用于X射线时空分辨测量的弯晶谱仪

为了测量激光聚变产生的0.2～0.37 nm范围内的等离子体X射线, 设计了一种基于空间和时间分辨的聚焦型弯晶谱仪. 将在700℃时弯曲后的LiF(2d＝0.403 nm)晶体作为色散元件, 布喇格衍射角的变化范围为30～67.5°, 弯晶粘贴在离心率和焦距分别为0.9586和1350 mm的椭圆形不锈钢基底上. 利用弯晶谱仪配X光CCD相机在星光Ⅱ激光(0.35 μm, 60～80J, 700 ps)装置上摄取了钛平面靶发射的X射线光谱, 实验结果表明它的光谱分辨率能达到0.001 nm.     

双通道凸面反射式弯晶谱仪的研制及应用

 为满足惯性约束聚变研究需要工作距离长、测谱范围宽的X射线诊断设备的独特要求,基于凸面反射几何原理研制了一台双通道弯晶谱仪。谱仪利用Si（111）及Qz（10－10）两种弯晶衍射X射线,并通过X射线CCD成功获得谱线图像,测谱范围从0.30 nm到0.65 nm。在激光装置原型诊断实验上得到应用。数据分析的结果证明实测谱线图像与理论模拟基本吻合。     

激光等离子体球面晶体光谱成像

 利用自聚焦原理,研制了一种新型的球面弯晶谱仪。晶体分析器采用云母材料,其弯曲半径为380 mm,布拉格角为51°。利用成像板接收光谱信号,其有效面积为30 mm×80 mm,从等离子体源经晶体到成像板的光程长为980 mm。物理实验在中国工程物理研究院激光聚变研究中心20 J激光装置上进行,入射激光能量为6.78 J,成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号。球面云母弯晶谱仪的光谱分辨率达到1 000～1 500,在相同环境放置的PET平晶的光谱分辨率为50～100。结果表明：球面弯晶具有较高的光谱分辨率和信噪比,适合于激光等离子体X射线的光谱学研究。     

线状等离子体测量中的晶体谱仪及其在X射线激光实验中的应用

本文讨论了两种适用于Ｘ射线激光实验的聚焦型弯晶谱仪和针孔晶体谱仪。给出了弯晶谱仪的设计参数，以及针孔晶体谱仪在实验中摄得的线状Ｍｇ和ＣａＦ２等离子体空间分辨谱；分析了晶体谱仪在Ｘ射线激光实验中的应用。     

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。     

喷气箍缩等离子体X射线椭圆弯晶谱仪研究

为了测量喷气箍缩等离子体X射线的空间分辨光谱,利用椭圆聚焦原理,研制了一种椭圆晶体谱仪．分别利用Si（111）、Mica（002）椭圆晶体作色散元件,离心率均为0．9480,布喇格角为30～67．5°,光谱信号采用半径为50mm的半圆形胶片接收,从等离子体源经晶体到胶片的光路长为1430mm．在“阳”加速器装置上进行摄谱验证实验,成功获取了氩喷气等离子体X射线的光谱．测量光谱波长与理论值相符,其中Si弯晶获得的光谱分辨率（λ/△λ=200～300）低于Mica弯晶获得的光谱分辨率（λ／△λ=500～700）．实验结果表明,该谱仪适合于喷气箍缩等离子体X射线的光谱学研究．     

Z箍缩等离子体均匀色散晶体光谱成像

为了诊断Z箍缩等离子体X射线相关信息,利用自聚焦和均匀色散原理,研制了一种新型的均匀色散弯晶谱仪。晶体分析器采用-石英（1010）,布拉格角为43.4~72.7,利用有效面积为10 mm50 mm的X射线胶片接收光谱信号,实验在中国工程物理研究院阳加速器装置上进行,摄谱元件获得了Z箍缩铝丝阵等离子体的类H及类He谱线。实验结果表明:谱线分布遵循均匀色散条件,所研制均匀色散弯晶谱仪线色散率为-116.198 mm/nm,与理论值-120 mm/nm的相对误差为3.168%,能够用于Z箍缩等离子体X射线的光谱学研究。     

EAST高时空分辨极向弯晶谱仪系统的升级及初步实验结果

为了拓宽等离子体参数测量范围,对EAST极向弯晶谱仪(PXCS)进行了升级改造。配合高通量大面积水冷固体探测器,提高了极向弯晶谱仪系统的光子计数率、时间分辨率、空间探测范围以及长时间运行稳定性,并在EAST装置上成功运行。实验结果表明,升级后的谱仪获得了高信噪比的类氦氩离子的母线及其一系列伴线谱,通过光谱拟合分析给出了等离子体温度时间演化及其剖面信息,测量结果与切向弯晶谱仪的数据一致,验证了极向弯晶谱仪的升级结果和数据测量的可靠性,并且在EAST长脉冲实验运行也能够稳定地提供全时间的参数分布。     

喷气箍缩等离子体X射线椭圆弯晶谱仪研究

为了测量喷气箍缩等离子体X射线的空间分辨光谱,利用椭圆聚焦原理,研制了一种椭圆晶体谱仪.分别利用Si(111)、Mica(002)椭圆晶体作色散元件,离心率均为0.948 0,布喇格角为30～67.5°,光谱信号采用半径为50 mm的半圆形胶片接收,从等离子体源经晶体到胶片的光路长为1 430 mm.在“阳”加速器装置上进行摄谱验证实验,成功获取了氩喷气等离子体X射线的光谱.测量光谱波长与理论值相符,其中Si弯晶获得的光谱分辨率(λ/Δλ＝200～300)低于Mica弯晶获得的光谱分辨率(λ/Δλ＝500～700).实验结果表明,该谱仪适合于喷气箍缩等离子体X射线的光谱学研究.     

球面弯晶在X射线诊断中的应用

为了诊断等离子体X射线,利用X射线布拉格衍射原理研制了球面弯晶谱仪。实验采用α-石英作为其晶体分析器色散元件,晶体弯曲半径为250 mm,布拉格角为30°~67.5°;采用接收面积10 mm×50mm的X射线胶片作为摄谱器件,接收等离子体X射线谱线信息。通过在"阳"加速器装置上进行实验,得到了钛等离子体X射线K壳层激发谱线信息,其光谱分辨力可达到1 000以上,光谱带宽约为0.43 eV。     

圆柱面和圆锥面弯晶谱仪的理论计算及设计

用光线追迹的方法对圆柱面和圆锥面弯晶谱仪进行了理论计算,得到了谱仪的空间与色散坐标、线色散率、角色散率、光谱分辨力、空间和光谱放大率以及谱仪亮度等参数的解析计算公式,并对两类谱仪进行了具体的参数设计及性能比较.结果表明,圆锥面弯晶谱仪比同类型的传统圆柱面弯晶谱仪有着更为良好的聚焦性能,能够进一步改善谱仪的光子收集效率、谱仪亮度以及空间分辨力.这项工作为谱仪研制提供了理论基础和设计依据.     

硬X射线透射晶体谱仪的设计性能参数

激光等离子体相互作用高分辨硬X射线光谱的测量通常采用柱面透射弯晶谱仪实现。利用几何光学模型对柱面透射弯晶谱仪的关键技术参数进行了理论计算和数值模拟,给出了谱仪弯晶曲率半径、光源到晶体的距离、光源尺寸和探测器的位置等因素对谱仪测谱范围和分辨能力的影响情况,分析了光谱分辨水平随能点的变化。分析结果表明:晶体曲率半径对测谱范围和谱分辨能力影响大,在光源尺寸较小时,随着探测器与罗兰圆距离的增加,谱线之间距离增加的速度大于光谱线宽增加的速度,使得分辨能力增加。     

软X射线分光晶体KAP的反射率特性

弯晶谱仪是激光等离子体软X射线的有效诊断工具,KAP是弯晶谱仪的分光晶体之一.利用原子散射因子和结构因子分量,以及镶嵌晶体模型计算KAP的积分反射率,表明KAP的积分反射率与波长有关,先随波长增大而减小,后随波长增大而增大.此外,还计算了KAP的峰值反射率、半最大值宽度、能量宽度和能量分辨率,表明峰值反射率和能量分辨率随波长增大而减小.     

0.5—10nm软X射线标定光源的研制

本文描述一个用于标定弯晶谱仪的软X射线(0.5—10nm)光源系统。当阳极靶材料为铁、碳和硼时,相应的分别采用KAP、OHM和LS晶体可以得到铁L.(1.76nm)、碳K.(4.47nm)和硼K.(6.76nm)单色光,实验上测量了这三种单色光亮度随阴极发射电流的变化。     

硬X光弯晶谱仪的定量化标定方法

介绍了具有定量化测量能力的硬X光弯晶谱仪的结构, 利用Mo靶X光管的K特征线作为标定源, 使用绝对标定过的Si(Li)探测器对X光管出射的特征线谱进行强度和谱测量。结合X光管空间分布均匀的特点, 计算进入弯晶谱仪的光子数目, 采取了特征谱扣去轫致谱的计数处理方法, 得到了17 keV和19 keV处弯晶谱仪的绝对效率, 分别为4.3210-4和3.9410-4。     

高度离化的钼离子细致结构能谱测量

高度离化的中、高z元素激光等离子体辐射的细致结构能谱对惯性约束聚变等离子体诊断和原子结构理论计算等方面非常有用．在“神光Ⅱ”激光装置上，聚焦0．35μm激光束于真空室内的钼（Mo）元素固体靶上，产生Mo激光等离子体，用高分辨椭圆弯晶谱仪测量Mo激光等离子体辐射在0．32-0．58nm范围内的X射线细致结构能谱，并对实测能谱进行辨识和归类．辨识出了n=4—2，3—2系列离子共振跃迁和内壳层跃迁的能谱线，还有类氢、类氦离子共振线及伴线．另外，对谱线的半高全宽度（FWHM）值做了分析．在整个测量范围内，谱线精确波长值的绝对误差小于0．0005nm，与HFR方法得到的理论计算结果值比较，两者符合较好．此工作的结果对积累Mo元素离子谱线数据具有重要的意义．     

基于移位双光栅色散元件的X射线谱仪研制

本文针对激光等离子体X射线诊断的需求,设计开发了移位双光栅X射线谱仪.该谱仪采用高线对密度和低线对密度的两种光栅组成移位双光栅作为核心衍射组件,高密度光栅能够提高中、高能区(1000—5000 eV)的能谱分辨率,低密度光栅足够满足低能区(100—1000 eV)测量的能谱分辨率要求,控制了低能区谱线的分布空间,保证足够的测量范围.两种光栅相互配合实现了谱仪整体性能提升.本文提出了移位双光栅X射线谱仪结构设计方法和参数指标,完成了移位双光栅X射线谱仪的集成调试和实验应用,获得了时间分辨的X光谱实验数据,测谱范围0.1—5.0 keV,谱分辨0.04 nm,时间分辨好于30 ps.移位双光栅X射线谱仪可以最大程度地利用记录面的长度,实现高时间分辨和宽谱X射线测量.     

激光等离子体X射线极化光谱诊断

针对波长为0.5～0.8 nm的激光等离子体X射线极化度的诊断,研制了一种新型适用的基于宅问分辨的极化谱仪.在极化谱仪内的垂直和水平通道上分别布置正交的季戊四醇(PET)晶体色散元件.信号采用成像板进行接收,有效接收面积为30 mm×80 mm,从等离子体光源经品体到成像板的光程长为240 mm.通过实验成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号,分析了获得的类氦谱线和类锂伴线并计算其极化度,并分析了负极化的原因.实验结果表明该谱仪获得的X射线极化度测量值与理论值相符,适合激光等离子体X射线极化光谱的诊断.     

神光Ⅱ激光装置X射线高分辨单色成像技术

介绍了基于球面弯晶的X射线高分辨单色背光成像技术。通过对球面弯晶背光成像系统的分析,获得成像关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系,设计了应用于神光Ⅱ激光装置的单色背光成像系统。利用石英球面弯晶,采用Mg的类H共振发射线以及利用云母球面弯晶,采用Mo连续谱中3.14 keV能点进行背光实验,获得了内爆靶丸的单色投影图像,空间分辨在较大范围内好于5 m。这种成像技术在现阶段惯性约束聚变(ICF)实验研究中能够发挥许多重要的作用,特别是对内爆靶丸压缩流线的测量和流体力学不稳定性的诊断。     

高分辨X射线晶体谱仪及其在激光等离子体中的应用

对椭圆型聚焦晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统进行了优化设计.优化设计后的椭圆型聚焦晶体谱仪系统的工作距离981.56 mm和摄谱范围0.133～0.756nm,并具有很好的谱分辨本领(λ/Δλ≥1000)和信噪比.新设计的椭圆型聚焦晶体谱仪首次在"神光Ⅱ"X光激光靶室上成功地获得了激光等离子体谱线信息并辨认和归类了一些离子的谱线,同时还给出了实验测定的谱仪能量分辨率.其中一些离子谱线诸如类离子共振线、伴线、互组合线和Ly-α线谱可为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓打下了坚实基础.