用于Z箍缩X辐射谱诊断的柱面凸晶摄谱仪的性能分析

 考虑X光源的空间尺寸和晶体的摇摆曲线,用光线追迹方法计算了诊断丝阵Z箍缩等离子体X辐射谱的柱面凸晶摄谱仪的色散、能谱分辨和空间分辨以及系统参数对它们的影响。结果表明：决定柱面凸晶摄谱仪能谱分辨的主要因素是光源尺寸以及光源-晶体之间距离;增大光源-晶体之间距离能够改善能谱分辨,但导致径向空间分辨能力下降。并依此建立了云母晶体摄谱仪,在“强光一号”装置上对系统进行了测试,获得时间积分铝丝阵负载Z箍缩等离子体X辐射谱。     

利用凸晶摄谱仪获取Z箍缩等离子体X辐射单色图像

考虑晶体摇摆曲线的影响,用光线追迹方法讨论了凸晶摄谱仪的能谱分辨率、单色图像径向空间分辨本领以及晶体与X射线源之间的距离对它们的影响.根据讨论建立了云母凸晶摄谱仪,在“强光一号”装置上对系统进行了成功地测试,获得铝丝阵负载Z箍缩等离子体X辐射单色图像.时间积分图像表明,Z箍缩Al等离子体K壳层Lyα和Heβ线辐射来自等离子体核心直径约2.3 mm的区域. 关键词： 单色图像 摄谱仪 光线追迹     

利用凸晶摄谱仪获取Z箍缩等离子体X辐射单色图像

考虑晶体摇摆曲线的影响,用光线追迹方法讨论了凸晶摄谱仪的能谱分辨率、单色图像径向空间分辨本领以及晶体与X射线源之间的距离对它们的影响.根据讨论建立了云母凸晶摄谱仪,在"强光一号"装置上对系统进行了成功地测试,获得铝丝阵负载Z箍缩等离子体X辐射单色图像.时间积分图像表明,Z箍缩Al等离子体K壳层Lya和Heβ线辐射来自等离子体核心直径约2.3 mm的区域.     

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。     

X射线连续谱法诊断铝丝阵Z箍缩等离子体温度

用球面石英弯晶衍射、CCD记录测量铝丝阵Z箍缩中的时间积分X射线连续能谱,并由连续谱斜率拟合出电子温度.该法获得的拟合数据点多,能有效筛除含线辐射的数据,减弱线辐射的影响,求得更可靠的等离子体核心高温区的温度.以发次09076为例,核心温度约为250 eV,在95%的置信度范围里,其变化范围约241—258 eV. 关键词： 球面弯晶 连续谱 电子温度 Z箍缩     

用于Z-pinch的二维空间分辨聚焦球晶摄谱仪

为了测量内爆等离子体空间分辨的X辐射谱，设计了球晶摄谱仪。球面晶体摄谱仪利用球面布拉格晶体作为色散元件测量丝阵内爆等离子体X辐射谱。球面晶体在子午面和弧矢面内具有相同的曲率半径，因此，子午面聚焦点和弧矢面聚焦点位置不同，要同时获得光源能谱和二维空间结构信息，必须把探测器置于弧矢聚焦平面上。当球面晶体参数、光源与晶体之间的距离以及中心掠射角确定后，就可以确定二维空间分辨球晶摄谱仪的探测器。     

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。     

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。     

“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。     

软X射线连续谱Z箍缩铝等离子体电子温度诊断

针对强光一号加速器（约1.5 MA,80～100 ns）Z箍缩铝丝阵实验设计和研制了一套弯晶谱仪,采用邻苯二甲酸氢铊（TlAP）晶体对辐射能谱进行色散,用X射线胶片记录连续辐射谱型,谱仪测谱范围为1.8～3.0 keV。以第10084发次平面型铝丝阵负载实验为例,获得了具有轴向分辨的时间积分辐射谱型,对其中某一热斑处的数据进行处理得到了该区域等离子体时间积分电子温度约为520(135%)eV。     

高效高分辨率大面积透射光栅谱仪特性的理论分析

为提高透射光栅谱仪对激光等离子体Ｘ光源的收集效率的光谱分辨同铲高分辨率大面积航向光栅光谱仪。该谱仪由轮胎镜、无支撑高线密度光栅和软Ｘ光ＣＣＤ相机组成。应用部分相干光衍射理论,研究了该谱仪成偈面上的光强分布和光谱分辩率,在１．４～１２ｎｍ的摄谱范围内光 人发辨率为０．０５ｎｍ,与实验符合得很好。由于其高效率,该谱仪尤其适用于超短飞秒脉冲激光产生等离子体的实验研究。     

平焦场光栅光谱仪

 介绍了用于X光能谱测量研究的平焦场凹面光栅光谱仪的原理、结构及象差校正的设计方法。利用2 400L/mm的变栅距光栅设计和建立了一台平焦场光栅光谱仪，其测谱范围为1.5～10nm。通过在星光装置上利用该谱仪测量C10H16O6等离子体的发射谱线，对谱仪进行了实验考核，表明该谱仪分辨率达到0.02nm。并成功应用于辐射加热等离子体的吸收谱测量研究中。     

一种平场范围在30~50nm的平焦场光谱仪

 理论上计算了入射距离747.4 mm及不同入射角情况下，日立变栅距凹面光栅的平场范围，确定了平场范围在30~50nm的一组平场谱仪的新设计参数。在原入射距离的情况下，新研制的平场谱仪在入射狭缝前加了一个轮胎镜，使谱仪具有空间分辨能力，且提高了收集效率，。利用一种真空紫外光谱灯对He气放电的特征谱线对平场谱仪进行了标定。在入射狭缝为 0.1mm时，实验上测得30.38nm谱线的宽度约为0.04mm, 在30nm附近的分辨率为0.001，在消像散波长40nm附近，分辨率将优于0.001。最后，利用标定后的平场谱仪对毛细管放电不同气体等离子体辐射进行了初步的测谱实验。     

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.     

中阶梯光栅光谱仪信号光斑位置的质心提取算法

中阶梯光栅光谱仪二维谱图中,信号光斑位置的提取精度直接影响光谱分析精度,是中阶梯光栅光谱仪研制中的关键问题之一。为保证中阶梯光栅光谱仪的高分辨率特征(其分辨率一般为几千以上,本仪器光谱分辨率为15 000),信号光斑的位置提取误差应小于0.03mm(小于2个像素)。在分析中阶梯光栅光谱仪谱图特征的基础上,提出了一种基于质心法的信号光斑位置提取算法,即通过搜索信号光斑探测窗口进行光斑判读以及信号光斑质心计算,实现了信号光斑位置的精确读取。实验结果表明,采用该算法可以有效地去除噪声光斑的干扰,实现信号光斑位置的快速精确读取,位置提取误差小于2个像素,波长误差小于0.02nm,满足本仪器要求。     

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.     

平场光栅谱仪相对衍射效率测量

 以激光碳等离子体作为软X射线源,同时用平场光栅谱仪、常栅距光栅谱仪测量了类氢和类氦离子谱线强度,以一级谱线强度为标准,给出了平场光栅谱仪高级次光谱的相对衍射效率。     

基于光子筛的软X光谱仪

 介绍了采用新型软X光谱学光子筛作为分光元件的软X光谱仪的原理和结构参数设计。新谱仪理论测量范围为100 eV~2 keV,光谱分辨力达0.35 nm。应用该谱仪在SILEX-Ⅰ装置上测量了飞秒激光与固体铜靶相互作用产生的X射线发射谱。实验结果表明,该谱仪主要性能指标达到设计要求,适合于激光与等离子体相互作用产生的软X射线研究。