利用喷气式Z箍缩等离子装置进行X射线光刻

喷气式Ｚ箍等离子体装置可以产生较强的软Ｘ射线，能量大约在２－６ｋｅＶ之间，利用此装置产生的软Ｘ射线，用ＣＳＭ作光刻胶，进行了Ｘ射线光刻的初步研究，得到了较为的光刻图形，曝光深度估计在１０μｍ左右。     

喷气Z箍缩高速扫描摄影

内爆Z箍缩是一种强的软X射线源，它在核武器物理、核武器效应模拟和惯性聚变等方面有重要的应用前景。喷气Z箍缩是以气体作为负载来产生等离子体，其内爆技术的研究主要集中在20世纪80年代及90年代早期，等离子体半径、压缩速度与时间关系是压缩过程中最为基本的参数。在本次实验研究中，用高速变像管扫描相机首次拍摄了阳加速器在负载为氖气状态下等离子内爆箍缩过程具有时间分辨的扫描像。     

用马赫贞德干涉仪测量喷气式Z箍缩等离子体密度

为了研究喷气式Z箍缩（gas-puff Z-pinch）等离子体的内爆特性,研制了一套马赫-贞德干涉系统,并在小型喷气式Z箍缩装置(充电电压23kV,放电峰值电流210kA)上进行了试验,获得了清晰的干涉图像。根据干涉图上条纹的移动数目,计算得到该装置内爆早期等离子体的平均电子密度为1017~1018/cm3。     

用马赫贞德干涉仪测量喷气式Z箍缩等离子体密度

 为了研究喷气式Z箍缩（gas-puff Z-pinch）等离子体的内爆特性，研制了一套马赫-贞德干涉系统，并在小型喷气式Z箍缩装置(充电电压23kV,放电峰值电流210kA)上进行了试验，获得了清晰的干涉图像。根据干涉图上条纹的移动数目，计算得到该装置内爆早期等离子体的平均电子密度为10¹⁷~10¹⁸/cm³。     

Z箍缩等离子体内爆X光辐射功率角分布

 在Z箍缩实验中,利用ST1432红光闪烁体、多模石英光纤探头和大电流光电倍增管探测器等研究了丝阵等离子体内爆过程中沿轴向与径向不同方位角的X光辐射功率分布。采用的负载为单层钨丝阵和单层铝丝阵,驱动电流1.5～1.8 MA,上升时间60～90 ns。实验结果表明:Z箍缩等离子体X光辐射强度有轴向和径向分布不均匀性;单层钨丝阵轴向X光辐射强度大于径向辐射强度;单层铝丝阵径向X光辐射强度大于轴向辐射强度。     

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     

Z箍缩内爆等离子体研究新进展

目的,快过程Z箍缩内爆等离子体可以把储存的脉冲功率加速器内155的电能转化为大能量、高功率的X射线源,美国Sandia实验室的Z装置已经产生了总能量为1.8MJ、功率为290TW和黑腔湿度超过200eV的X射线源,这些进展正在用于惯性约束聚变（ICF）实验研究,并对它的后续装置X－1正在进行概念性设计,文章概要地叙述了Sandia实验室近五年来在Z装置上进行Z箍缩实验所取得的进展。     

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     

喷气式Z箍缩等离子体装置中离子束能谱的测量

利用新研制的紧凑型汤姆生离子能谱仪（ＴｈｏｍｓｏｎＩｏｎＥｎｅｒｇｙＡｎａｌｙｚｅｒ），对喷气式Ｚ－箍缩等离子体装置中离子能谱进行了测量，在ＣＲ－３９上得到了清晰的Ａｒ＋，Ａｒ２＋，Ａｒ３＋离子抛物线轨迹，通过分析计算结果表明：离子的最大能量在１ＭｅＶ左右，离子能谱分布曲线都随其能量增加而单调下降。     

应用于Z箍缩等离子体X光产额测量的闪烁体功率计

介绍了在"阳"加速器上使用的闪烁体功率计结构和测量参数,讨论了功率计在北京同步辐射装置上的标定实验,分析了标定结果及由此结果可能给最后实验结果带来的误差,并探讨了修正该误差可行的办法,利用Dante谱仪测得的能谱对功率计测试结果进行修正。修正后,两套设备之间的测试结果差异由原来的30%以上降至15%以内。最后给出了利用软X光闪烁体功率计进行喷气Z箍缩等离子体辐射测量的结果,得到"阳"加速器上喷气Z箍缩负载产生的软X光辐射峰值功率为几十GW,能量产额数百J。     

应用于Z箍缩等离子体X光产额测量的闪烁体功率计

介绍了在“阳”加速器上使用的闪烁体功率计结构和测量参数,讨论了功率计在北京同步辐射装置上的标定实验,分析了标定结果及由此结果可能给最后实验结果带来的误差,并探讨了修正该误差可行的办法,利用 Dante谱仪测得的能谱对功率计测试结果进行修正。修正后,两套设备之间的测试结果差异由原来的30%以上降至15%以内。最后给出了利用软X光闪烁体功率计进行喷气Z箍缩等离子体辐射测量的结果,得到“阳”加速器上喷气Z箍缩负载产生的软X光辐射峰值功率为几十GW,能量产额数百J。     

脉冲强电流Z箍缩等离子体的理论研究

采用简化的一维模型,对脉冲强电流Z箍缩内爆等离子体过程进行了总体数值计算。计算结果和BLACKJACK5实验装置的测量值进行了对比。两者相比表明,主要物理量的差别在10%以内,因此该方法可以作为实际装置物理方案设计和实验结果分析的一种工具。     

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。     

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。     

等离子体断路开关装置上的多丝Z箍缩初步实验

 开展了基于等离子体断路开关的脉冲功率源驱动多丝Z箍缩负载初步实验,实验中采用了2根或4根钨丝组成的环形阵列,其中钨丝的直径分别为7 mm和20 mm。利用高速扫描摄影获取钨丝电爆炸和箍缩过程中等离子体自发光的物理图像。实验结果表明：导通电流为105 kA的等离子体断路开关将67%~78%的电流转换至金属丝阵负载上,负载电流上升沿为84~110 ns。高速扫描相机观察到了钨丝电爆炸形成晕等离子体及其向轴线箍缩和后期向外膨胀的物理过程。     

Z箍缩等离子体K壳层X射线自辐射单色成像

采用针孔配接对数螺线柱面晶体方案,研制了一种小型、靶室内置X射线单色成像器,用于获取Z箍缩等离子体K壳层自辐射单色图像。在阳加速器上对该成像器进行了测试,成功地获取了铝丝阵负载Z箍缩等离子体K壳层自辐射的类氢线与类氦线单色图像。实验结果表明：该成像器具有优异的单色性（能谱带宽小于1 eV）,适合于中低原子序数Z箍缩内爆负载的特征谱线单色图像诊断。     

Z箍缩等离子体K壳层X射线自辐射单色成像

采用针孔配接对数螺线柱面晶体方案,研制了一种小型、靶室内置X射线单色成像器,用于获取Z箍缩等离子体K壳层自辐射单色图像。在阳加速器上对该成像器进行了测试,成功地获取了铝丝阵负载Z箍缩等离子体K壳层自辐射的类氢线与类氦线单色图像。实验结果表明:该成像器具有优异的单色性（能谱带宽小于1 eV）,适合于中低原子序数Z箍缩内爆负载的特征谱线单色图像诊断。     

毛细管放电Z箍缩等离子体X射线激光

毛细管放电Z箍缩等离子体软X射线激光器近几年发展非常迅速，已经获得了在46．9nm的波长上近毫焦量级的激光输出，重复频率达到了4Hz．利用这种软X射线激光在等离子诊断、物质烧熔等方面已开展了初步的应用实验研究．文章介绍了毛细管放电泵浦的两种物理机制，阐述了类氖氩离子2p^53p^1S0-2p^53s^1P1能级间粒子数反转的形成及毛细管放电等离子体柱的演变过程．深入理解这些物理过程，对发展毛细管放电软X射线激光将起到积极作用。