球面弯曲晶体在X射线背光成像的应用

基于X射线布喇格衍射理论,研制了球面弯曲晶体分析器,用于研究和诊断惯性约束聚变的聚爆靶等离子体的形状、分布及稳定性。分析器的核心器件是石英球面弯晶,弯曲晶体半径为143.3mm。首次利用石英球面弯曲晶体进行了单色X射线背光成像实验。采用接收面积为40mm×30mm的磷屏成像板作为接收装置,得到了清晰的铬靶单色X射线二维背光聚焦成像。对所得实验弧矢方向区域谱线的分析显示,石英球面弯曲晶体得到的X射线背光成像的空间分辨率约为83.3μm。实验结果表明该球面弯曲晶体适合于X射线的背光诊断研究。

基于石英球面弯曲晶体的X射线成像研究

为了诊断惯性约束聚变的聚爆靶的尺寸、形状、分布和均匀性等情况,利用X射线布拉格衍射理论,搭建了基于球面弯曲晶体的X射线背光成像系统。其核心元件是α-石英球面弯晶,α-石英晶体性质稳定,结构完整,反射率和分辨率高。弯曲晶体尺寸为65mm×20mm,弯曲半径为143.3mm。利用该背光成像系统进行了单色X射线背光成像实验。成像物体为3×3阵列的正方形不锈钢网格,利用接收装置磷屏成像板,得到清晰的Cr KαX射线背光源二维空间分辨,在9.6mm×28.7mm的视场范围内,其像的空间分辨率大约为83.3μm。实验结果表明α-石英球面弯曲晶体适合于X射线的背光诊断研究。

用于X射线诊断的晶体布喇格成像系统

为了评估惯性约束聚变实验中激光辐射驱动的对称性和均匀性,分析靶丸的运动过程,设计一种新型诊断单色X射线的弯曲晶体布喇格成像系统,该系统核心部件由色散元件球面弯曲晶体和探测装置组成.利用光线追踪软件对该成像系统进行模拟验证,并搭建了晶体布喇格成像系统进行X射线背光成像测试实验.实验获得了清晰的Cr靶单色X射线背光二维网格信息,石英球面晶体布喇格成像系统空间分辨率为83μm,表明该成像系统可以用于等离子体X射线的背光成像诊断.

激光等离子体X射线能谱诊断

为了诊断激光装置聚爆靶辐射等离子体内部的分布及运动过程,搭建了基于球面弯曲晶体的能谱成像系统。该系统的核心元件为弯曲半径为200mm的石英球面弯曲晶体(1011),利用晶体的晶格结构进行反射,利用弯曲表面实现聚焦。在中国工程物理研究院神光Ⅲ原型激光装置上利用该能谱成像系统首次进行X射线能谱成像实验。IP成像板得到了清晰的高Z元素Au等离子体X射线能谱。能谱信息分析显示,石英球面弯曲晶体得到的能谱分辨率约为1 380,与能谱分辨模型理论值的误差为3.9%。该结果表明石英球面弯曲晶体具有很好能谱分辨能力。

X射线背光成像的实现

为了实现对惯性约束聚变的诊断,获取聚爆过程中高温等离子体X射线能谱信息和内爆靶丸的二维空间分辨信息,利用晶体的布拉格衍射特性设计制作了球面晶体分析器,晶体弯曲半径为125mm。为了验证球面晶体的空间分辨能力,搭建了背光成像平台进行了背光成像实验,石英球面晶体为衍射核心元件,接收装置IP板得到了Cu靶的二维空间分辨信息,基于石英球面晶体的成像平台得到的空间分辨率约为100μm。

Z箍缩装置的单色背光成像

基于晶体布拉格衍射理论,搭建了X射线背光成像系统,核心色散元件为α-石英球面弯曲晶体。在中国工程物理研究院流体物体研究所"阳"加速器上进行了单色X射线背光成像实验,背光源为箍缩负载Al丝阵聚爆产生的激光等离子体X射线,成像物体为厚度100μm的不锈钢网格阵列,接收装置得到Al丝阵聚爆的等离子体X射线2维分辨的空间单色成像,其空间分辨力为75μm。目前实验中采用Al膜作为滤片,对Al的类He跃迁辐射线系都有吸收,得到的背光成像信噪比较小。

激光等离子体X射线成像诊断研究

为了诊断激光等离子体X射线二维空间信息,基于Bragg衍射原理建立了等离子体X射线背光成像系统,其核心元件为石英球面弯曲晶体,弯曲半径为143mm。在中国工程物理研究院神光III原型激光装置上,利用建立的系统,进行了单色X射线背光成像实验,激光聚焦到平面Mg靶中心聚爆产生高温等离子体X射线为背光源,成像物体为15μm×15μm网格阵列,X射线CCD得到了清晰的Mg靶单色X射线二维网格图像。通过对背光图像分析,在7.8mm×2.6mm的视场范围,成像系统得到空间分辨率为5μm。实验结果表明,基于石英球面弯曲晶体的X射线背光成像系统可以用于等离子体X射线诊断研究。