长脉冲keV X射线源的辐射特征

 利用神光Ⅱ第九路2 ns长脉冲激光束作用厚钛固体靶,研究了产生的keV X射线源的辐射区域和总辐射功率的时间行为。结果表明：在长脉冲激光作用厚固体靶时,硬X射线线辐射功率的时间行为以及辐射体积的时间行为与激光脉冲波形一致;长脉冲时,等离子体2维膨胀效应非常显著,keV X射线线辐射的径向辐射区域在激光焦斑尺寸附近达到饱和,导致X射线线辐射功率出现饱和,且keV X射线线辐射的辐射体积正比于焦斑尺寸的3次方。从理论和实验角度研究了在同样入射激光能量下,辐射功率随激光焦斑尺寸的变化关系,发现keV X射线线辐射的饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方,理论结果与实验结果一致。并讨论了相同基频输出激光能量下,keV X射线辐射总功率随激光波长的变化关系,发现即使考虑了倍频效率的影响,短波长激光仍然有利于keV X射线的发射。     

长脉冲keV X射线源的辐射特征

利用神光Ⅱ第九路2 ns长脉冲激光束作用厚钛固体靶,研究了产生的keV X射线源的辐射区域和总辐射功率的时间行为。结果表明：在长脉冲激光作用厚固体靶时,硬X射线线辐射功率的时间行为以及辐射体积的时间行为与激光脉冲波形一致;长脉冲时,等离子体2维膨胀效应非常显著,keV X射线线辐射的径向辐射区域在激光焦斑尺寸附近达到饱和,导致X射线线辐射功率出现饱和,且keV X射线线辐射的辐射体积正比于焦斑尺寸的3次方。从理论和实验角度研究了在同样入射激光能量下,辐射功率随激光焦斑尺寸的变化关系,发现keV X射线线辐射的饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方,理论结果与实验结果一致。并讨论了相同基频输出激光能量下,keV X射线辐射总功率随激光波长的变化关系,发现即使考虑了倍频效率的影响,短波长激光仍然有利于keV X射线的发射。     

200 kV/200 kA脉冲源的研制

研制了一台200 kV/200 kA脉冲源,脉冲源由初级储能单元、水介质整形与传输单元、气体开关和负载组成。通过优化设计由2 到1 的水介质变阻抗线、高压气体主开关和陡化开关,使得脉冲功率源在匹配负载下产生输出电压200 kV、电流200 kA、前沿40 ns、脉宽40 ns的高压脉冲。在此脉冲源平台上已开展了低阻抗1 二极管发射特性研究,并且将在高压气体开关、同步触发、二极管等离子体发射诊断等方面发挥作用。     

200 kV/200 kA脉冲源的研制

研制了一台200 kV/200 kA脉冲源,脉冲源由初级储能单元、水介质整形与传输单元、气体开关和负载组成。通过优化设计由2 到1 的水介质变阻抗线、高压气体主开关和陡化开关,使得脉冲功率源在匹配负载下产生输出电压200 kV、电流200 kA、前沿40 ns、脉宽40 ns的高压脉冲。在此脉冲源平台上已开展了低阻抗1 二极管发射特性研究,并且将在高压气体开关、同步触发、二极管等离子体发射诊断等方面发挥作用。     

叠片法测量脉冲X射线源焦斑

介绍了叠片法测量脉冲X射线源焦斑的原理。对确定结构和尺寸的金属、薄膜叠片及测试系统布局,数值计算了叠片法的空间分辨及对均匀分布线光源的输出响应,得到响应曲线半高宽与焦斑尺寸的对应关系。计算结果表明,叠片法不适用于测量小于2 mm的焦斑。在感应电压叠加器上开展了阳极杆箍缩二极管实验,采用叠片法测量二极管X射线源轴向焦斑,与针孔照相结果基本相符,说明叠片法可用于脉冲X射线源焦斑尺寸测量。     

钛空腔靶高强度keV X射线源的实验研究

利用神光-Ⅲ原型激光装置实验研究了8束ns激光脉冲从一端注入钛空腔靶产生的keV X射线源的辐射特征,发现keV X射线主要产生于腔轴附近;钛空腔靶内径过大时keV X射线能流的峰值强度较低,内径过小时keV X射线能流的持续时间较短。为了在4空间内使钛空腔靶获得最大的X射线（4~7 keV能段）转换效率,腔内径的最优值在1000~1300 m附近,此时的keV X射线转换效率为4.7%,是相同激光参数下钛平面靶的2倍左右。激光单端注入有底部钛膜和无底部钛膜的空腔靶对比实验显示,底膜能够增强keV X射线的发射。     

钛空腔靶高强度keV X射线源的实验研究

利用神光-Ⅲ原型激光装置实验研究了8束ns激光脉冲从一端注入钛空腔靶产生的keV X射线源的辐射特征,发现keV X射线主要产生于腔轴附近;钛空腔靶内径过大时keV X射线能流的峰值强度较低,内径过小时keV X射线能流的持续时间较短。为了在4π空间内使钛空腔靶获得最大的X射线(4~7keV能段)转换效率,腔内径的最优值在1000~1300μm附近,此时的keV X射线转换效率为4.7%,是相同激光参数下钛平面靶的2倍左右。激光单端注入有底部钛膜和无底部钛膜的空腔靶对比实验显示,底膜能够增强keV X射线的发射。     

DPF-300脉冲X射线源同步触发系统研制

 DPF-300脉冲X射线源的同步触发系统采用三级触发：第一级由初级脉冲产生器触发氢闸流管;第二级由氢闸流管输出脉冲触发多路触发开关;第三级由多路触发开关和触发箱组成,触发主放电场畸变开关。该触发系统中多路触发开关产生负极性脉冲信号,通过耦合电容,到达开关的触发脉冲上升沿,约为40 ns,脉冲半高宽约60 ns,上升陡度大于0.67 kV/ns。能够同时触发40个同轴型场畸变开关,电压工作范围20～40 kV,不同发次触发箱输出的触发脉冲信号时间分散性小于4 ns,同一发次不同开关的放电时间分散性小于20 ns。在工作电压20 kV,主放电开关充0.115 MPa氮气时,整机负载电流达到约1 MA。     

DPF-300脉冲X射线源同步触发系统研制

DPF-300脉冲X射线源的同步触发系统采用三级触发：第一级由初级脉冲产生器触发氢闸流管;第二级由氢闸流管输出脉冲触发多路触发开关;第三级由多路触发开关和触发箱组成,触发主放电场畸变开关。该触发系统中多路触发开关产生负极性脉冲信号,通过耦合电容,到达开关的触发脉冲上升沿,约为40 ns,脉冲半高宽约60 ns,上升陡度大于0.67 kV/ns。能够同时触发40个同轴型场畸变开关,电压工作范围20～40 kV,不同发次触发箱输出的触发脉冲信号时间分散性小于4 ns,同一发次不同开关的放电时间分散性小于20 ns。在工作电压20 kV,主放电开关充0.115 MPa氮气时,整机负载电流达到约1 MA。     

等离子体焦点脉冲X射线源

介绍了脉冲Ｘ射线源ＤＰＦ－２００等离子体焦点装置，总储能２５０ｋＪ、回路电感５０ｎＨ、工作电压２０～４５ｋｖ、最大放电电流２．５ＭＡ．１７个大容量场畸变火花开关并联放电，开关时延分散性±１０ｎｓ。放电室是Ｍａｔｈｅｒ型结构，工作气体为氢气，在气压５３３～８００Ｐａ、储能４０ｋＪ时，单次放电Ｘ射线总剂量达５０～９０Ｊ，脉宽１００～２００ｎｓ。测得Ｘ射线能谱范围３～６０ｋｅＶ。装置工作稳定，已放电近１０￣４次。     

Plasma focus based flash hard X-ray source in the 100 keV region with reproducible spectrum

A pulsed hard X-ray source with shot to shot reproducible spectrum, based on a 4.7 kJ small-chamber Mather-type plasma focus device, is presented. The hard X-ray output spectrum was measured in a single shot basis by differential absorption on metallic plates. The measured spectra have a single dominant peak around 75 keV and a spectral bandwidth covering the 40-150 keV range. A hard X-ray dose of (53±3) μGy per shot was measured on axis at 53 cm from the source, and found to be uniform within a half aperture angle of 6°.     

一台基于串级二极管技术的高强度脉冲硬X射线源

介绍了利用串级二极管产生高强度脉冲硬X射线的方法及其辐射场参数。以“闪光二号”加速器为平台,通过适应性改造,产生快前沿电压脉冲;研制了两级阻抗1 Ω串级二极管,通过串联分压降低二极管端电压、各级二极管电子束独立打靶在空间叠加形成高强度均匀辐射场。解决了悬浮电极绝缘支撑、二极管阴极均匀发射等技术难题,实现了串级二极管的稳定工作。在总电压约700 kV、电流约310 kA条件下,X射线平均能量87 keV,500 cm²上的平均能注量36 mJ/cm²,剂量均匀性（最大值比最小值）达到2∶1。     

基于场效应管与阶跃恢复二极管的皮秒级脉冲源设计

针对已有脉冲源无法兼顾脉冲宽度和幅值的现象,提出一种基于场效应管（MOSFET）和阶跃恢复二极管（SRD）相结合的皮秒级脉冲源设计方案。通过研究分析传统的几种脉冲源的设计方案,设计出一种百伏级的高重频皮秒级脉冲发生器,在PSPICE上对设计方案进行仿真并制作出脉冲源PCB板,实测在2 MHz的重频下产生半幅脉宽约为400 ps、幅度110 V以上的极窄脉冲,波形稳定,为高分辨的超宽带探测雷达发射机的设计提供了新的选择方案。     

基于场效应管与阶跃恢复二极管的皮秒级脉冲源设计

针对已有脉冲源无法兼顾脉冲宽度和幅值的现象,提出一种基于场效应管（MOSFET）和阶跃恢复二极管（SRD）相结合的皮秒级脉冲源设计方案。通过研究分析传统的几种脉冲源的设计方案,设计出一种百伏级的高重频皮秒级脉冲发生器,在PSPICE上对设计方案进行仿真并制作出脉冲源PCB板,实测在2 MHz的重频下产生半幅脉宽约为400 ps、幅度110 V以上的极窄脉冲,波形稳定,为高分辨的超宽带探测雷达发射机的设计提供了新的选择方案。     

基于MOSFET的纳秒级全固态脉冲源设计

采用MOSFET半导体固态开关作为主放电开关取代气体开关、高压二极管替代充电电阻的技术方法,设计了一种基于功率MOSFET固态开关的纳秒级全固态脉冲源。设计的脉冲源主开关级数共5级,每级主开关分别由5只功率MOSFET半导体固态开关器件串联组成,开关通断控制采用脉冲隔离变压器同步驱动方式。在重复频率1 Hz~1 kHz、充电电压4 kV、负载阻抗为1 k条件下,可实现输出幅度大于20 kV、前沿小于10 ns且脉宽大于100 ns的高压快脉冲。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,并给出了单次和重复频率（1 kHz）触发信号作用下全固态脉冲源输出的实验结果。