High-resolution X-ray focusing concave (elliptical) curved crystal spectrograph for laser-produced plasma

The X-ray spectrum emitted, from laser-produced plasma contains plentiful information. X-ray spectrometer is a powerful tool for plasma diagnosis and studying the information and evolution of the plasma. X-ray concave (elliptical) curved crystals analyzer was designed and manufactured to investigate the properties of laser-produced plasma. The experiment was carried out on Mianyang Xingguang-Ⅱ Facility and aimed at investigating the characteristics of a high density iron plasma. Experimental results using KAP, LIF, PET, and MICA curved crystal analyzers are described, and the spectra of Au, Ti laser-produced plasma are shown. The focusing crystal analyzer clearly gave an increase in sensitivity over a flat crystal.

软X射线分光晶体KAP的反射率特性

弯晶谱仪是激光等离子体软X射线的有效诊断工具 ,KAP是弯晶谱仪的分光晶体之一 利用原子散射因子和结构因子分量 ,以及镶嵌晶体模型计算KAP的积分反射率 ,表明KAP的积分反射率与波长有关 ,先随波长增大而减小 ,后随波长增大而增大 此外 ,还计算了KAP的峰值反射率、半最大值宽度、能量宽度和能量分辨率 。

激光等离子体球面晶体光谱成像

利用自聚焦原理，研制了一种新型的球面弯晶谱仪。晶体分析器采用云母材料，其弯曲半径为380mm，布拉格角为51°。利用成像板接收光谱信号，其有效面积为30mm×80mm，从等离子体源经晶体到成像板的光程长为980mm。物理实验在中国工程物理研究院激光聚变研究中心20J激光装置上进行，入射激光能量为6．78J，成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号。球面云母弯晶谱仪的光谱分辨率达到1000-1500，在相同环境放置的PET平晶的光谱分辨率为50～100。结果表明：球面弯晶具有较高的光谱分辨率和信噪比，适合于激光等离子体X射线的光谱学研究。

X射线椭圆弯晶谱仪实验研究

利用椭圆从一个焦点发射出的光线经椭圆面反射必汇聚于另一焦点的性质,设计了基于620～6200eV的X射线椭圆弯晶谱仪。文中分析了系统原理,完成了谱仪光学色散系统、探测系统及仪器的研制。采用KAP、LiF、PET、MiCa作为色散元件,其2d值在0.4～2.6nm、Bragg角为30°～67.5°,晶体尺寸为120×8×0.2mm,偏心率为0.9586,焦距1350mm,光程长1456mm,分析器基底材料用数控铣床加工。实验在上海"神光Ⅱ"号装置上实施,激光能量为150J,波长为0.35mm,真空度为3×10-3Pa。为达到光学对准,采用了小点光源以及精密望远镜对中。实验结果显示出金靶在0.63～0.79nm范围,其分辨力(△λ/λ)达到了1/486。谱的分辨力还与晶体特征和激光靶源尺寸有关。谱仪性能良好、使用方便、简单,具有高的收集效率和分辨能力,能够有效获取激光惯性约束聚变中激光等离子体发射光谱的丰富信息。

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。

球面晶体分析器在X射线成像诊断中的研究

为诊断激光等离子体X射线,研制了基于Bragg衍射原理的球面弯曲晶体。球面晶体可提高空间分辨、光谱分辨及立体角收集辐射能力。实验采用球面弯曲石英晶体作为分析器,X射线成像板作为成像器件,利用X射线衍射仪铬靶Kα单色谱成像,验证了0.2 mm间隔双丝的单能像,球面弯晶具有较高的光谱分辨力和信噪比,谱分辨力可达1 000,聚光效率在同样距离条件下比平晶分析器高一个数量级以上。

一种X射线诊断用椭圆晶体分析器的研制

在惯性约束聚变(ICF)中,激光等离子体产生的X射线包含了丰富的信息。为了获取这些有用的信息用于诊断电子的温度和密度,本文基于椭圆几何原理研制了布拉格散射角为30～65°区域的椭圆弯晶分析器,论述了等离子体诊断谱仪的弯晶分析器加工及其性能评价。LiF晶体被用作X射线散射元件,晶体是椭圆弯曲的粘贴在偏心率为0.9586、焦距为1350mm的不锈钢衬底上。激光功率为1.6×1014W/cm2,脉宽为800～900ps,并以钛作为靶材。实验结果表明,该弯晶分析器具有比平晶分析器更好的灵敏度,光谱分辨率达到500(λ/Δλ)。

喷气箍缩等离子体X射线椭圆弯晶谱仪研究

为了测量喷气箍缩等离子体X射线的空间分辨光谱,利用椭圆聚焦原理,研制了一种椭圆晶体谱仪.分别利用Si(111)、Mica(002)椭圆晶体作色散元件,离心率均为0.9480,布喇格角为30～67.5°,光谱信号采用半径为50mm的半圆形胶片接收,从等离子体源经晶体到胶片的光路长为1430mm.在"阳"加速器装置上进行摄谱验证实验,成功获取了氩喷气等离子体X射线的光谱.测量光谱波长与理论值相符,其中Si弯晶获得的光谱分辨率(λ/Δλ=200～300)低于Mica弯晶获得的光谱分辨率(λ/Δλ=500～700).实验结果表明,该谱仪适合于喷气箍缩等离子体X射线的光谱学研究.

Z箍缩等离子体高分辨X辐射谱诊断

为了获取丝阵Z箍缩等离子体高能谱分辨的X辐射图像,建立了云母球面弯晶X光摄谱仪,根据色散平面内球面弯晶诊断空间分布X光源的几何模型分析了摄谱仪的能谱分辨,计算结果与光线追迹方法得到的结果吻合。当探测器位于罗兰圆上时,系统具备最优能谱分辨。在"强光一号"装置上,利用该摄谱仪诊断了镀镁铝丝阵负载Z箍缩等离子体的X辐射图像,结果表明,该球面弯晶摄谱仪的能谱分辨率高于1 000。

实现激光等离子体X射线诊断的椭圆弯晶谱仪研究

按照布拉格衍射的基本原理,利用从一个焦点发出的光线经过椭圆面反射后汇聚于另一个焦点的特点,研制了双通道椭圆弯晶谱仪,分析出其测量的波长范围为0.2nm至2nm,布拉格角的覆盖范围是30°至67.5°。并阐明弯晶分析器的制作过程。在＂星光-Ⅱ＂激光装置上对分别使用LiF、PET、KAP和Mica四种弯晶分析器的双通道椭圆弯晶谱仪进行激光打靶实验,得到了铝、钛和金激光等离子体X射线的发射谱。

掺Er^(3+)离子Sr_3Y_2(BO_3)_4晶体光谱性能的研究

研究了提拉法生长的掺Er^(3=)的Sr_3Y_2(BO_3)_4晶体的吸收光谱和荧光光谱。应用J-O理论分析并计算了光谱参数,得到唯象参数Ω_2、Ω_4和Ω_6分别为11.90×10^(-20)cm^2、3.44×10^(-20)cm^2和1.92×10^(-20)cm^2。在Er^(3+)∶Sr_3Y_2(BO_3)_4晶体中,Er^(3+)在1533 nm波长的发射截面为1.00×10^(-20)cm^2,~4I_(13/2)→I_(15/2)能级跃迁的荧光寿命和辐射寿命分别为0.58 ms和4.10 ms,良好的光谱性能表明Er^(3+)∶Sr_3Y_2(BO_3)_4晶体可能成为潜在的1.55μm波段的一种激光材料。

圆柱面和圆锥面弯晶谱仪的理论计算及设计

用光线追迹的方法对圆柱面和圆锥面弯晶谱仪进行了理论计算,得到了谱仪的空间与色散坐标、线色散率、角色散率、光谱分辨力、空间和光谱放大率以及谱仪亮度等参数的解析计算公式,并对两类谱仪进行了具体的参数设计及性能比较。结果表明,圆锥面弯晶谱仪比同类型的传统圆柱面弯晶谱仪有着更为良好的聚焦性能,能够进一步改善谱仪的光子收集效率、谱仪亮度以及空间分辨力。这项工作为谱仪研制提供了理论基础和设计依据。

用网格衰减膜相对标定SIOFM─5FW软X光底片

点聚焦激光等离子体发出的Ｘ射线经晶体色散形成均匀的单色Ｘ射线源，在此基础上，用单层网格作为衰减膜，得到未经衰减和经过衰减的Ｘ射线谱，对无保护膜ＳＩＯＦＭ５ＦＷ软Ｘ光底片作了试验性的相对标定，得到了０．

基于液晶光谱仪的西洋参品质荧光检测方法

利用基于可调液晶滤光器做为分光器件的液晶光谱仪,对西洋参进行了紫外光照射下的连续荧光光谱成像检测。检测中发现西洋参切片存在着显著的荧光特性,通过对不同等级的西洋参及西洋参的有效成份(人参总皂苷)进行分类检测,验证西洋参所包含的荧光物质为人参总皂苷,并且所发出的荧光强度与其总皂苷含量存在对应关系,因此可以通过检测西洋参的荧光光谱强度判断其品质。从而,得到一种简单、快速和无损的西洋参品质判定和成份检测的方法。同时,通过对西洋参切片荧光光谱图像的分析处理得到了西洋参的荧光光谱曲线和总皂苷分布的三维图谱,获得了西洋参总皂苷含量的三维空间分布信息。

双通道共轴聚焦型X射线晶体光谱仪

研制了一种用于Z箍缩等离子体X射线光谱诊断的双通道共轴聚焦型晶体光谱仪。谱仪采用均匀色散(即线色散率为常数)和球面云母晶体作为两个通道的X射线色散元件,位于中轴线上的双胶片盒作为探测器,在大致相同的光谱范围内同时获取Z箍缩等离子体的时间积分光谱。在中国工程物理研究院"阳"加速器上开展了Z箍缩内爆摄谱实验,两通道分别获得了Z箍缩铝丝阵等离子体的类氢和类氦光谱谱线。实验结果表明:均匀色散通道光谱分布遵循均匀色散条件,实验得到的线色散率和设计值吻合很好,最大相对误差仅为3.48%,和球面晶体通道相比,它能更容易、更准确识别和处理光谱,在识别和分析陌生复杂光谱成分时具有优势。

基于对数螺线晶体Z箍缩铝等离子体单色成像研究

研究了一种对数螺线柱面晶体配接针孔对Z箍缩铝等离子体进行单色谱成像的摄谱成像仪,摄谱仪具有结构简单、外形尺寸紧凑的特点。由于对数螺线晶体的保角特性,摄谱成像仪可在较大视场范围内对Z箍缩内爆等离子体进行单色谱成像。在"阳"加速器上,针对Z箍缩铝等离子体K壳层的X射线辐射进行了成像实验,得到了铝丝阵内爆等离子体的类氢(1727.7eV)和类氦线(1588.3eV)单色图像。在箍缩单色图像上观察到了磁瑞利-泰勒不稳定性引起的"热点"及内爆不稳定性造成的螺旋形结构,反映了等离子体的内爆形态,为进一步理解Z箍缩物理过程和确定等离子体的辐射特性提供了参考。

Tm^(3+):Sr_3La_2(BO_3)_4晶体的生长与光谱特性

报道了掺Tm3+离子Sr3La2(BO3)4晶体的生长与光谱性能。根据吸收谱,应用Judd-Ofelt(J-O)理论计算了光谱参数,得到唯象参数Ω2=4.46×10-20cm2,Ω4=3.18×10-20cm2,Ω6=1.88×10-20cm2。采用倒易法,根据吸收截面计算了Sr3La2(BO3)4晶体3F4→3H6跃迁1.82μm处的发射截面为0.694×10-20cm2,并讨论了该晶体在近红外波段的增益截面与粒子数反转率间的关系。研究结果表明,Sr3La2(BO3)4晶体有较大的发射截面和较宽的调谐范围,是一种潜在的近红外波段激光材料。

激光产生的CuⅩⅩⅡ离子X光谱线辨认

用TIAP晶体谱仪拍摄了8～14(?)波长范围内铜的激光等离子体X光谱,以铜的类氧离子为例,采用由能级值反推跃迁波长的方法,同时结合等电子序列的莫塞莱定律,归类了2p^3ss—2s^22p^4和2p^33d—2s^22p^4之间一百多条新的谱线,与实验结果相比较,大部分波长误差在±5m(?)以内.

X射线平晶谱仪色散曲线和波长的确定

本文给出了X射线平晶谱仪色散曲线几种解析表达式,它们形式不同,但完全等价。提出了几种独立测定激光等离子体X射线波长的方法,这些方法无需任何参考谱线或谱仪参数。

高剥离态离子谱学研究

利用“星光”Ⅰ激光装置，聚焦激光束于真空室内平面箔靶，产生高离化态等离子体，分别用四个不同晶格间距的平晶摄谱仪和１ｍ掠入射光栅谱仪测量了＿（２２）Ｔｉ、＿（２６）Ｆｅ、＿（２８）Ｎｉ、＿（２９）Ｃｕ、＿（３０）Ｚｎ、＿（３２）Ｇｅ等中Ｚ元素及＿（７２）Ｈｆ、＿（７３）Ｔａ、＿（７４）Ｗ、＿（７５）Ｒｅ等高Ｚ元素的高离化态离子发射谱，其波长为３．６～３００Ａ分别用组态相互作用的Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ－Ｒｅｌａｔｉｖｉｓｔｉｃ（ＨＦＲ）方法和多组态的Ｄｉｒａｃ－Ｆｏｃｋ方法分析辨认发射谱中的线跃迁，用自旋轨道劈裂的未分辨跃迁组理论分析发射谱中的带结构，归类了六个中Ｚ元素类钠直至类氦离子的数百条跃迁线，以及四个高Ｚ元素的类钻、类镍、类铜直至类锗离子的线跃迁和跃迁带．