用于激光聚变的X射线条纹相机阴极检测系统

研制了一套X射线条纹相机光电阴极检测系统,用于激光惯性约束聚变中阴极的快速标定和检测。通过三位一体的条纹变像管设计,条纹变像管电子光学系统的优化,真空室、控制系统的制备,系统的装调、集成和测试,研制了光电阴极检测系统。组建了阴极系统静态测试平台,标定了其静态特性,测试结果显示:3条条纹像中心的偏移率在狭缝方向为2.8%,在垂直于狭缝方向为6.6%,平均放大倍率1.29,误差在0.8%,边缘空间分辨率大于10 lp/mm。该系统可以满足激光聚变诊断研究对于X射线条纹相机光电阴极的检测需求。     

X射线条纹相机CsI光阴极的高能电子份额

为了得到X射线条纹相机中CsI光阴极的高能电子份额数据,通过蒙特卡罗方法建立模型来研究CsI光阴极在X射线照射下的光电发射特性.研究了CsI光阴极厚度为100～1 000 nm、入射X射线能量为1～30 keV时的二次电子(SE)能量分布.模拟结果显示,入射X射线的能量越高、CsI光阴极的厚度越大,从CsI光阴极出射的二次电子中高能电子(大于50 eV)的份额越高,在入射X射线能量为30 keV、CsI光阴极厚度为1 000 nm时,出射电子中的高能电子份额可以达到10.8％.但是当CsI光阴极厚度保持为100 nm、而入射X射线能量大于15 keV时,高能电子份额维持在3.4％左右而不再随入射X射线的能量增加而增加.     

飞秒激光标定X射线条纹相机的时间特性

受激光惯性约束聚变诊断需求,为神光Ⅲ研制了一台工程化X射线条纹相机系统。使用130 fs钛宝石激光器搭建了X射线条纹相机的动态测试系统,标定了条纹相机的时间性能。实验结果显示X射线条纹相机的时间晃动13.7 ps,四个挡位的固有延时为26.3 ns、31.5 ns、41.2 ns、68.6 ns,全屏时间为1.9 ns、3.9 ns、7.9 ns、14.5 ns。相机的四个时间量程跨度一个数量级,且具有近似的2次方关系,可以兼顾不同超快脉冲测量和对比。该相机时间性能优良,可以满足目前我国激光聚变诊断研究对X射线条纹相机的需求。     

大面积X射线分幅变像管的设计

提出了一种实现大工作面积分幅变像管的方法。设计了一种大输入光电阴极、小输出图像的静电聚焦变像管,输出端配接常规小工作面积快门选通微通道板（MCP）分幅管单元,实现图像选通和增强功能。这种分幅变像管与直接采用大面积MCP相比,不仅省去了制作大面积MCP的高昂成本,而且避免了由于微带线过长引起的选通脉冲传输衰减大、增益不均匀性严重等固有缺陷。设计的分幅变像管输入阴极有效直径100 mm,输出图像直径40 mm,放大倍率为0.4。中心空间分辨力达到14.4 lp/mm,边缘空间分辨力达到11.2 lp/mm,几何畸变不超过15%,其分幅特性由MCP分幅单元决定。     

利用劳条件求取双相位光栅干涉仪灵敏度

目前针对双相位光栅干涉仪灵敏度的分析存在着灵敏度模型不合理、理论结果不完整等问题,制约着系统灵敏度的提高。对此,提出了新的灵敏度模型,即物体所产生的条纹移动与光源位置变化产生的条纹移动是等效的。该灵敏度模型将物体对X射线的折射作用转化成了光源的移动,同时巧妙地利用了系统的劳条件将光源移动与成像条纹移动联系起来。利用新的灵敏度模型,成功获取了双相位光栅干涉仪和Talbot-Lau干涉仪的灵敏度,为优化系统灵敏度提供了理论指导。     

抑制傅里叶变换法恢复的X射线相衬像中的伪影

在基于光栅的X射线相衬信号的恢复方法中,主要有相移法和傅里叶变换法两种方法.相移法具有精度高、噪声小的优点,但由于至少需要三幅图像才能恢复出相衬信号,样品所受的辐射剂量大.而傅里叶变换法只需一幅图像即可恢复出物体的相衬信号,具有快速、实时的优点,但恢复出的信号精度低,易受伪影影响.因此,本文利用两幅图像傅里叶变换法恢复X射线相衬信号,该方法能够有效地抑制相衬信号中由于频谱混叠所产生的伪影.另外,通过增加载波条纹的频率,能够拉大频域中的频谱间隔,从而进一步抑制伪影的产生.     

CsI光阴极在紫外波段的时间弥散特性

为了得到CsI光阴极在紫外波段的时间弥散特性,使用蒙特卡罗方法对CsI光阴极在紫外光入射情况下的光电发射进行模拟,研究了当阴极厚度为5～45 nm、入射紫外光能量为6.8～8.4 eV时CsI光阴极出射电子的时间分布.得到了CsI光阴极的时间弥散与紫外光能量和CsI光阴极厚度的关系,发现当CsI光阴极厚度小于30 nm的时候,光阴极的时间弥散随紫外光的能量增加而减小,随光阴极厚度的增加而增加.当CsI光阴极厚度大于30 nm的时候,光阴极的时间弥散趋于稳定,与紫外光的能量和光阴极的关系较小.     

光电子能量角度分布和空间电荷效应对变像管条纹相机的影响

基于飞秒条纹相机系统和飞秒电子衍射系统设计需求,通过蒙特卡罗方法模拟研究了在阴栅加速区光电子能量、角度分布和空间电荷效应对光电子时间弥散和能量弥散的影响。确定了紫外和软X射线波段入射光电阴极时,光电子六种初始能量分布的时间弥散精确值。分析了光电子发射电流密度、加速电场和时间弥散的关系。发现了电子脉冲在加速区轴向速度的线性啁啾、能量弥散变化和在自由区不相同。     

飞秒和皮秒激光器标定X射线条纹相机性能研究

为激光惯性约束聚变(ICF)诊断,研制了一台 大动态范围X射线皮秒条纹相机系统。分别使用130fs 和8ps的紫外激光器搭建了X射线条纹相机的动态测试系统,标定了条纹相机的性能。两组 标定条件下, 实验结果显示,X射线条纹相机极限时间分辨率为5.0ps,动态范围 分别为513.7∶1和2237.1∶1。理论分析了 实验结果的差异由于光电子的空间电荷效应导致,其中包括时间弥散和技术时间分辨率中的 空间展宽。在 飞秒和皮秒激光激励条件下,飞秒电子脉冲的发射电流密度是皮秒电子脉冲的 61.5倍,飞秒电子脉冲的空 间电荷效应导致的条纹相机时间弥散和空间展宽更大,对条纹相机极限性能作用程度更大。 本文研究结果对 分析X射线条纹相机中时间和空间信息的物理机制具有重要作用,对优化设计条纹相机系统 ,激光测试和标定条纹相机性能具有指导意义。     

光电子能量角度分布和空间电荷效应对变像管条纹相机的影响

基于飞秒条纹相机系统和飞秒电子衍射系统设计需求,通过蒙特卡罗方法模拟研究了在阴栅加速区光电子能量、角度分布和空间电荷效应对光电子时间弥散和能量弥散的影响。确定了紫外和软X射线波段入射光电阴极时,光电子六种初始能量分布的时间弥散精确值。分析了光电子发射电流密度、加速电场和时间弥散的关系。发现了电子脉冲在加速区轴向速度的线性啁啾、能量弥散变化和在自由区不相同。