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     

Z箍缩等离子体高分辨X辐射谱诊断

为了获取丝阵Z箍缩等离子体高能谱分辨的X辐射图像,建立了云母球面弯晶X光摄谱仪,根据色散平面内球面弯晶诊断空间分布X光源的几何模型分析了摄谱仪的能谱分辨,计算结果与光线追迹方法得到的结果吻合。当探测器位于罗兰圆上时,系统具备最优能谱分辨。在“强光一号”装置上,利用该摄谱仪诊断了镀镁铝丝阵负载Z箍缩等离子体的X辐射图像,结果表明,该球面弯晶摄谱仪的能谱分辨率高于1 000。     

Z箍缩等离子体高分辨X辐射谱诊断

 为了获取丝阵Z箍缩等离子体高能谱分辨的X辐射图像,建立了云母球面弯晶X光摄谱仪,根据色散平面内球面弯晶诊断空间分布X光源的几何模型分析了摄谱仪的能谱分辨,计算结果与光线追迹方法得到的结果吻合。当探测器位于罗兰圆上时,系统具备最优能谱分辨。在“强光一号”装置上,利用该摄谱仪诊断了镀镁铝丝阵负载Z箍缩等离子体的X辐射图像,结果表明,该球面弯晶摄谱仪的能谱分辨率高于1 000。     

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。     

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。     

用云母弯晶谱仪探测Z箍缩等离子体X射线光谱

 为了研究Z箍缩等离子体辐射的X射线光谱,研制了可用于“阳”加速器上探测宽频谱范围的X射线椭圆弯曲晶体谱仪。该谱仪晶体分析器采用云母材料,椭圆焦距为1 350 mm,离心率为0.948 5,覆盖布拉格范围为30°~60°,可探测X射线波长范围为0.10~1.73 nm(0.86~1.00 nm除外),用X射线胶片接收光谱信号。探测实验在中国工程物理研究院“阳”加速器上进行,实验结果表明:谱仪获取了氩的类氢共振线L_ya及其伴线、类氦共振线(1s2p¹P₁-1s2¹S₀)w线及磁四级M₂2跃迁(1s2p³P₂-1s²¹S₀)x线、互组合跃迁(1s2p³P₁-1s²¹S­₀)y线、禁戒谱线(1s2p³S₁-1s²¹S₀)z线和K­_-a线,谱线分辨率达到564。实验证明弯晶谱仪适合于Z箍缩等离子体X射线光谱学诊断。     

Z箍缩Al等离子体X辐射谱线的分离及电子温度的提取

以"强光一号"Z箍缩装置10174发次光谱诊断实验结果为例,描述了一种对Z箍缩等离子体X辐射光谱分离提纯、诊断的方法.对连续辐射谱和特征辐射线谱进行分离,并从连续辐射谱和特征辐射线谱中提取了等离子体电子温度信息.结果显示:等离子体连续谱主要由等离子体中心的高温区(Te=290.7 eV±1.2 eV)和温度较低的壳层区域(Te=95.3 eV±8.3 eV)两部分叠加而成;特征辐射线谱主要反映了等离子体中心的高温区信息,根据非局域热动平衡模型计算提取的电子温度约为299—313 eV,与连续谱诊断结果基本符合.     

喷气式Z箍缩等离子体发射离子束能谱的研究

使用紧凑型汤姆生离子谱仪对喷气式Z箍缩（Z-pinch）等离子体发射的离子束能谱进行了实 验研究.紧凑型汤姆生离子谱仪由入射窗、偏转电磁场、后置针孔及CR-39探测板组成.等离 子体发射的离子束经前置针孔、谱仪入射窗准直后进入偏转电磁场偏转,由后置针孔射出轰 击探测板形成可分辩的抛物线簇.对抛物线簇进行分析处理,得到了等离子体辐射的离子束 能谱及能谱随箍缩状况的变化趋势. 关键词： Z箍缩等离子体 紧凑型汤姆生谱仪 离子束能谱     

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。     

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。     

Spatially-resolved spectroscopic diagnosing of aluminum wire array Z-pinch plasmas on QiangGuang-I facility

Spatially-resolved crystal spectrometers with a high spectral resolution are developed to diagnose K-shell x-ray radiation from Z-pinch plasmas. These diagnostic apparatuses are successfully applied to aluminum wire array Z-pinch experiments on QiangGuang-I facility, a driver with a pulsed current up to about 1.5 MA in 80 ns. Time-integrated experimental results show that the K-shell x-ray emission lines of aluminum Z-pinch plasmas are dominated by line emissions from helium-like ionisation state. Bright spots that might have higher electron temperature or density are produced randomly in location and size along the z-axis during implosions. According to the experimental data, the electron temperature and the ion density are estimated to be between 250 eV and 310 eV, and between 7.0×10¹⁹cm^-3 and 4.0×10¹⁹ cm^-3 respectively, while the ion temperature is inferred to be about 10.2 keV, which is much higher than the electron temperature.     

铝-钨丝混编阵的Z-箍缩实验研究

利用铝丝和钨丝混合编制的丝阵作为Z箍缩的负载，在俄罗斯Kurchatov研究所的S300强流装置上对其Z箍缩过程进行了实验研究，并与纯铝丝阵和纯钨丝阵的实验结果进行了比较.不同材料组成的丝阵的Z箍缩x射线能谱之间有明显差异，混编丝阵的铝K壳层的x射线辐射强度比纯铝丝阵的弱，在纯钨丝阵Z箍缩中没有发现波长小于1.6nm的线辐射.混编丝阵Z箍缩的x射线发光区域比纯铝丝阵的小，但比纯钨丝阵的大,混编丝阵的x射线产额比纯铝丝阵的大，但比纯钨丝阵的略低.在驱动电流为2.5—2.8MA条件下，Z箍缩的径向收缩比为4—5，x射线辐射脉冲脉宽为25ns左右，峰值为0.3—0.5TW，总能量为10—20kJ.激光探针的阴影像显示了丝阵等离子体形成的细致过程，还表明了等离子体的边界面不够清晰，其不稳定性有明显的发展，内部有丰富的结构. 关键词： Z箍缩 混编丝阵 S300强流装置     

Z箍缩软X射线辐射能量薄膜量热计改进技术

薄膜量热计是进行Z箍缩辐射总能量测量的主要手段之一,准确可信的总能量参数对Z箍缩研究具有重要意义。对薄膜量热计装置进行技术改进,采用脉冲恒流源代替脉冲恒压源驱动镍薄膜量热计,撤除了回路中的串接电阻,可直接测量薄膜探测器的电阻变化,从而有效提高了辐射总能量测量的精度,拓宽了该设备的适用范围,使其可对目前强光一号加速器Z箍缩实验中所有典型负载进行测量。改进后平面型铝丝阵负载实验中总能量测量的相对不确定度由49.0%降低为19.6%。与闪烁探测系统功率测量结果积分值进行了对比,二者比值在0.87~1.04之间。     

Electron temperature diagnostics of aluminium plasma in a z-pinch experiment at the ＂QiangGuang-1＂ facility

<正>Two curved crystal spectrometers are set up on the "QiangGuang-1" generator to measure the z-pinch plasma spectra emitted from planar aluminum wire array loads.Kodak Biomax-MS film and an IRD AXUVHS5# array are employed to record time-integrated and time-resolved free-bound radiation,respectively.The photon energy recorded by each detector is ascertained by using the L-shell lines of molybdenum plasma.Based on the exponential relation between the continuum power and photon energies,the aluminum plasma electron temperatures are measured.For the time-integrated diagnosis,several "bright spots" indicate electron temperatures between(450 eV～520 eV)±35%.And for the time-resolved ones,the result shows that the electron temperature reaches about 800 eV±30%at peak power. The system satisfies the demand of z-pinch plasma electron temperature diagnosis on a～1 MA facility.     

铝丝阵Z箍缩辐射形成特征实验研究

基于多种诊断设备获得的物理参数和物理图像,分析了8 mm铝丝阵内爆各阶段的辐射特征。 实验结果表明,铝丝阵的先驱等离子体在形成后未出现明显不稳定性特征。在向心箍缩阶段,出现了泡-钉（bubble-spike）结构,并伴有局部热点。结合分析空间分辨能谱图像,表明热点的形成与等离子局部的高温高密状态有关。通过对X光条纹像进行时间和空间的定标,得到透过50 m Be膜的等离子体热点的空间尺寸约为0.8mm,持续时间小于10 ns。     

Z箍缩软X射线辐射能量薄膜量热计改进技术

薄膜量热计是进行Z箍缩辐射总能量测量的主要手段之一,准确可信的总能量参数对Z箍缩研究具有重要意义。对薄膜量热计装置进行技术改进,采用脉冲恒流源代替脉冲恒压源驱动镍薄膜量热计,撤除了回路中的串接电阻,可直接测量薄膜探测器的电阻变化,从而有效提高了辐射总能量测量的精度,拓宽了该设备的适用范围,使其可对目前强光一号加速器Z箍缩实验中所有典型负载进行测量。改进后平面型铝丝阵负载实验中总能量测量的相对不确定度由49.0%降低为19.6%。与闪烁探测系统功率测量结果积分值进行了对比,二者比值在0.87~1.04之间。     

Electron temperature diagnostics of aluminium plasma in z-pinch experiment on “QiangGuang-1” facility

Two curved crystal spectrometers are setup on "QiangGuang-1" generator to measure the z-pinch plasma spectra emitted from planar aluminum wire array loads. The Kodak Biomax-MS film and IRD AXUVHS5# array are employed to record time-integrated and time-resolved free-bound radiation respectively. The photon energy recorded by each detector is ascertained by using the L-shell lines of molybdenum plasma. Based on the exponential relation between the continuum power and photon energies, the aluminum plasma electron temperatures are measured. For the time-integrated diagnosis, several "bright spots" indicate electron temperatures between (450 eV～520 eV)± 35%. And for the time-resolved ones, the result shows that the electron temperature reaches about 800 eV±30% at peak power. The system satisfies the demand of z-pinch plasma electron temperature diagnosis on ～1 MA facility.