用于激光等離子體硬X射線診斷的透射式彎晶譜儀研究.pdf

1、受控熱核聚變可以為人類帶來持久且清潔的能源，是世界科學研究的一個重點，激光慣性約束聚變(ICF)是它實現(xiàn)的一個有效途徑。有望實現(xiàn)激光慣性約束聚變的方式有很多，其中―快點火‖模型顯示出了很多優(yōu)勢并迅速成為一個研究熱點。激光等離子體相互作用產(chǎn)生的超熱電子對熱核材料的點燃非常重要，因此對超熱電子的研究具有非常重大的意義。激光等離子體輻射出來的軔致輻射譜中含有很多超熱電子的信息，因此可以通過對軔致輻射能譜的診斷推導(dǎo)出超熱電子的行為特性。在K殼層

2、光譜診斷技術(shù)中，需要測量的譜線能量通常都在幾十keV范圍，通過這些硬X光譜診斷可以理解超強激光脈沖產(chǎn)生等離子體中的激光能量分布，電離分布以及X射線轉(zhuǎn)化效率等。隨著國內(nèi)各種激光裝置的不斷建造和升級，對硬X射線診斷變得越來越重要。與其他診斷方式（如單光子計數(shù)型CCD）相比，透射式彎晶譜儀具有測譜范圍寬、分辨能力高等優(yōu)點，目前已廣泛運用于強激光等離子體相互作用產(chǎn)生的硬X射線測量當中。本文將根據(jù)星光Ⅲ激光裝置實驗對硬X射線能譜診斷的需要設(shè)計和研

3、制一臺透射式彎晶譜儀。以下是本文主要內(nèi)容：
　　首先介紹了透射式彎晶譜儀的基本理論。包括晶體的X射線衍射理論，透射式彎晶譜儀的基本原理和結(jié)構(gòu)組成等。透射式彎譜儀采用的是Cauchois-Johann型結(jié)構(gòu)，屬于聚焦型光譜儀器。譜線在羅蘭圓上聚焦，因此譜儀的探測面通常置于晶體后晶體曲率半徑R處。
　　其次，利用譜儀的幾何光學結(jié)構(gòu)對譜儀的各個設(shè)計性能參數(shù)進行了分析研究。分析了譜儀使用的分光晶體的晶格常數(shù)，晶體曲率半徑，以及光源到

4、晶體的距離對測譜范圍和分辨能力的影響情況。研究了探測器位置，光源尺寸和探測器有效空間分辨對能譜分辨能力的影響。探討了引起探測面上譜線偏移的原因。這些理論分析對透射式彎晶譜儀的系統(tǒng)設(shè)計和研制提供了理論指導(dǎo)，奠定了基礎(chǔ)。
　　然后，根據(jù)理論分析方法，結(jié)合激光裝置的實際情況對透射式彎晶譜儀進行具體設(shè)計，包括光學設(shè)計和機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文將透射式彎晶譜儀分為分光系統(tǒng)，探測記錄系統(tǒng)和瞄準對中系統(tǒng)三個系統(tǒng)分別進行設(shè)計。給出了各個系統(tǒng)內(nèi)各元件的選

5、擇原因。研制完成的透射式彎晶譜儀可以實現(xiàn)12～60keV范圍的硬X射線能譜測量，在低能段的能譜分辨能力E/ΔE≥300。譜儀可以實現(xiàn)真空中實時在線的瞄準和測量。瞄準光源是通過一個真空光纖激光系統(tǒng)將靶室外的光束引入真空靶室內(nèi)部。
　　最后利用陽極為Mo的X射線管實驗和500TW激光裝置實驗對研制的譜儀進行測試。對實驗結(jié)果進行了分析，結(jié)果表明譜儀對能量在20keV以下的譜線的分辨能力E/ΔE≥377，滿足設(shè)計要求。同時也證明了瞄準對中