自动双曲面石墨弯晶预衍射X射线荧光光谱法测定后处理工艺样品中的微量铀

为快速、准确、无损检测后处理工艺样品中的微量铀,研制了自动双曲面石墨弯晶预衍射X射线荧光光谱仪,并建立了测定模拟含铀料液中微量铀的分析方法。该仪器在普通能量色散X射线荧光光谱仪的探测器前添加了双曲面石墨弯晶预衍射器,以提高光束的聚焦性,双曲面石墨弯晶参与衍射的有效区域远大于直筒式石墨晶体,大幅降低了铀元素的检出限。测试结果表明,该仪器对铀的检出限为0.033 mg/L,定量限为0.110 mg/L,铀浓度的相对标准偏差优于5%。采用经验系数法对含有锶和钇的模拟含铀料液中的铀元素进行了校正,结果显示,铀回收率在98%~102.3%以上,说明该方法具有较高的准确度。

基于球面弯晶聚焦结构的桌面型单能X射线源设计及实验

提出了一种采用球面弯晶聚焦结构获得高亮度桌面型单能X射线的方法。在子午方向利用晶体色散实现单能、在弧矢方向通过球面镜聚焦提高光强。理论建模和光学仿真评估了该结构的色散和聚焦性能,验证了球面弯晶聚焦结构相对于柱面弯晶在聚焦特性上的显著优势。针对Al靶Kα1线单能需求,设计和装调了基于低功率Al靶X射线管的单能装置,并实验验证了其性能。结果显示,当X射线管工作在7 W功率条件下,CCD曝光10 min,Al靶Kα1线全视场光谱的探测器计数大于2×105,能谱展宽约为0.592 eV;引入200μm限束光阑,能谱展宽进一步减小至0.493 eV,探测器计数约为2×104。研究结果证实了该装置可以有效获得高亮度Al靶Kα1谱线,也为精确测量光学器件和系统的光谱特性提供了一种新的获得高亮度单能X射线的技术途径。

X光弯晶成像金属薄膜面密度测量技术

针对靶用高Z金属薄膜的无损检测需求,提出了一种通过超环面弯晶聚焦型X光单能成像器件,实现金属薄膜均匀性及面密度等参数精确标定的测量技术。该技术即通过高通量、高单能性成像,定量获取薄膜X光透过率及其空间分布,有效提升了面密度测量的精度,同时实现了对其均匀性的高空间分辨评估。从总体方案设计、元器件制备和测试实验等方面开展了深入研究,并评估了各种可能因素对测量不确定度的影响。所发展的超环面弯晶成像系统针对20 keV级的高能X射线在mm尺度内实现了优于5μm的微区分辨,能谱分辨达到几eV。通过泡沫金样品面密度测量实验证明了技术可行性,相对不确定度优于2%。研究结果为激光惯性约束聚变高Z靶材料的精密无损检测提供了一种新的测量技术,并有望应用于其他需要大视场、高空谱分辨成像的需求领域。

椭圆柱面弯晶谱仪研制与应用

为了诊断激光等离子体X射线,人们研制了光栅谱仪和晶体谱仪。当晶体谱仪覆盖的能量范围较宽时,则要求入射光在晶体上的Bragg角变化范围较大。本研究采用椭圆弯晶作为分光元件。美国Sandia国家实验室研制的单通道椭圆弯晶谱仪利用云母晶体作色散元件,椭圆的焦距为1 200 mm,测量的X射线能量范围为0.7~1.25 keV。本晶体谱仪采用三通道设计,可测量的X射线能量范围为1~10 keV,测谱范围较宽。

用于诊断激光等离子体X射线的双通道椭圆弯晶谱仪

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及布拉格衍射的特点。研制了双通道椭圆弯晶谱仪（以下简称“弯晶谱仪”），采用独特的双通道结构能够对高温等离子体所发出的X射线同时进行空间和时间分辨测量，测量的波长范围为0．2-2 nm，布拉格角的覆盖范围是30°-67．5°，阐述了弯晶谱仪的基本结构．重点介绍了对LiF分光晶体进行的X射线衍射实验及在“星光Ⅱ”激光装置上进行的激光打靶实验，得到了钛等离子体X射线的发射谱图像。经过分析，发现弯晶谱仪的空间分辨率能够达到0．0011 nm。最后，提出对弯晶分析器的特性、制作工艺及检测方法还必须进行进一步的深入研究。

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。

双通道椭圆弯晶谱仪的传递效率分析

双通道椭圆弯晶谱仪(以下简称TCECS)是激光惯性约束核聚变(ICF)研究中非常重要的诊断仪器,在一个通道上用Χ光胶片或X＿CCD作空间分辨测量,在另一个通道上用Χ光条纹相机作时间分辨测量,从而同时获得Χ射线的空间和时间特性。TCECS传递效率的高低将影响摄谱效果,而TCECS的传递效率取决于柱面镜的反射率、晶体的积分衍射率、滤光膜的透射率和光谱相对孔径。本文从理论上分析了TCECS传递效率的四种影响因素与波长的关系,并用Matlab6.1软件进行了数值计算,表明TCECS的传递效率随Χ射线波长增大而减小,这对今后TCECS的结构设计具有重要的指导作用。

球面弯晶的背光成像特性

通过对球面弯晶背光成像系统的分析,获得了空间分辨率、能量分辨率等关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系。利用这一关系对背光成像系统的不同成像方式应用进行分析,并用光路追踪模拟进行验证。在此基础上,利用X射线衍射仪开展了单能成像系统的成像演示实验,获得与模拟和数值分析一致的结果。通过对成像系统的设计优化,这种高分辨单能成像技术将能够在神光激光装置上开展的物理实验中获得广泛应用。

氟化锂椭圆弯晶分析器的特性及应用

设计了测试能量范围为0.6～6 keV的椭圆弯晶谱仪。此谱仪利用椭圆自聚焦原理,晶体分析器采用氟化锂材料,椭圆焦距为1 350 mm,离心率为0.958 6,布拉格角范围为30～65°。在神光Ⅱ靶室进行了实验,入射激光波长为0.35μm,激光功率约为1.6×1014W/cm2,与厚度为100μm的钛平面靶法线夹角约为45°。实验结果证实,弯曲的氟化锂晶体具有极佳探测效果,弯晶分析器对波长为0.2～0.35 nm的X射线的分辨率可达500～1 000,同时具有等光程而便于空间分辨测量的优点,在同样距离条件下比平晶分析器高一个数量级的收光效率,故适合于激光等离子体X射线的光谱学研究。

用于测量Z箍缩铝等离子体K层辐射的邻苯二甲酸氢铊弯晶摄谱仪

基于邻苯二甲酸氢铊（TAP）弯晶和软X射线分幅相机建立了一套4通道的时空分辨弯晶摄谱仪,测谱范围1 500-2 300 eV,时间分辨约2 ns。分析了谱仪各环节的信号传递和转换过程对系统谱响应的影响。利用该谱仪在＂强光一号＂加速器（约1.5 MA,80-100 ns）Al丝阵Z箍缩实验中获得了时间分辨及时间积分的Al等离子体K层辐射谱,记录到了类H、类He离子主要共振线及类Li、类He离子双电子复合伴线。将摄谱结果与分能区X射线图像进行了比较。时间分辨的发射谱相对强度与积分结果有明显不同,反映了等离子体在5-10 ns时间尺度上的电子温度和离子布居变化。

球面弯晶在X射线诊断中的应用

为了诊断等离子体X射线,利用X射线布拉格衍射原理研制了球面弯晶谱仪。实验采用α-石英作为其晶体分析器色散元件,晶体弯曲半径为250 mm,布拉格角为30°~67.5°;采用接收面积10 mm×50mm的X射线胶片作为摄谱器件,接收等离子体X射线谱线信息。通过在＂阳＂加速器装置上进行实验,得到了钛等离子体X射线K壳层激发谱线信息,其光谱分辨力可达到1 000以上,光谱带宽约为0.43 eV。

双通道椭圆弯晶谱仪分辨率的影响因素分析

双通道椭圆弯晶谱仪 (以下简称TCECS)是激光惯性约束核聚变研究中非常重要的诊断仪器 ,通过在两个通道上同时进行Χ射线的空间和时间分辨测量 ,从而对惯性约束聚变的实验情况做出正确的判断。TCECS分辨率的影响因素较多 ,主要有椭圆的离心率、狭缝的宽度、光源没在椭圆的前焦点上、探测圆轴线没有通过椭圆后焦点、瞄准对中等引起的误差。本文分析了影响TCECS分辨率的主要因素 ,用Matlab 6 .1软件进行了数值计算 ,并提出了保证和提高TCECS分辨率的措施。

相干的参数X-射线辐射及弯晶的退道效应

要成功获得相干(衍射)的参数X-射线辐射(PXR)光源,粒子的运动必须是稳定的。但是由于衰减、晶格热振动、电子多重散射和相互作用势的非线性等因素的影响,系统将产生退道、分叉、混沌等不稳定现象,从而对PXR的反射、衍射、聚焦和谱分布产生直接影响。在经典力学框架内和偶极近似下,引入正弦平方势,把粒子在弯晶中的运动方程化为具有常数力矩的摆方程。利用Jacobian椭圆函数和椭圆积分分析了系统的相平面特征,并用能量法讨论了系统的稳定性,在相空间密度均匀分布的假设下,导出了系统的退道系数。以硅单晶为例,计算了能量为1.0 GeV的质子运动在曲率半径为1 m的(110)面沟道的退道系数η=0.3。

高分辨球面弯晶单色成像系统研制与应用

利用石英(1010)球面弯晶作为X光成像元件,自主研制了应用于神光系列激光装置上的高分辨球面晶体X光成像系统。在实验中利用Mg作为背光材料,获得四周期网格子午方向放大倍数13.95倍、弧矢方向放大倍数11.61倍、中心能点1.472keV、分辨率达到4μm的X光图像,其谱分辨达到1.2×10-4。它为在激光惯性约束聚变内爆、流体不稳定性等物理实验中X光测量提供了重要诊断手段。

用于X射线时空分辨测量的弯晶谱仪

为了测量激光聚变产生的0.2～0.37 nm范围内的等离子体X射线,设计了一种基于空间和时间分辨的聚焦型弯晶谱仪.将在700℃时弯曲后的LiF(2d＝0.403 nm)晶体作为色散元件,布喇格衍射角的变化范围为30～67.5°,弯晶粘贴在离心率和焦距分别为0.9586和1350 mm的椭圆形不锈钢基底上.利用弯晶谱仪配X光CCD相机在星光Ⅱ激光(0.35 μm,60～80J,700 ps)装置上摄取了钛平面靶发射的X射线光谱,实验结果表明它的光谱分辨率能达到0.001 nm.

用于测量激光等离子体X射线的椭圆弯晶谱仪(英文)

研制了一种椭圆弯晶谱仪用于测量0．44～0．81nm激光等离子体X射线光谱。该谱仪采用X射线CCD作探测器，用PET（2d=0．874nm）晶体作色散和聚焦元件，将晶体弯曲并粘贴在离心率和焦距分别为0．9586和1350mm的椭圆形不锈钢基底上。对该谱仪在“星光Ⅱ”激光装置上进行了打靶实验，实验结果表明其光谱分辨率接近1000。

椭圆弯晶谱仪分析器研制

针对激光惯性约束核聚变辐射的X射线分析,可得到关于等离子体电子密度、温度、电荷分布等重要信息。研究的X射线弯晶谱仪分析器是用来诊断X射线光谱,进而实现对激光惯性约束核聚变的控制。探讨了椭圆弯晶谱仪理论原理,分析了积分反射率和质量吸收系数。弯晶谱仪采用LiF弯晶分析器,椭圆焦距2c为1350mm,椭圆离心率e为0.9586,晶体布拉格角范围为30°至60°。在此对LiF弯晶分析器的制作工艺进行详细描述。实验结果表明,该晶体分析器对X射线的分辨率(λ/Δλ)可达900以上,能够用来对激光等离子体的X射线光谱进行诊断。

带电粒子的参数X射线辐射及弯晶系统的稳定性

寻找新光源,特别是企图利用PXR作为激光光源引起了人们广泛关注。要成功获得相干(衍射)的PXR光源,粒子的运动必须是稳定的。但是由于晶体弯曲,系统可能变得不稳定,从而对PXR的反射、衍射、聚焦和谱分布均会产生直接影响。在经典力学框架内和偶极近似下,引入正弦平方势,把粒子在弯晶中的运动方程化为具有常数力矩的摆方程。利用Jacobian椭圆函数和椭圆积分分析了系统的相平面特征。结果表明,系统的稳定性与弯晶"曲率"Q有关,当条件0≤Q<1满足时,系统是稳定的。

用于诊断激光等离子体X射线的椭圆弯晶谱仪

研制了一种新型的双通道椭圆弯晶谱仪,椭圆的离心率和焦距分别为0.9586和1350mm。 利用晶体作色散元件,布拉格角为30～67.5,谱线探测角为55.4～134。在两个通道上用CCD和条纹相机同时测量射线的空间和时间分辨光谱。在“神光Ⅱ”激光装置上进行了首次摄谱实实验,实验结果表明该谱仪的光谱分辨力为0.002nm。

等效磁场与弯晶沟道辐射

引入场指标和等效磁场概念,把粒子在弯晶沟道中的运动行为等效为回旋加速器中的粒子运动.结果表明,描写粒子的运动方程是一个非线性薛定谔方程.在小振幅近似下找到了系统的严格解和粒子振动周期,导出了瞬时辐射强度和最大辐射频率.