透射光栅时间分辨谱仪

透射光栅时间分辨谱仪是获取激光等离子体软X光辐射高分辨能谱时间二维信息的实验诊断装置。介绍了在国内首次建立的透射光栅时间分辨谱仪的原理、结构和性能,给出了该谱仪测得的金平面靶软X光辐射能谱时间谱并对其做了初步的讨论。     

高线密度X光透射光栅衍射效率

高线密度X光透射光栅是各种高分辨光栅摄谱仪的核心色散元件,为了获得较高的光谱分辨率,工作在2~5 keV能区的光谱仪需要使用5000 l/mm的X射线透射光栅。为了获得光栅的绝对衍射效率,采用同步辐射光在多个能点对5000 l/mm的X光透射光栅进行衍射效率实验标定,通过光栅相对衍射效率拟合获得了光栅结构参数,与光栅结构测量结果非常接近。然后,采用衍射效率的矩形栅线模型,计算得到了光栅的绝对衍射效率。     

“阳”加速器上的Z箍缩诊断技术

概述了为开展Z箍缩实验物理研究而建立的一些诊断技术和方法。这些诊断技术已成功应用于"阳"加速器(负载电流1.2 MA,上升时间85 ns)喷气和丝阵Z箍缩物理研究中,其中软X光8通道Dante谱仪和软X光闪烁体功率计主要用于软X光能段的辐射功率、能量和低能辐射能谱测量;椭圆弯晶谱仪、凸圆柱晶体谱仪和透射光栅谱主要用于X光辐射线谱和连续谱的测量,以获取等离子体密度、电子和离子温度等信息;X光八分幅针孔相机、分能段6通道X光掠入射针孔积分相机和激光差分干涉测量系统主要用于研究Z箍缩内爆动力学过程及等离子体参数等,并给出了这些诊断系统获取的典型实验结果,包括X光辐射功率、辐射能谱、等离子体内爆图像和密度分布等。     

时间分辨晶体谱仪在Z箍缩等离子体中的应用

在装置阳加速器上,使用椭圆弯晶谱仪对Al丝阵Z箍缩实验的X射线辐射特性进行了研究。在谱仪结构中,使用椭圆面的晶体作为分光元件,采用PIN阵列作为记录元件实现时间分辨测量,同时用成像板记录时间积分结果。在Al丝阵Ｚ箍缩实验中,获得了时间分辨的Al等离子体Ｋ壳层辐射谱,用基于碰撞-辐射模型的K壳层线辐射谱分析程序对Al丝阵Z箍缩的实验数据进行了分析,获得了Al丝阵等离子体的时间分辨的电子温度和时空平均的电子数密度参数。     

罗斯滤片法测量激光打靶X射线辐射通量

利用一套罗斯滤片系统测量激光轰击固体金属Ti平面靶产生的X射线辐射通量,系统包括两个相同的X射线探测器及相应滤膜。罗斯滤片法的优点在于利用相邻核素对X射线相似的阻止率,可滤出一个窄的能带并去除高能部分的干扰,获得了Ti平面靶K壳层X光辐射产额。实验结果表明:硬X射线能段在4.5~4.9keV之间的K壳特征辐射占优,连续谱所占份额较低(与晶体谱仪一致);随着激光能量的增加,特征辐射增加;激光强度接近2×1015 W/cm2时,能量转换效率出现峰值。     

基于M壳层辐射的Si K边X射线吸收近边结构谱实验研究

基于纳秒高功率激光辐照高原子序数靶材产生的等离子体M壳层X射线辐射,利用椭圆柱面晶体谱仪进行薄膜单晶Si样品的K边X射线吸收近边结构谱(XANES)静态实验研究;通过详细介绍实验方案,分析椭圆柱面晶体谱仪的原理,得到谱仪的位置-能量色散关系,并对Au、Lu、Yb、Dy、Ta、Co这6种靶材产生的等离子体X射线光谱进行比较。结果表明:通过比较这6种靶材产生的等离子体X射线光谱后发现,在Si的K边(1839eV)附近,Lu、Yb、Dy靶材的激光等离子体M壳层辐射相对其他几种靶材具有较高的光谱亮度,对应的XANES的信噪比较好;实验获得的XANES与FEFF9.0软件计算结果基本符合,验证了单发获得的静态实验数据是可靠的。     

透射光栅谱仪测谱不确定度分析

透射光栅谱仪广泛应用于惯性约束聚变和其他激光等离子体相互作用领域. 而辐射光谱的精确测量依赖于测量设备的不确定度. 本文从标定过程出发, 分析了标定实验对透射光栅各级衍射效率带来的不确定度. 结合标定实验带来的不确定度, 分析了实验结果解谱过程带来的不确定度. 给出了0.1-5keV能段测量光谱的不确定度. 关键词： 不确定度 透射光栅 实验标定     

高谱分辨X光能谱诊断技术

 采用国内首次研制出的2 000线/mm的自支撑透射光栅配上背照射软X光CCD(charge coupled device)组成了高谱分辨透射光栅谱仪。通过实验标定和理论模型计算相结合得到了高线对透射光栅的绝对衍射效率；同时建立了透射光栅谱仪测谱解谱方法，编制了相应的解谱程序。在“神光”激光装置上利用该谱仪通过激光打靶实验获得了金腔靶注入口发射的X光能谱定量实验结果，实验结果表明，该谱仪测谱范围在高能区达到6 000eV,谱分辨达到0.1nm，能够清晰地分辨金等离子体M带三峰分布X光谱结构。     

透射式柱面弯晶谱仪的单滤片能量刻度方法

根据布拉格衍射定律和晶层模型,推导了透射式柱面弯晶谱仪的三维衍射光路的理论公式,并利用该理论研究了谱仪测量光谱的能量刻度问题。在考虑了实验中谱仪与光源的准直度和记录介质放置姿态带来的误差后,发现利用多种滤片的K吸收边进行公式拟合得到弯晶谱仪能量刻度曲线的方法对低能X射线谱线的误差较大,进而提出了用单滤片通过理论公式模拟计算进行谱仪能量刻度的方法。通过对透射式柱面弯晶谱仪测量到的Ag靶X光机的实验光谱进行能量刻度,实现了用单滤片在线定标弯晶谱仪,验证了理论公式和能量刻度方法的正确性。     

皮秒脉冲激光产生的X射线源能谱精密诊断

针对皮秒脉冲激光产生的X射线能谱精密诊断需求,提出了一种晶体谱仪,该谱仪使用曲率为200 mm的透射式石英弯晶作为色散元件,测谱范围可覆盖8～60 keV。使用该谱仪在星光III和神光II升级装置进行了应用,成功获得了铜、钼、银等元素的特征线能谱,以及金的L壳层特征线,测量获得的能谱信噪比较高,显示了谱仪在测量皮秒激光产生的X射线能谱上的良好性能。     

喷气式Z箍缩等离子体辐射软X射线能谱的研究

研制了一台五通道ROSS-FILTER-PIN软X射线能谱仪，能谱范围为0.28—1.56keV.它由5个连续能段组成，每个能段的起止边由罗斯滤片对(ROSS-FILTERS)的L或K吸收边确定.罗斯滤片对的厚度通过优化计算得到，为了使每个通道的灵敏区外响应(即所测能段外响应)与通道总响应之比最小，在滤片对的第二滤片上镀上了一定厚度的第一滤片材料；为了缩减滤片表面积以增强低能滤片的抗冲击能力及方便滤片加工，能谱仪采用了小探测面积的PIN探测器(1mm²).借助此能谱仪，测量得到了喷气式Z箍缩(Z-pinch)等离子体辐射软X射线能谱的分布，并研究了软X射线产额随箍缩状况的变化趋势. 关键词： Z箍缩等离子体 罗斯滤片 软X射线能谱     

Z箍缩诊断中椭圆晶体谱仪测量数据的处理

以氖气喷气Z箍缩的实验结果为例,详细讨论了椭圆晶体谱仪测量数据的处理方法,包括使用标定结果将胶片黑密度转换为X光强度,根据已知谱线的能量和扫描点序号对测量能谱的能点进行定标,以及使用Henke给出的考虑谱仪非均匀色散效应、晶体积分反射率和X光滤片透过率后的公式对测量能谱的强度进行修正,给出了最终的解谱结果。并使用Lorentz线型函数拟合谱线轮廓,求出了Hα,Heα和Heβ等K壳层谱线的相对强度,对处理后能谱强度的误差进行了简单分析。     

一台高分辨袖珍式掠入射光栅谱仪

为满足X光激光实验研究的需要,研制了一台袖珍式掠入射光栅谱仪。谱仪的波段范围为2～32nm,分辨率为0.005nm,重量3.5kg。在研制过程中,采用了三坐标测量机进行谱仪元件调整的新技术;在使用过程中,创造了以基准面进行瞄准的新方法。     

Soft X-ray spectroscopic study of a gas-puff Z-pinch argon plasma

X-ray radiation characteristics of argon plasma produced by a gas-puff Z-pinch device were investigated using an X-ray crystal spectrometer, an X-ray diode, and an extreme ultraviolet (XUV) spectrometer. Using a germanium crystal we have observed spectral emission from Ar XVII produced by hot spots at the pinched stage. With the help of a 2-m grazing incidence XUV spectrometer, the spectrum of 30 to 250 Å were obtained. Strong lines from Ar VIII to Ar XIII were observed with a continuum whose peak is around 120 Å. The radiation energy in the spectral range is estimated to be about 23 joule which is about 0.6% of the electrical energy stored in capacitors     

Detection of the X-ray spectra of imploding neon Z-pinch with elliptically bent mica crystal spectrometer

A wide variety of X-ray and extreme ultraviolet diagnostics are being developed to study on Yang acceler- ator. An elliptically bent crystal spectrometer is designed with a focal length of 1350 mm. A mica crystal with an interplanar spacing of 1.984 nm bent onto an elliptical substrate with eccentricity of 0.9485 is used. The crystal analyzer covers the Bragg angle range from 30° to 60°. The mica crystal can efficiently reflect radiation in multiple orders, covering the entire spectral range from 0.1 to 1.73 nm except for a gap from 0.86 to 1.0 nm. The application experiment is performed on Yang accelerator using the bent mica crystal analyzer. Spectra of neon-puff Z-pinch plasmas are recorded with a X-ray film, showing the H-like and the He-like lines of neon. Each spectrum has been identified and used for the wavelength calibration, and most of the line radiation is contained in the He-α and the L-α lines. The experimental results have demonstrated that the spectral resolution approximates 379.     

聚龙一号丝阵负载Z箍缩硬X射线能谱测量

为获取聚龙一号实验装置负载放电产生硬X射线的能谱分布,设计了一套7通道硬X射线能谱仪。介绍了这套多通道硬X射线能谱仪的测谱原理、主要参数及根据测量结果回推光源辐射能谱的解谱算法。在聚龙一号装置丝阵负载物理实验中对测量系统进行考核,获得了信噪比较高的测量波形。利用最大熵方法进行解谱,获得了丝阵负载产生的硬X射线能谱分布,辐射能段主要集中在200~500 keV附近,且1 MeV以上光子份额较低。     

用于测量Z箍缩铝等离子体K层辐射的邻苯二甲酸氢铊弯晶摄谱仪

 基于邻苯二甲酸氢铊(TAP)弯晶和软X射线分幅相机建立了一套4通道的时空分辨弯晶摄谱仪,测谱范围1 500～2 300 eV,时间分辨约2 ns。分析了谱仪各环节的信号传递和转换过程对系统谱响应的影响。利用该谱仪在“强光一号”加速器(约1.5 MA, 80～100 ns)Al丝阵Z箍缩实验中获得了时间分辨及时间积分的Al等离子体K层辐射谱,记录到了类H、类He离子主要共振线及类Li、类He离子双电子复合伴线。将摄谱结果与分能区X射线图像进行了比较。时间分辨的发射谱相对强度与积分结果有明显不同,反映了等离子体在5～10 ns时间尺度上的电子温度和离子布居变化。