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基于球面弯晶高分辨单能成像研究

实验室资讯网时间:2018-09-08 点击: 百度搜索

【导读】在激光惯性约束聚变 (ICF) 研究中,内爆靶丸压缩过程是重要的诊断对象。在神光 Ⅲ 主机装置和未来装置上实验用靶丸为 800~2000m 的尺度, CH 层厚度为 80~200m ,压缩后期仅有数十 m ,要实现对该种尺度的目标进行 X 光成像诊断,获得壳层边界、透过率和芯部发光图像,则需要发展高能点、高空间分辨、单......
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在激光惯性约束聚变(ICF)研究中,内爆靶丸压缩过程是重要的诊断对象。在“神光Ⅲ”主机装置和未来装置上实验用靶丸为800~2 000 μm的尺度,CH层厚度为80~200 μm,压缩后期仅有数十μm,要实现对该种尺度的目标进行X光成像诊断,获得壳层边界、透过率和芯部发光图像,则需要发展高能点、高空间分辨、单色化的X光成像系统,达到μm级空间分辨及1×103以上的谱分辨,减少谱分辨带来的图像数据不确定度,提高图像的置信度。晶体作为天然的X射线色散元件,可以获得高能谱分辨。将晶体进行压弯加工后,利用弯晶进行单色成像,可以应用于激光等离子体二维单能背光成像、二维单能自发光成像以及一维光谱诊断,具有高能量分辨、高空间分辨、大视场的特点,是研究激光等离子体聚爆过程与不稳定性和高功率Z箍缩的主要手段。近年利用球面弯晶单能背光成像技术开展了多轮考核实验,利用Mg、Pd、Ag、Sc等背光材料,获得了1.472 keV、3.12 keV、4.53 keV等背光能点单能图像,空间分辨均好于6 μm。在2014年“神光Ⅱ”实验中,我们首次采用自主研制的球面弯晶获得了针对V背光类He特征线5.205 keV能点的高空间分辨网格背光图像,最佳空间分辨达到4 μm。

1  高分辨球面弯晶研制

利用晶体的衍射效应实现对X射线的分光,从而实现对X射线图像的单色化,将晶体压弯加工成为球面,利用类似球面反射成像原理,实现样品的背光成像或自发光成像。自2013年开展球面弯晶自主研制工作,成功制备出适用于物理实验的球面弯晶,实现对X射线样品的高空间分辨、谱分辨和大视场观测。2014年度研制了三类球面弯晶,分别为石英2133、2243和1010,两种曲率半径R250和R400。根据物理实验需求,采用两种工作面形式,一种为f20圆形,另一种为40 mm×10 mm的方形。部分球面弯晶实物如图1所示。球面弯晶背光成像实验的排布如图2所示。

基于球面弯晶高分辨单能成像研究

基于球面弯晶高分辨单能成像研究

研制出的球面弯晶在X射线管上进行了初步测试。X射线管放置于大气环境下,球面弯晶采用背光成像排布方式,由于X射线管的光斑尺寸较大,达到约2 mm,而且X射线管的靶为Cr靶,其主Ka线能点为5.415 keV,对应的波长为l=0.229 nm,根据晶体衍射公式2dsinθ=nl,得石英2133球面弯晶(晶格常数2d=0.239 98 nm)对应的Bragg角为72.6°,并且受实验场所限制,放大倍数仅约为3~5倍,该类成像方式的空间分辨约为37 μm。图3(a)为对周期为100 μm的小孔成像,图3(b)为对f3 mm的150目网格样品成像,图3(c)为对金腔靶的成像。对实验结果分析得到,研制的球面弯晶具有较高的谱分辨,成像清晰且无明显畸变,空间分辨约为35 μm与理论基本一致。

基于球面弯晶高分辨单能成像研究

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基于球面弯晶高分辨单能成像研究

(本文来源:中国工程物理研究院 )

(责任编辑:子豪)

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