雙通道橢圓彎晶譜儀攝譜技術與實驗研究.pdf

1、在慣性約束聚變(ICF)實驗研究中,激光打靶會產生高溫等離子體。要真實的了解高溫等離子體的內部狀態(tài)及變化過程,就必須通過一定的實驗手段對等離子體中電子溫度、密度、電離分布、電流和電磁場的時空分布以及輸運、波動和不穩(wěn)定性等狀態(tài)參數(shù)進行實驗測量,即等離子體診斷。為了診斷激光等離子體在空間上的分布和在時間上的演變過程,就必須發(fā)展具有X射線空間分辨和時間分辨的關鍵診斷技術。在國家863高技術項目(No.863-804-3)的資助下,成功研制出國

2、內首臺雙通道橢圓彎晶譜儀,并在“神光—Ⅱ”和“星光—Ⅱ”高功率激光裝置上進行了激光打靶實驗研究。從晶體對X射線的衍射原理出發(fā),分析了影響X線衍射方向與強度的因素。雙通道橢圓彎晶譜儀的基本原理是從橢圓前焦點發(fā)出的X射線被橢圓彎晶分析器衍射后聚焦于橢圓的后焦點,通過在后焦點設置一狹縫,利用在狹縫后的探測器來接收譜線。為了使彎晶譜儀能夠測量波長范圍在0.2～2nm之間的激光等離子體X射線,并結合分光晶體的選擇要求與原則,確定利用LiF、PET

3、、Mica和KAP四種晶體作為雙通道橢圓彎晶譜儀的分光元件,晶體覆蓋的布拉格角為30～67.5°。本文重點針對在激光打靶實驗中出現(xiàn)的兩種情況:厚度為1mm表面經過研磨、拋光處理的氟化鋰彎晶分析器未能獲得譜線及丹巴天然云母彎晶分析器獲得的譜線之間出現(xiàn)相互混疊、扭曲現(xiàn)象開展了深入的研究。由于激光打靶實驗是否成功主要決定于彎晶分析器的制作,而對彎晶分析器的檢測以前沒有先例,本文創(chuàng)新地提出了利用島津XRD-6000型平晶衍射儀對橢圓彎晶分析器進

4、行檢測,并提出了在平晶衍射儀上對彎晶分析器進行檢測所必需滿足的條件。制作彎晶分析器首先要對平面分光晶體的衍射特性進行檢測。通過檢測發(fā)現(xiàn)厚度為1mm表面經過研磨、拋光的氟化鋰分光晶體最大衍射強度只有7000CPS,因此不適合作為分光晶體。為了提高其衍射強度,結合特殊處理對晶體性能的影響理論,對氟化鋰晶體進行了研磨、煅燒、清洗等一些列實驗。通過實驗表明,采用600＃SiC金相砂對氟化鋰分光晶體進行研磨對其衍射強度的提高最明顯,但是研磨表面的

5、一致性對衍射強度的提高影響很大,對大塊晶體不易操作。最后決定采用金剛砂(3FeO.Al2O3.3SiO2)磨粒進行研磨,這樣既能提高衍射強度,又能保證大塊分光晶體衍射強度提高的一致性。通過X射線衍射特性實驗,發(fā)現(xiàn)采用丹巴天然云母不能獲取理想譜線的原因是云母自身出現(xiàn)的多級衍射以及晶體存在的缺陷和吸附。對印度云母的X射線衍射特性實驗還表明印度云母對X射線的衍射具有很強的方向性,越偏離這個方向,衍射強度越低。另外,新獲得的云母還必須進行重新解

6、理,才能保證獲得滿意的衍射強度。在完成了平面晶體的X射線衍射特性實驗以后,分別重新制作了氟化鋰、印度云母和雅安云母彎晶分析器各兩塊。并在XRD-6000型衍射儀上成功地進行了彎晶分析器的檢測實驗。最后,介紹了激光打靶實驗前的瞄準對中實驗,并分析了橢圓彎晶分析器在X與Y軸上的位置誤差對攝譜精度的影響。闡述了在“神光-Ⅱ”和“星光-Ⅱ”激光裝置上進行激光打靶實驗的情況,并重點分析了采用厚度為1mm的氟化鋰彎晶分析器及丹巴天然云母彎晶分析器的