半高宽为40 ns,1 m处剂量为5.210-6 C/kg,焦斑2~5 mm,2.5 m处可穿透20 mm的Fe。抗辐照X光CCD相机接收X光能谱范围为10~450 keV,有效成像面积最高可达100 mm100 mm,空间分辨率最高可达3 lp/mm,具有很强的抗电磁干扰能力。进行爆轰实验时在总防护为40 mm铝板的情况下,450 kV数字化X光照相诊断系统的照相视场可视范围超过70 mm,空间分辨率优于1.2 lp/mm。     

基于布拉格反射镜的X射线多色单能成像谱仪

报道了一种基于布拉格反射镜的多色单能成像谱仪研制工作,谱仪由针孔阵列、布拉格反射镜和CCD相机组成.大约有300个微孔的针孔阵列板置于布拉格镜前用于空间成像,通过布拉格反射镜的单色化,投射到CCD上的数百个小孔成像沿色散方向获得了能量分辨.经过图像处理,可以还原得到目标的多色单能二维成像.根据采用的布拉格分光元件和图像还原方法,谱仪的能量分辨达到了50—200（λ/Δλ）;针孔成像的空间分辨优于10 μm.同时还为该谱仪开发了专门的单能图像重建软件及图像数据后处理软件,可以在任意选择的窄能带内还原准单能图像.并重点介绍了该谱仪的优化设计、获得的技术指标以及专门研制的超短周期（2.5 nm）X射线W/B₄C多层镜. 关键词： X射线光学 诊断技术 布拉格反射镜 X射线多层镜     

“神光”-Ⅱ内爆动力学研究进展

在2004年的“神光”-Ⅱ内爆实验中，设计了球壳内界面涂S、且氘燃料区中掺Ar的辐射驱动内爆靶球（图1），实验排布如图2所示：针孔阵列一晶体谱仪（PA--CS）置于正西水平方向；正东水平方向放置时间分辨的晶体谱仪（扫描晶体谱仪S—CS），测量靶球内爆中心和S线谱发射的时间过程；正南水平方向放置一台针孔阵列—X射线分幅相机（XFC），监测靶丸内爆压缩发光图像；闪烁体探测器在靶室外东南方向监测内爆中子产额：软X光能谱仪在水平东偏北方向监测腔内辐射温度。由数千个针孔组成的针孔阵列和平面晶体组成的二维单色成像系统的测量原理如图3所示。     

针孔阵列扫描成像系统研究

采用多针孔线阵配 X光条纹相机 ,由多个针孔的一维条纹图像的数据 ,利用图像处理技术重建出二维图像。由此获得一项高时间分辨的二维空间成像技术 (MIXS) ,此技术利用现有的设备获得比 X光分幅相机高得多的时间分辨的二维图像。     

束靶耦合传感器光学及机械设计

利用共轭原理设计了用于惯性约束聚变的束靶耦合传感器,不仅解决高精度打靶,同时避免模拟准直光在瞄准过程中直接辐照实验靶。根据束靶耦合传感器的设计功能和工作原理,进行系统的光学设计和机械结构设计,通过成像实验采集的图像光学分辨力达到6 m,束靶耦合精度8.8 m。该束靶耦合传感器已经成功应用于神光-Ⅲ原型装置,通过针孔相机采集的四孔CH靶图像,统计计算得到装置的打靶精度优于25 m,满足设计打靶的束靶耦合精度的指标。     

微通道板选通X射线纳秒分幅相机的研制

设计并研制了一种新的微通道板选通X射线纳秒分幅相机,相机系统由带有行波选通微带光电阴极的近贴聚焦分幅变像管、电控单元、针孔安装和调节系统及真空系统组成.电控单元提供相机上作需要的直流电压和脉冲开关电雎.输出图像山采用光纤面板耦合到荧光屏的CCD相机读出.采用厚50 mm的Au作为变像管光电阴极,相机谱响应范围0.1～10 keV.可获得八幅分幅图像,每幅曝光时间1 ns,2 ns和5.0 ns三档可调,像幅时间间隔分2 ns、5 ns和10 ns 三档可调.相机动态空间分辨力优于18 lp/mm,触发晃动小于100 ps,时间抖动小于5%.并可实现远距离监视、控制和数据采集.对相机静态特性和动态特性的实验标定及应用现场所获得的实验结果均表明,相机上作性能稳定,具有几何畸变小、动态范围大等特点,满足 Z-箍缩实验研究的需要.