高分辨球面弯晶单色成像系统研制与应用

利用石英(1010)球面弯晶作为X光成像元件,自主研制了应用于神光系列激光装置上的高分辨球面晶体X光成像系统。在实验中利用Mg作为背光材料,获得四周期网格子午方向放大倍数13.95倍、弧矢方向放大倍数11.61倍、中心能点1.472 keV、分辨率达到4 m的X光图像,其谱分辨达到1.210-4。它为在激光惯性约束聚变内爆、流体不稳定性等物理实验中X光测量提供了重要诊断手段。     

四通道球面弯晶成像系统设计及实验研究

基于动态X射线荧光成像技术对高集光效率、单色化成像诊断设备的需求,提出了一种四通道球面弯晶成像系统设计。采用“圆锥体”空间排布方式,解决了多个通道耦合问题。通过调整弯晶姿态,实现了像点的合理分布。针对4.51 keV能点,采用Ge(400)球面弯晶作为成像元件,给出了四通道弯晶成像系统的光学初始结构参数。在实验中利用Ti靶X射线光管,对单个通道进行了网格背光成像,获得的二维图像放大倍数为7.8倍,空间分辨率达到15 μm,初步验证了系统的成像性能。四通道弯晶成像系统与分幅相机结合,能有效解决动态X射线荧光成像技术信号弱、图像信噪比低的技术难点。

     

球面弯晶的背光成像特性

通过对球面弯晶背光成像系统的分析,获得了空间分辨率、能量分辨率等关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系。利用这一关系对背光成像系统的不同成像方式应用进行分析,并用光路追踪模拟进行验证。在此基础上,利用X射线衍射仪开展了单能成像系统的成像演示实验,获得与模拟和数值分析一致的结果。通过对成像系统的设计优化,这种高分辨单能成像技术将能够在神光激光装置上开展的物理实验中获得广泛应用。     

球面弯晶的背光成像特性

通过对球面弯晶背光成像系统的分析,获得了空间分辨率、能量分辨率等关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系。利用这一关系对背光成像系统的不同成像方式应用进行分析,并用光路追踪模拟进行验证。在此基础上,利用X射线衍射仪开展了单能成像系统的成像演示实验,获得与模拟和数值分析一致的结果。通过对成像系统的设计优化,这种高分辨单能成像技术将能够在神光激光装置上开展的物理实验中获得广泛应用。     

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。     

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×50 mm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。     

三角形弯晶单色器的分光及聚焦特性研究

北京同步辐射装置(BSRF)的4W1C光束线用斜切角为12.16°的三角形Si(111)、Si(220)和Si(422)晶体在衍射角为23.65°时选择0.252nm、0.154nm和0.089nm波长的单色X光.三角形晶体压弯成柱面,可实现单色光水平方向的聚焦,为漫散射实验站提供聚焦的单色X光.解析计算和SHADOW软件包进行追踪的结果与实验测试结果符合得很好.     

三角形弯晶单色器的分光及聚焦特性研究

北京同步辐射装置（ＢＳＲＦ）的４Ｗ１Ｃ光束线用斜切角为１２．１６°的三角形Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（２２０）和Ｓｉ（４２２）晶体在衍射角为２３．６５°时选择０．２５２ｎｍ、０．１５４ｎｍ和０．０８９ｎｍ波长的单色Ｘ光．三角形晶体压弯成柱面，可实现单色光水平方向的聚焦，为漫散射实验站提供聚焦的单色Ｘ光．解析计算和ＳＨＡＤＯＷ软件包进行追踪的结果与实验测试结果符合得很好．     

J-TEXT托卡马克高速单色成像系统研制

在J-TEXT托卡马克上研制了一套高速单色成像系统用于研究等离子体杂质行为与磁流体力学(MHD)不稳定性之间的关系.用STRAH代码模拟估算了碳杂质(CV227.09nm,CIII464.7nm)辐射强度.采用光纤耦合方法设计了系统光路结构,光路覆盖高场侧区域0.3a～0.95a(a为小半径),其空间分辨率为1.3cm...     

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。     

球面晶体背光成像系统模拟

球面晶体背光成像系统是一种重要的惯性约束聚变诊断技术,为了验证球面晶体背光成像系统性能,优化成像系统结构,利用光线追踪软件SHADOW对该系统背光成像进行模拟,对成像系统参量中成像物体位置、球面晶体弯曲半径和布拉格角等进行了模拟分析。结果表明:布拉格角为57和65的球面晶体背光成像系统,当成像物体厚度或者物体放置的误差a=1 mm,晶体弯曲半径误差R=3 mm,布拉格角误差=0.1 mrad时,在子午面和弧矢面光线追踪模拟的2个成像系统的相对放大率与经过相对放大率公式计算的结果比较吻合,说明参量的微小变化对成像系统的相对放大率影响较小,成像系统性能稳定可靠。     

球面晶体分析器在X射线成像诊断中的研究

 为诊断激光等离子体X射线,研制了基于Bragg衍射原理的球面弯曲晶体。球面晶体可提高空间分辨、光谱分辨及立体角收集辐射能力。实验采用球面弯曲石英晶体作为分析器,X射线成像板作为成像器件,利用X射线衍射仪铬靶 Kα单色谱成像,验证了0.2 mm间隔双丝的单能像,球面弯晶具有较高的光谱分辨力和信噪比,谱分辨力可达1 000,聚光效率在同样距离条件下比平晶分析器高一个数量级以上。     

High resolution X-ray spherically bent crystal spectrometer for laser-produced plasma diagnostics

A new high spectral resolution crystal spectrometer is designed to measure very low emissive X-ray spectra of laser-produced plasma in 0.5-0.9 nm range. A large open aperture （30 ×20 （mm）） mica （002） spherically bent crystal with curvature radius R = 380 mm is used as dispersive and focusing element. The imaging plate is employed to obtain high spectral resolution with effective area of 30 × 80 （mm）. The long designed path of the X-ray spectrometer beam is 980 mm from the source to the detector via the crystal. Experiment is carried out at a 20-J laser facility. X-ray spectra in an absolute intensity scale is obtained from Al laserproduced plasmas created by laser energy of 6.78 J. Samples of spectra obtained with spectral resolution of up to E/△E - 1500 are presented. The results clearly show that the device is good to diagnose laser high-density plasmas.     

Double-spherically bent crystal high-resolution X-ray spectroscopy of spatially extended sources

An aberration-free imaging technique was used to design a double-spherically bent crystal spectrometer with high energy and spatial resolutions to ensure that the individual spectral lines are represented as perfectly straight lines on the detector. After obtaining the matched parameters of the two crystals via geometry-based optimization, an alignment method was employed to allow the spacing between the crystals and the detector to be coupled with the source. The working principle of this spectrum-measuring scheme was evaluated using a Cu X-ray tube. High-quality spectra with energy resolutions(E/ΔE) of approximately 3577 were obtained for a relatively large source size.     

基于超环面晶体的X射线成像诊断

设计了可用于X射线成像用的聚焦型超环面晶体谱仪,讨论了基于布拉格几何结构的超环面及球面弯曲晶体聚焦特性,给出了基于超环面晶体X射线2维单能成像的光源、晶体及探测器的最佳位置,在中国工程物理研究院激光聚变研究中心进行了X射线背光成像实验.利用超环面弯曲晶体作为成像器件,其弧矢及子午平面的曲率半径分别为290 mm及190...