利用聚束透鏡獲得高亮度軟X射線源的技術(shù)研究.pdf

1、軟X射線通常指光子能量從50～1500 eV、波長(zhǎng)為0.83～24.8 nm范圍內(nèi)的電磁波。高亮度軟X射線源在研究軟X射線與物質(zhì)的作用、材料燒蝕和建立黑腔模型等方面的應(yīng)用前景十分巨大，它也能更好地用于標(biāo)定軟X射線探測(cè)系統(tǒng)、儀器和探測(cè)元件。因此世界各國(guó)都在積極建立亮度更高的實(shí)驗(yàn)室軟X射線源。本論文的工作是設(shè)計(jì)基于Z-pinch等離子體輻射源的聚束透鏡，利用透鏡對(duì)軟X射線的收集、傳輸和會(huì)聚來(lái)獲得高亮度軟X射線源，并對(duì)透鏡在高功率密度軟X射線

2、入射條件下的傳輸特性進(jìn)行研究。
　　X光導(dǎo)管是聚束透鏡的基本組成單元。國(guó)內(nèi)已有的對(duì)X光導(dǎo)管的研究是在入射X射線的功率密度較低的北京同步輻射裝置3W1B光束線以及其它輻射源上進(jìn)行的，為了設(shè)計(jì)對(duì)高功率密度軟X射線傳輸并會(huì)聚的透鏡，首先在西北核技術(shù)研究所的“強(qiáng)光一號(hào)”加速器裝置上，對(duì)高功率密度的軟X射線(6×106～1.5×107 W/cm2)在X光導(dǎo)管中的傳輸特性進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:對(duì)于由DM308型號(hào)玻璃材料拉制的X光導(dǎo)管，它對(duì)

3、高功率密度的軟X射線有較高的傳輸效率，當(dāng)入射軟X射線的功率密度為1.2×107 W/cm2，X光導(dǎo)管的彎曲角為50時(shí)，實(shí)驗(yàn)中獲得的平均傳輸效率達(dá)到了16.3％。在6×106～1.5×107 W/cm2的功率密度范圍內(nèi)，軟X射線在X光導(dǎo)管中的傳輸沒(méi)有出現(xiàn)非線性效應(yīng)，隨著入射軟X射線功率密度的提高，出射的軟X射線的功率密度基本成線性增加。對(duì)于Z-Pinch輻射源，入射的軟X射線功率密度為1×108 W/cm2，軟X射線和等離子體濺射物質(zhì)不會(huì)

4、破壞X光導(dǎo)管。
　　根據(jù)以上研究結(jié)果，用數(shù)值模擬方法對(duì)透鏡的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出透鏡的最佳設(shè)計(jì)參數(shù):由2401根內(nèi)直徑0.45 mm、外直徑0.60 mm的X光導(dǎo)管組成，入口端距Z-pinch靶心的距離為200mm，中心長(zhǎng)度為410mm，后焦距為50 mm。假設(shè)Z-pinch等離子體輻射源的發(fā)光區(qū)長(zhǎng)度為20 mm，輻射X射線能量E=1keV，峰值功率為0.5 TW，將上述透鏡與輻射源組合，數(shù)值模擬在透鏡的后焦點(diǎn)處能獲得焦斑直徑為

5、2.5 mm平均功率密度為8.96×108 W/cm2的軟X射線，透鏡的整體傳輸效率為11.71％。
　　將制成的透鏡與Z-pinch等離子體輻射源組合，透鏡的實(shí)際后焦距為62mm，當(dāng)光源輻射的軟X射線的峰值功率為0.5 TW時(shí)，軟X射線聚束透鏡的整體傳輸效率為9.58％，功率密度增益為131倍，等效距離為58.8 mm。在透鏡的后焦點(diǎn)（距絲陣靶心672mm）能獲得功率密度達(dá)1.15×109W/cm2焦斑直徑為2mm的較潔凈的軟X