可见光条纹相机二维非线性快速标定技术

为了解决百ns级可见光条纹相机时空非线性标定需求,提出了通过构建一个时空二维分布的等间距标准光场快速标定条纹相机二维非线性的设想。通过序列脉冲光构造技术获得时间维度间距相等的参考点;通过光场空间调制技术获得空间维度间距相等的参考点。分析了序列脉冲光和光学系统的设计准则,基于该准则研制了一套可见光条纹相机二维非线性快速标定系统。该系统的时间分辨可达0.1 ns、空间分辨小于90 μm。基于该系统,通过单次扫描成像高效标定了国产某型条纹相机的扫描非线性、时间弥散、时间畸变和几何像差等非线性信息。此外,利用该系统对不同电路的扫描非线性进行了分析验证。该标定系统快速验证了双边扫描电路有利于优化扫描非线性。分析验证结果表明,该标定技术通过单次扫描即可对条纹相机的非线性参数进行标定。

Z-pinch内爆等离子体时空分辨诊断技术

为了深入认识和理解Z-pinch物理机制并对物理实验进行优化设计，需要研究内爆等离子体及其辐射的时空分布特性诊断技术，建立诊断装置与设备，通过实验研究等离子体内爆时间过程及其空间分布特性，利用所获得的实验诊断数据校核数值模拟程序。简要介绍近几年开展的X光空间积分功率谱测量、X光时间积分针孔照相、X光时分幅针孔照相、X光时间分辨1维空同分布、紫外探针阴影照相等时空分辨诊断技术研究工作，并给出在1～3MA电流驱动装置上进行的喷气和丝阵内爆实验中获得的部分时空分辨诊断结果，包括辐射功率、拉链速度、内爆速度、收缩比等。

薄膜和纤维塑料闪烁体中子能响特性的Monte Carlo数值计算

根据中子与塑料闪烁体的作用机制及塑料闪烁体的荧光转换特性,研究了塑料闪烁体薄膜和塑料闪烁体纤维中子能响特性的MonteCarlo数值计算方法,给出了不同厚度的塑料闪烁体薄膜和不同直径的塑料闪烁体纤维对裂变能区中子的灵敏度计算结果,并对计算结果及其在电流型坪响应裂变中子探测器方面可能的应用进行了初步探讨。

用于离子能谱测量的Thom son谱仪设计与数据处理技术

在设计可用于测量质子、α粒子以及其他重带电离子能谱的Thomson谱仪的过程中,研究了带电离子在谱仪电场和磁场作用下的运动轨迹,开发了相应的计算机辅助设计软件。CR39固体径迹探测器作为离子记录介质,离子径迹在记录面呈现抛物线带状分布,研究了由抛物线带状分布回推离子能谱的数据处理方法。

电子逃逸效应对PIN探测器γ灵敏度的影响

通过数值模拟和实验研究了电子逃逸效应对PIN探测器γ灵敏度的影响及铝、聚乙烯等不同材料对电子逃逸效应的补偿作用。数值模拟研究主要利用MCNP程序对γ射线在PIN探测器灵敏层中的能量沉积进行数值计算,得到探测器输出的脉冲幅度谱和灵敏度计算结果;实验研究利用60Co源发射的能量为1.17和1.33MeV的γ射线对不同补偿条件下的γ灵敏度进行标定。结果表明,电子逃逸效应对灵敏度存在显著影响,在探测器前设置铝、聚乙烯等补偿材料可对电子逃逸效应进行适当补偿。

快Z箍缩钨丝阵内爆物理研究

通过理论和实验研究了快Z箍缩电磁内爆动力学物理过程及其辐射特性,完成了1维和2维辐射磁流体动力学数值模拟程序。利用阳加速器、强光一号脉冲功率装置、S-300装置和Angara-5-1装置,开展了实验研究,发展了一系列观察Z箍缩等离子体辐射的诊断系统。研制了单层、双层钨丝阵及单层丝阵加聚氘乙烯芯等负载。重点研究了能量耦合和内爆动力学规律。

数值模拟高能中子照相

模拟了14 MeV中子在穿透样品后与闪烁体光纤的作用。对每根光纤中的能量沉积进行了计算,并转换成可见光(496 nm)光子数。在模拟实验中,分析了影响图像质量的因素。计算了散射中子本底与闪烁体和样品(聚乙烯)间距的关系。当间距为cm量级时,散射中子本底对图像的影响很小。计算表明系统对样品的甄别厚度与入射中子总数有关,在一定范围内近似与中子总数的对数成线性关系。通过模拟结果给出了理想平行中子束入射情况下系统的平面分辨率。

快中子照相中的点扩展函数计算

快中子照相中,基于反冲核原理探测快中子的有机闪烁体平板是普遍采用的快中子辐射转换体。模拟了D-T中子垂直入射BC400闪烁体平板,计算了不同厚度平板闪烁体的点扩展函数,对14.1 MeV快中子照相中闪烁体固有分辨率随厚度的变化进行了研究。计算结果表明,在不考虑二次中子与闪烁体作用及背景噪声等情况时,点扩展函数几乎不依赖于闪烁体厚度。同时,计算还表明在一定的分辨率范围内,由于荧光收集效率的限制,闪烁体厚度增加并不会改善图像对比度。

用于Z箍缩X辐射谱诊断的柱面凸晶摄谱仪的性能分析

考虑X光源的空间尺寸和晶体的摇摆曲线,用光线追迹方法计算了诊断丝阵Z箍缩等离子体X辐射谱的柱面凸晶摄谱仪的色散、能谱分辨和空间分辨以及系统参数对它们的影响。结果表明:决定柱面凸晶摄谱仪能谱分辨的主要因素是光源尺寸以及光源-晶体之间距离;增大光源-晶体之间距离能够改善能谱分辨,但导致径向空间分辨能力下降。并依此建立了云母晶体摄谱仪,在"强光一号"装置上对系统进行了测试,获得时间积分铝丝阵负载Z箍缩等离子体X辐射谱。

Z-箍缩X射线辐射功率闪烁探测系统

研制的Z-箍缩X射线辐射功率探测系统,利用闪烁体与X射线作用产生的荧光,在X射线入射45°方向进行探测。系统具有平坦能量响应、大动态范围和抗干扰能力强的特点。在Z-箍缩“强光1号”装置上,对X射线辐射功率进行测量,获得了W丝阵负载最大X射线辐射产额为36.58 kJ,辐射功率为0.84 TW。

GaAs:Cr探测器对聚变脉冲中子诊断的灵敏度研究

介绍了国产ＧａＡｓ：Ｃｒ光电导探测器（简称ＰＣＤ）在ＤＴ聚变中子辐射脉冲测量中的应用，利用ＰＩＮ探测系统绝对测量结果，获得了ＧａＡｓ：ＣｒＰＣＤ的１４．１ＭｅＶ中子直照灵敏度是１．５２×１０－２０Ｃｃｍ２／ｍｍ３，测量误差为±１８％。此结果与理论预估和国外报道在误差内符合。

基于虚拟仪器技术和网络的综合实验控制系统设计

为实现大型物理实验现场复杂多样的仪器控制,分析了物理实验的特点、过程、环境及仪器控制功能需求,利用虚拟仪器技术、计算机网络技术和数据库技术,建立了一套集成硬件和软件的综合控制管理信息系统,实现记录系统中示波器状态远程批量设置及波形数据自动采集、控制探测系统的高压电源并发加压或退压、保障各测试项目间测试仪器之间时间关联、监控UPS电量和远端现场图片或视频状态;给出了系统的关键的设计思路,列举了某型示波器控制的通用控制代码;结果表明,系统达到了一人总控或多人分权控制实验过程中多种多台仪器的目标,方便快捷地实现不同品牌不同类型示波器的相同功能。

ICF中子针孔成像数值模拟研究

在激光驱动的惯性约束聚变(ICF)实验中,中子针孔成像能够为不同靶丸设计的性能提供重要的诊断信息。为了能够在实验上获得较好的结果,需要实验前对各种针孔设计方案进行定性和定量的判断。成像的理论计算可简单分为针孔成像和图像解谱两部分,为了解决成像的针孔设计问题,基于蒙特卡罗方法建立了一套模拟中子针孔成像过程的程序,并且通过编写的图像显示程序可以直观地观察到记录介质所成的2维图像,同时可以对图像的某些参数进行判读。

丝阵Z箍缩可见光辐射区径向变化过程

在“强光一号”上进行的Z箍缩实验中，利用1维可见光成像系统获取了丝阵内爆可见光辐射区径向变化过程图像。采用的负载包括单层钨丝阵、单层铝丝阵，驱动电流为1．3～1．5MA，上升时间89～140ns。实验结果表明：丝阵内爆产生轴向先驱等离子体柱，尺寸为0．3～0．5mm；丝阵在内爆和内爆到芯及冷却飞散阶段，外围区域始终存在较弱的可见光辐射；获得的可见光条纹像提供了丝阵等离子体内爆可见光轨迹，内爆径向压缩比为2．84～7．84，丝阵内爆速度为4．60×10^6～1．73×10^7cm／s。

紫外探针光信号与加速器负载电流脉冲的精密同步技术

作为探针光源的Nd∶YAG激光器在其外触发控制线路固有延迟减小至100ns后,从脉冲加 速器形成线的主开关处选取Q开关的触发输入信号,利用示波器将激光器Q开关触发信号、加速器主开关触 发信号、激光信号以及负载电流信号进行时间关联,测量结果作为调节系统延迟时间的依据,实现了探针光脉 冲与加速器负载电流脉冲之间的精密同步,同步精度达到9.6ns。

丝阵Z箍缩实验1维X光辐射功率分布

在Angara-5-1联合实验中,利用条纹像机和光纤阵列实现时间分辨和1维空间分辨,得到了丝阵条纹像,观察到丝阵负载箍缩区X光辐射的1维轴向空间分布信息随时间的演化过程,考察了内爆的同步性和均匀性。通过对比不同结构负载内爆等离子体X光1维时空分布信息,发现由于内层等离子体对磁流体瑞利-泰勒不稳定性的抑制作用,(40+20)根双层钨丝阵比60根单层钨丝阵的内爆轴向同步性好,产生的X光辐射功率高;由于负载存在弯曲、断丝、扭曲等现象,(60+30)根双层钨丝阵比90根单层钨丝阵的轴向同步优势不明显;轴向同步性好与辐射功率高之间存在相关性;辐射波形前沿较快时,X光功率较高。

铝丝阵Z箍缩辐射形成特征实验研究

基于多种诊断设备获得的物理参数和物理图像,分析了8mm铝丝阵内爆各阶段的辐射特征。实验结果表明,铝丝阵的先驱等离子体在形成后未出现明显不稳定性特征。在向心箍缩阶段,出现了泡-钉(bubble-spike)结构,并伴有局部热点。结合分析空间分辨能谱图像,表明热点的形成与等离子局部的高温高密状态有关。通过对X光条纹像进行时间和空间的定标,得到透过50μm Be膜的等离子体热点的空间尺寸约为0.8mm,持续时间小于10ns。

1维时空分辨X光辐射功率图像的处理方法

在Z-pinch实验物理诊断中使用底片记录1维时空分辨X光功率图像,利用模拟底片能量响应曲线对实验获得的X光功率图像进行了变换,以闪烁体X光功率谱仪获得的X光波形为参考,将变换后的图像沿空间轴积分,并将所得波形与参考波形相比较,两条曲线基本一致,表明所使用的模拟能量响应曲线具有较好的近似效果。

几种闪烁探测器的中子能量响应函数测量

采用直流刻度方法,实验研究了ST401、ST1422或ST1423塑料闪烁体加光电倍增管组成的探测器的裂变中子灵敏度,获得了中子灵敏度随中子能量的变化关系。实验结果与计算进行了比较,在不确定度范围内符合很好。

单层钨丝阵Z箍缩内爆不稳定性特征实验研究

基于激光阴影像,研究了直径为8mm的钨丝阵在滞止阶段的不稳定性发展。实验结果表明,在消融阶段早期,不稳定性扰动的主导波长为0.2mm。在内爆后期和滞止阶段,不稳定主导波长迅速向长波长方向发展。在功率峰值前后,扭曲不稳定性特征开始出现,在滞止等离子体柱达到最小收缩直径后,辐射功率出现了明显下降。