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。

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。

用MCNP程序计算针孔成像

中子或伽玛射线的针孔成像在许多研究领域都有广泛的应用。由于这两种射线都有较强的穿透能力,针孔屏蔽体一般都设计得很厚,针孔成像的计算就必须要考虑射线在针孔屏蔽体物质中的散射效应和穿透效应。这些都涉及到粒子在各种材料中的输运计算,这就为针孔成像的计算带来了很大困难。所以,采用通用粒子输运程序MCNP作为针孔成像计算工具。较为详细地讨论了MCNP中几种计算方法的性能,描述了用这些方法计算的方差衰减技术和某些情况下的物理建模技巧。

铝丝阵等离子体K壳层辐射区域测量

采用球面云母晶体,在特定的几何布局下,通过选择适当的设计参数,在1.3 MA脉冲功率装置上获得了Lyα线表征的Z箍缩铝丝阵等离子体K壳层辐射时间积分2维分布。与通常采用的带滤片卡域的时间积分针孔成像相比,避免了由于无法将测量能段准确设定在K壳层辐射谱线所在能区,而造成测量结果偏离真实的K壳层辐射分布的缺点,为模拟计算Z箍缩等离子体辐射输运程序提供了更为精确的校验参数。

最优化方法处理等离子体连续辐射谱

等离子体连续辐射谱反应了轫致辐射和复合辐射总效果,通过对连续谱的拟合可以给出等离子体的电子温度信息。基于Z箍缩钠等离子体的连续辐射谱数据,提出以最优化的观点来拟合实验数据,可以充分将实验中涉及到的多种未知变量作为不定参数考虑进去,比普遍采用的直线拟合更准确,其残差平方和仅为后者的1/3.6,同时与共振线强度比得到的电子温度非常符合,说明了该方法的有效性。

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。

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。

能量响应相对平坦的康普顿探测器

对有能谱结构的γ辐射输出量进行绝对测量时,降低测量不确定度较好的选择方法之一是使用能量响应相对平坦的探测器。设计加工了厚度可调的康普顿探测器,得到了能量响应相对平坦的介质康普顿,该新型康普顿探测器在0.5-5MeVγ能区内的灵敏度相对平均灵敏度的变化可以小于17%,比标准康普顿探测器的灵敏度变化明显小一些,在强钴源放射性源场中验证了部分研究结果。

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。

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。

应用于高能伽马射线源图像诊断的厚针孔设计

在伽马射线辐射源图像诊断中,一般使用厚针孔将辐射源产生的伽马射线图像成像在射线图像探测器上。由于射线具有较强的穿透效应,针孔具有较厚的厚度,厚针孔成像系统的空间分辨、能通量、有效视场等测试要求相互制约,必须给出最优的厚针孔结构设计。根据厚针孔成像系统的特点,模拟计算厚针孔成像系统的基本过程。计算结果表明,在最优厚针孔结构中,缩短直孔段长度,能够扩大成像系统的有效视场,其有效视场能够接近系统的极限视场,随直孔段长度的缩短,有效孔径相对增大,当直孔段长度约为一个自由程时,有效孔径增加约28%,但对系统的空间分辨影响较小,系统的空间分辨主要由孔径决定,提高成像系统的放大倍数能提高系统的空间分辨。最后,简要分析了厚针孔准直后冷心位置的各种变化。

含硼轻材料屏蔽14.1 MeV中子的实验研究

在零功率堆中子衰变常数(α常数)瞬态测量实验时,必须进行本底中子的屏蔽。利用理论计算和实验测定的方法,得到含B4C聚乙烯对D-T中子的屏蔽效果,并在此基础上,设计了探测屏蔽系统用于α常数的瞬态测量实验。测量结果与系统设计值相符,测量数据的信噪比与理论计算结果相吻合。

CT图像重建方法在半影成像中的应用

CT图像重建方法和半影成像是两种传统的辐射图像诊断方式。将CT图像重建方法应用到半影图像数据处理中,探索出一种新的半影图像处理方法。在新的半影编码孔图像数据处理中,首次应用了与图像诊断系统点扩散函数无关的编码孔图像处理方法,解决了传统编码孔图像处理中由于图像诊断系统点扩散函数不确定带来的技术难题。在理论研究的基础上进行了半影模拟成像及图像重建,获得了理想的研究结果。

罗斯滤片法测量激光打靶X射线辐射通量

利用一套罗斯滤片系统测量激光轰击固体金属Ti平面靶产生的X射线辐射通量,系统包括两个相同的X射线探测器及相应滤膜.罗斯滤片法的优点在于利用相邻核素对X射线相似的阻止率,可滤出一个窄的能带并去除高能部分的干扰,获得了Ti平面靶K壳层X光辐射产额.实验结果表明：硬X射线能段在4.5～4.9 keV之间的K壳特征辐射占优,连续谱所占份额较低（与晶体谱仪一致）;随着激光能量的增加,特征辐射增加;激光强度接近2×10^15 W/cm^2时,能量转换效率出现峰值.

紫外激光探针在Z-pinch中的应用

报道了基于脉冲宽度为16ns、波长为266nm、总能量为30mJ、时间分辨为1.6ns的紫外激光四分幅阴影成像系统,用于研究Z-pinch产生等离子体与在丝阵负载中心放置塑料泡沫材料相互作用输运规律,研究动态黑腔形成过程的主要物理因素。使用高能高密度激光束透射等离子体,依据等离子体对激光束吸收衰减特性诊断激光束通过等离子体后的空间强度分布,通过理论计算获得等离子体空间密度分布,获得等离子体产生的早期稳定性、箍缩速度等规律。实验研究表明,在X射线峰值前约-25ns等离子体开始压缩塑料泡沫,在峰值前-5ns压缩到最小,之后泡沫开始膨胀。在X射线峰值时刻泡沫直径由3mm压缩到直径约为1mm,对泡沫的最大压缩比约为9倍。实验测量压缩速度约为3.3×10~6 cm/s,并给出了不同时刻的磁流体不稳定结构分布。

紫外探针光系统绝对灵敏度标定方法

为了测量在Z-箍缩条件下紫外波段光谱的绝对空间强度分布,实验标定了相对266 nm波长的紫外探针光系统绝对灵敏度。使用棱镜分光原理将激光束分成两束,一束直接照射快门型MCP+CCD记录系统,同时使用光电管监测另一路激光束强度,根据分光比推算记录系统绝对灵敏度。在棱镜分光比实验测量中,使用两个未知绝对灵敏度的光电管,建立了消除记录系统绝对灵敏度不确定度对分光比测量影响的新方法。建立了以能量卡计为标准的紫外探针光系统的绝对标定方法。紫外探针光系统成功应用于Z-箍缩条件下早期等离子体空间强度分布,首次获得了特定时刻紫外光波段绝对空间强度分布数据。

用于神光Ⅲ主机燃料面密度诊断的下散射法探测系统的准直设计

在惯性约束聚变实验中,用下散射法诊断燃料面密度对本底的屏蔽要求较高。分析了神光Ⅲ主机纯氘燃料靶在实际诊断环境中产生的本底辐射场,通过蒙特卡罗方法得知测量点处散射本底主要来源于初级中子与真空腔室、周围诊断平台、天花板和地板的作用。据此分析选取合适的材料和屏蔽方案。通过模拟计算,得到尺寸优化后的准直器设计方案,该方案达到了实验要求。

单丝Z-Pinch等离子体Thomson散射诊断系统设计

介绍了根据"阳"加速器现场环境设计Thomson散射诊断系统的方法和思路。由本底辐射出发,研究了诊断系统的重要参数,如探针光的能量、脉宽以及各光学元件的参数;同时,给出探针光和收光系统光路的设计安排;最后,讨论了杂散光及噪声的来源,并给出抑制或降低其影响的方法。