针对高压物质密度诊断的激光X射线照相优化设计

激光驱动冲击波能提供高压的物质状态, 是状态方程研究的重要工具. 超短超强激光与固体靶相互作用产生的X射线源, 具有短脉冲、微焦点、高产额、能量可调的特点, 是高压物质密度测量的首选背光源. 本文基于蒙特卡罗程序Geant4建立了X射线照相模型, 客体密度分布由流体力学程序Multi-1D模拟激光冲击加载高压物质获得. 在一维长方体形密度客体情况下, 定义了均方根、峰值偏差与上升沿斜率比三种指标, 对照相图像求解的密度结果进行评价, 开展了照相结果信噪比、分辨率与对比度等参数优化. 并开展了一维圆柱形密度客体的照相模拟, 建立了基于Radon逆变换法的Abel反演算法. 反演结果与模拟设计密度分布符合良好, 要求X射线源半径在5 μm以内; 反演结果与模拟设计密度分布较为一致, 要求X射线源半径在15 μm以内.     

超短超强激光与液体的相互作用研究

超短超强激光与液体靶相互作用时表现出许多有趣的特点，这明显区别于激光脉冲与固体或气体靶的相互作用情况．文章分别介绍了激光诱发等离子体所产生的高压冲击波、激光空泡、X射线、高能超热电子以及白光，对它们的产生机制及其各自的显著特征进行了综合描述．文章最后对超短超强激光脉冲与各种不同形态的液体靶相互作用的应用前景作了简单介绍。     

一种激光驱动的超短X射线光源

 介绍一种可产生超短脉冲的新型X射线光源。它由多碱光电阴极、金靶及铍输出窗组成。当该X射线管的阴极受到强光照射时,产生光电子发射,并经电场加速后轰击金靶,产生连续谱的X射线轫致辐射,经铍窗输出。用超短的可见光脉冲驱动该光源,并借助X射线扫描相机测量了该管的X射线输出,获得了5ps的X射线脉冲。这种光源可方便地用来标定X射线扫描相机的时间分辨率,此种产生超短电子脉冲的方法也可在其他方面获得应用。     

光子计数型CCD测量激光等离子体X射线

 介绍了光子计数型电荷耦合器件(CCD)的工作原理,标定了2.0~30 keV的探测效率。在超强超短激光等离子体相互作用中,实验用靶为复合靶,分别用Cu＋Mo和Al+Cu制作。第1层靶是Cu或Al物质作为电子示踪材料,第2层靶是Mo或Cu物质作为荧光材料,利用光子计数型CCD测量了Mo和Cu的X射线能谱, 同时得到CCD的能量分辨率大于37。该CCD可用于激光等离子体低通量高能X射线测量实验。     

激光高能X射线成像中探测器表征与电子影响研究

基于激光尾场加速电子的高能X射线源具有高光子能量与小源尺寸的特点,在高空间分辨无损检测方面发挥着十分重要的作用.在X光机上测量了CsI针状闪烁屏、锗酸铋(BGO)闪烁阵列与DRZ闪烁屏的本征空间分辨率,并模拟了三类探测器对高能X射线的能量沉积响应,其中CsI针状闪烁屏的空间分辨率高达8.7 lp/mm.采用Ta转换靶产生的高能X射线开展透视照相,能够分辨最高面密度33.0 g/cm~2的两层客体结构.开展了X射线照相、X射线与电子混合照相以及电子照相三种情况的比对实验,在X射线产额不足或探测效率不够情况下采用X射线与电子混合透视照相的方案,以牺牲对比度为代价,能较大程度地提高图像信号强度.     

相对论圆偏振激光与固体靶作用产生高次谐波

超短超强激光与固体靶表面等离子体相互作用可以通过高次谐波的方式产生从极紫外到软X射线波段的相干辐射,获得飞秒甚至阿秒量级的超短脉冲,可用于观测原子或分子中的电子运动等超快动力学过程.本文实验研究了相对论圆偏振飞秒激光与固体靶相互作用的高次谐波产生过程,实验结果表明,在较大入射角下,圆偏振激光也可以有效地产生高次谐波辐射.通过预脉冲控制靶表面的预等离子体密度标长,发现高次谐波的产生效率随密度标长的增加而单调下降.进一步通过二维粒子模拟程序,分析了激光的偏振以及预等离子体密度标长对高次谐波产生的影响,很好地解释了实验观测结果.     

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。     

利用皮秒激光驱动瞬态X射线激光实验

由于独特的优点和广泛的应用前景，X射线激光的研究受到了很大的重视。从一开始，这类研究就是以大型激光器作为驱动源进行的，尽管取得了很大的进展，但是由于对驱动源的要求很高，使得X射线激光自身的发展和应用受到了一定的限制。在这个背景下，如何利用尺寸更小、成本更低、更容易获得的方式来驱动X射线激光成为一个重要的研究目标。迄今为止，已经发展出了毛细管放电、高次谐波、超短超强激光驱动X射线激光等多种方式。特别的，随着近些年来皮秒乃至飞秒超短超强激光技术的发展，使得利用超短超强激光驱动瞬态X射线激光成为X射线激光小型化的一个重要发展方向。     

kHz激光与固体靶相互作用产生的X射线源

利用kHz激光与固体靶相互作用产生了平均流强为1.3×10⁷ photons·sr^-1·s^-1的X射线源, 研究了激光的对比度和能量对激光与固体靶相互作用产生的X射线能谱及K_α 产额的影响, 使用刀边成像技术测量了X射线源的源尺寸, 并进行了初步的成像实验. 实验中观察到对于非相对论级别的激光脉冲, 降低激光的对比度有利于提高K_α 产额, 而使用高对比度高强度激光, 更有利于获得高通量高信噪比X射线源. 关键词： kHz激光 固体靶 X射线     

超热电子产生Kα辐射的参数影响

 超短超强激光与固体靶相互作用,可以产生大量的Kα特征谱线发射。这种Kα线光源在背光照相、医学成像和超快诊断等方面具有显著优势。为了寻求获得Kα线高产额的方法,利用ITS蒙卡模拟程序,对超短超强激光产生的超热电子在固体靶中产生的Kα线发射进行了模拟。系统研究了Kα线发射强度随出射角度、靶厚度和超热电子温度等参数的变化情况。研究发现在恒定的激光功率密度或超热电子温度下,存在最佳的靶厚度,使得Kα线光子产额最大,并用模拟结果对已有实验数据进行了解释。     

简单磁镜上ECR放电硬X射线测量

本文用Nal(T1)晶体闪烁探测器在简单磁镜上测量了硬X射线波形随有关放电参数的变化和能谱,给出了实验数据处理方法、热电子的温度和能量,最后对结果进行了分析讨论。     

Enhanced betatron radiation by a modulating laser pulse in laser wakefield acceleration

We propose a new idea to enhance and control the betatron radiation by using a modulating laser pulse in laser wakefield acceleration. In this scheme, a high-power laser pulse is used for self-trapping and acceleration of the plasma electrons and the accelerated electron beam is modulated by a separately-propagating laser pulse for large amplitude betatron oscillations and microbunching. In this way, the relatively low power modulating laser pulse can enhance the X-ray photon flux and energy significantly. We performed two-dimensional particle-in-cell simulations to demonstrate the idea and the results show that a sub-TW laser pulse is enough for electron beam modulation and it can generate easily-controllable fs X-ray pulses with a wide range of photon energies from soft X-rays to hard X-rays.     

软X射线激光背光阴影成像技术的空间分辨研究

软X射线激光阴影成像技术是一种诊断高温稠密等离子体临界面附近阴影轮廓的诊断技术,具有测量视场大、空间分辨能力高的特点,具有重要的应用前景.对该技术的空间分辨具体能够达到什么程度则没有进行过系统研究.本文分别从光路几何、衍射极限、成像像差三个方面进行了仔细分析,结果表明目前采用该技术的诊断系统能够达到约2μm的空间分辨.主要受限是光路几何因素,通过增加放大倍数、选择单元尺寸更小的接收元器件等方式,有希望达到优于1μm的空间分辨.     

基于激光驱动等离子体X光源的X射线相衬成像

为了诊断惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸球壳的多层信息,在神光Ⅱ激光器上对激光驱动等离子体X光源的相衬成像进行了研究。利用神光Ⅱ第9路激光驱动平面Ti靶获得X光源,在10μm的针孔约束下作为次级点光源对样品成像,用X光胶片记录。成功地将相衬成像技术应用于ICF实验,综合考虑成像放大倍数、分辨力、成像衬度和抑制烧蚀碎片等因素,选择合适的实验条件,成功获得了清晰的双层内爆靶丸球壳结构,空间分辨力优于10μm。     

超热电子与金黑腔靶作用产生硬X射线的蒙特卡罗模拟

激光打靶产生大量麦氏分布的超热电子,与金腔靶相互作用产生硬X射线.利用蒙特卡罗方法,对超热电子在金腔靶中的传输进行了研究,模拟了在不同超热电子温度、份额下硬X射线谱的变化及在不同腔体尺寸、腔壁厚度情况下,硬X射线谱的变化情况,给出硬X射线产生效率的决定因素.利用硬X射线谱反推得到的超热电子信息与蒙特卡罗程序模拟结果相结合的方法,获得金腔内部超热电子初始信息. 关键词： 热电子 超热电子 蒙特卡罗方法 硬X射线     

All-laser-driven Thomson X-ray sources

We discuss the development of a new generation of accelerator-based hard X-ray sources driven exclusively by laser light. High-intensity laser pulses serve the dual roles: first, accelerating electrons by laser-driven plasma wakefields, and second, generating X-rays by inverse Compton scattering. Such all-laser-driven X-rays have recently been demonstrated to be energetic, tunable, relatively narrow in bandwidth, short pulsed and well collimated. Such characteristics, especially from a compact source, are highly advantageous for numerous advanced X-ray applications – in metrology, biomedicine, materials, ultrafast phenomena, radiology and fundamental physics.     

Fully coherent hard X-ray generation by two-stage phase-merging enhanced harmonic generation

Cascading stages of seeded free electron lasers (FELs) is a promising way to produce fully coherent X-ray radiation. We study a new approach to produce coherent hard X-rays by cascading the recently proposed phase-merging enhanced harmonic generation (PEHG) The scheme consists of one dogleg and two PEHG configurations, and may be one of the leading candidates for the extracted undulator branch in future X-ray FEL facilities. FEL physics studies show that such a scheme is feasible within the present technology and can provide high brightness X-ray radiation pulses with narrow bandwidth and full coherence The radiated peak power at 1 Å wavelength converted from an initial 200 nm seed laser is over 2 GW.     

Potential of GAGG:Ce scintillation crystals for synchrotron X-Ray micro-imaging

We examined the use of cerium-doped gadolinium aluminum gallium garnet (GAGG:Ce) as a material for scintillation screens in synchrotron X-ray radiography (SXR). Highlighted for gamma-ray detection, GAGG:Ce is also an attractive material for SXR because of its high X-ray stopping power and the high light yield at around 530?nm. A thin and transparent screen prepared from our grown ingot of GAGG:Ce was compared with commonly used scintillators of CdWO₄ and YAG:Ce in terms of image quality under monochromatic X-ray illumination. Micron spatial resolutions were achieved with comparable image quality, suggesting that a single crystal of GAGG:Ce is competent scintillation material for SXR.     

化学气相沉积金刚石探测器测量辐射驱动内爆的硬X射线

金刚石探测器具有响应快、灵敏度高、动态范围大、平响应、击穿电压高、抗辐射等优点, 广泛运用于X射线测量. 利用化学气相沉积方法制备的光学级金刚石, 采用金属-金刚石-金属结构研制了X射线金刚石探测器. 在8ps激光器上的探测器响应性能考核表明, 整个探测器系统的响应时间为444 ps, 上升时间为175 ps, 载流子寿命为285 ps. 将探测器应用于神光Ⅲ原型装置的内爆物理实验硬X射线测量, 分别测量得到以注入黑腔的激光转化为主和靶丸内爆产生为主的硬X射线能流, 测得的峰值信号分别正比于激光总能量和反比于靶丸CH层厚度. 关键词： CVD金刚石探测器 硬X射线 激光能量     

一种基于微通道板的脉冲X射线时间谱仪

为适应新型超快闪烁材料研究的需要,在原有脉冲X射线时间谱仪的基础上,通过改装微通道板光电倍增管(MCP-PMT),并采用具有快时间响应的前置放大器(FPA)和恒比甄别器(CFD)的方法,使谱仪的时间分辨极限提高到170 ps左右.BaF2晶体闪烁光快成分衰减时间谱的测量结果表明:该谱仪可很好地满足新型超快闪烁材料发光衰减时间特性的研究.