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惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计

曹磊峰 杨祖华 陈纪辉 魏来 范全平 陈勇 张强强 周维民

曹磊峰, 杨祖华, 陈纪辉, 等. 惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
引用本文: 曹磊峰, 杨祖华, 陈纪辉, 等. 惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
Cao Leifeng, Yang Zuhua, Chen Jihui, et al. Conceptual design of soft X-ray online calibration system for ICF[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
Citation: Cao Leifeng, Yang Zuhua, Chen Jihui, et al. Conceptual design of soft X-ray online calibration system for ICF[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202032.200141

惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计

doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
基金项目: 国家重大科技专项项目;国家自然科学基金项目(11375160);国家重大科学仪器设备开发专项项目(2012YQ130125)
详细信息

Conceptual design of soft X-ray online calibration system for ICF

  • 摘要: 长期以来,惯性约束聚变(ICF)研究软X射线诊断科学仪器设备的元器件标定工作主要依赖同步辐射光源X射线辐射计量站进行。该类装置通常与用于开展ICF研究的大型激光装置分处两地,难以满足ICF研究软X射线元器件实时实地的标定应用需求。另外,由于同步辐射和ICF激光等离子体产生的X射线辐射特性存在较大差异,同步辐射计量站的标定结果事实上也不能完全反映元器件在ICF实验应用中的计量响应特性。本文首先介绍一种基于单光学元件的软X射线紧凑型无谐波光源单色化技术,以此为基础提出研制基于ICF激光等离子体X射线源的同源、同几何位形、双束比较校准的多能量通道光源单色化系统,用于ICF应用软X射线元器件的在线标定。新系统一方面可望满足ICF软X射线元器件实时实地的标定应用需求;另一方面,其提供的标定光束的技术特征将最大可能地接近ICF激光等离子体X射线辐射本身。配备相应的X射线二极管(XRD)和标准探测器之后,该系统将形成一套具有在线自校准功能的新型多通道δ能量响应软X射线能谱仪。
  • 图  1  4B7B光束线布局图

    Figure  1.  Layout of beamline 4B7B

    图  2  单光学元件单色仪布局

    Figure  2.  Layout of single-element monochromator

    图  3  掠入射反射Fresnel波带片的构造方法

    Figure  3.  Method to construct a grazing incidence reflection Fresnel zone plate

    图  4  文献[25]中单级衍射光栅的设计方法

    Figure  4.  Method to construct single-order diffraction grating by Kuang Longyu et al[25]

    图  5  从RZP到SRZP的技术实现方法

    Figure  5.  Method to construct SRZP from an RZP

    图  6  SRZP单色仪对黑体辐射谱的能量响应(设计能点500 eV)

    Figure  6.  Energy response of SRZP monochromator to blackbody radiation spectrum(design energy point 500 eV)

    图  7  多层膜(a)SRZP(b)单色仪配合50 μm厚Ti滤片对200 eV黑体辐射谱的能量响应(c)

    Figure  7.  Energy response of multilayer(a) SRZP monochromator combined with 50 μm thick Ti filter(b) to 200 eV blackbody radiation spectrum(c)

    图  8  基于激光等离子体的两条同源全同单能软X射线光束线布局

    Figure  8.  Layout of two whole-same monochromatic soft X-ray beams from a share laser plasma source

    图  9  神光-III原型装置ICF软X射线元器件在线标定系统概念设计图

    Figure  9.  Conceptual design of on-line calibration system for ICF soft X-ray components for Shenguang-III prototype facility

    图  10  神光-III原型装置ICF软X射线元器件在线标定系统各个通道的能谱特性及分辨水平

    Figure  10.  Energy spectrum characteristics and resolution level of each channel of ICF soft X-ray component online calibration system for Shenguang-III prototype facility

    表  1  一款单元件软X射线单色仪的设计参数

    Table  1.   Design parameters of a single optical element soft X-ray monochromator

    selected energy/
    eV
    object distance/
    mm
    image distance/
    mm
    RZP
    size
    grazing incident
    angle/(°)
    exit angle/
    (°)
    source size
    (HHFW)/μm
    slit width/
    μm
    band width
    E/∆E
    500165059650 mm×10 mm1.34.12001001000
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    表  2  神光-III原型装置ICF软X射线元器件在线标定系统能点分布

    Table  2.   Energy channel distribution of ICF soft X-ray component online calibration system for Shenguang-III prototype facility

    channel No.energy /eV
    1#/11# 20
    2#/12# 300
    3#/13# 400
    4#/14# 500
    5#/15# 640
    6#/16# 950
    7#/17# 1500
    8#/18# 2500
    9#/19# 4500
    10#/20# 5000
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-24
  • 修回日期:  2020-07-04
  • 网络出版日期:  2020-07-20

惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计

doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
    基金项目:  国家重大科技专项项目;国家自然科学基金项目(11375160);国家重大科学仪器设备开发专项项目(2012YQ130125)
    作者简介:

    曹磊峰(1967—),男,博士,研究员,从事惯性约束聚变激光等离子体诊断技术研究;leifeng.cao@caep.cn; caoleifeng@sztu.edu.cn

  • 中图分类号: O536;O434.12

摘要: 长期以来,惯性约束聚变(ICF)研究软X射线诊断科学仪器设备的元器件标定工作主要依赖同步辐射光源X射线辐射计量站进行。该类装置通常与用于开展ICF研究的大型激光装置分处两地,难以满足ICF研究软X射线元器件实时实地的标定应用需求。另外,由于同步辐射和ICF激光等离子体产生的X射线辐射特性存在较大差异,同步辐射计量站的标定结果事实上也不能完全反映元器件在ICF实验应用中的计量响应特性。本文首先介绍一种基于单光学元件的软X射线紧凑型无谐波光源单色化技术,以此为基础提出研制基于ICF激光等离子体X射线源的同源、同几何位形、双束比较校准的多能量通道光源单色化系统,用于ICF应用软X射线元器件的在线标定。新系统一方面可望满足ICF软X射线元器件实时实地的标定应用需求;另一方面,其提供的标定光束的技术特征将最大可能地接近ICF激光等离子体X射线辐射本身。配备相应的X射线二极管(XRD)和标准探测器之后,该系统将形成一套具有在线自校准功能的新型多通道δ能量响应软X射线能谱仪。

English Abstract

曹磊峰, 杨祖华, 陈纪辉, 等. 惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
引用本文: 曹磊峰, 杨祖华, 陈纪辉, 等. 惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
Cao Leifeng, Yang Zuhua, Chen Jihui, et al. Conceptual design of soft X-ray online calibration system for ICF[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
Citation: Cao Leifeng, Yang Zuhua, Chen Jihui, et al. Conceptual design of soft X-ray online calibration system for ICF[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
  • ICF实验研究[1-3]涉及大量的X射线辐射测量工作[4-9]。正式实验之前甚至实验过程中,需要对所使用的各类X射线测量仪器设备进行检定,对涉及各种X射线元器件的能量响应特性进行标定(或校准)。譬如,为了准确测量间接驱动惯性约束聚变研究中随时间演化的黑腔辐射场,人们需要对所使用的软X射线能谱仪涉及的包括滤片、X射线二极管(XRD)和反射镜在内的众多X射线元器件的能量响应函数进行逐一校准[10-12]。通常,ICF研究X射线元器件能量响应特性的标定工作需要在同步辐射光源的X射线计量站上进行[10-12]。为了配合国内ICF研究工作,中国工程物理研究院和中国科学院高能物理研究所合作在北京同步辐射装置上先后建立了3B1,3W1B,4B7A和4B7B[13-15]四条专用束线用于ICF研究X射线测量涉及的元器件的标定工作,一定程度上满足了我国ICF研究的应用需求。

    利用同步辐射光源开展ICF研究X射线元器件标定工作存在两个方面的不足:(1)开展ICF研究的大型激光装置(譬如我国的神光系列激光装置)和用于标定的同步辐射光源(譬如我国的北京同步辐射装置)通常分布于不同的地域,基于同步辐射光源开展的服务难以满足ICF研究X射线测量实时实地的标定应用需求;(2)同步辐射X射线源的高频准连续的辐射特性与ICF激光等离子体X射线源的单次、强流脉冲辐射特性存在较大的技术参数差异[16-17]。这种技术参数特性的差异是否会对X射线元器件的标定结果的置信水平带来影响尚不清楚,但是由于缺乏必要的实验技术手段这种可能的技术影响并未通过认真的实验评估。

    前期研究中,作者研制了一种新的软X射线色散聚焦元件:掠入射单级聚焦波带片,它可以从连续谱光源中挑选出某特定波长的X射线并对其实现点对点成像[18-20]。利用这种元件,配合使用与光源满足设定物像关系的针孔或者狭缝可以研发基于单个光学元件的紧凑型(固定能点)软X射线无谐波单色仪,从而从ICF激光等离子体光源中获取设定能点的单色光束。采用同样技术参数复制另外一台与之全同的单色仪排布于与前一台单色仪对称的位置,将可以获得两束技术参数一致的全同X射线单色光束。两条光束线互为标准将可以用于X射线元器件的(在该设定能点)标定。对ICF激光等离子体软X射线光谱离散抽样,再针对抽样能点分别研制全同的单色X射线束线对,将可望实现ICF研究X射线元器件的在线标定,从而解决前述同步辐射标定技术现存的两个技术缺憾问题。

    本文针对神光III原型激光装置技术参数[21],设计了一套10能点20通道的ICF研究软X射线元器件在线标定系统。该系统未来可望实现ICF软X射线元器件在这10个能点的标定。另外,为本系统配套10个标准探测器和10个XRD的情况下,该系统将构成一套具有在线自校准功能的、具有δ能量响应特征的10通道软X射线能谱仪。这套能谱仪一方面其元器件无需再送到同步辐射计量站校准,另一方面,由于各能量通道均为δ能量响应,其获得的测量数据将直接反映激光等离子体辐射的(随时间演化的)软X射线能谱,不再需要传统ICF应用多通道软X射线能谱仪(Dante谱仪)所需的复杂的解谱过程[22-23]

    • 同步辐射软X射线计量站所采用的光源单色化系统通常复杂而且昂贵。以北京同步辐射4B7B光束线(图1)为例[13],系统包含一块承载高通量热负载、需要配备真空水冷系统的大口径软X射线超环面反射镜(TM1),构成单色仪部分的一块球面软X射线反射镜(SM)、一块软X射线平面反射镜PM、(多块可切换)反射式软X射线衍射光栅(grating)和一块后端面向用户的软X射线超环面反射镜(TM2)。其中光栅要配备具有平移和旋转功能的精密真空机械的调节系统以确保光束线可输出指定能点的单能X射线光束。

      图  1  4B7B光束线布局图

      Figure 1.  Layout of beamline 4B7B

      另外,由于传统的衍射光栅是一种多级衍射元件,因而,采用类似4B7B光束线的单色化技术的所有同步辐射软X射线单能光束线无一例外地存在高次谐波组分。高次谐波的存在对X射线计量学和ICF软X射线元器件的标定应用显然会带来严重的负面影响。为了克服相关影响,人们需要在光束线中插入特殊设计的谐波抑制系统。在北京同步辐射4B7B束线中,为了确保在工作能区的谐波被有效抑制,采用了四组四平面镜谐波抑制系统插入图1的光束线布局当中[24]。这四组四平面镜谐波抑制系统共需16块分四组镀不同材料膜层的大口径软X射线平面反射镜。谐波抑制系统的介入进一步增加了光束线的结构复杂性和应用成本。

      为了研发装备于ICF研究激光装置的软X射线光源单色化系统,本研究采用基于单光学元件的光源单色化技术,如图2所示,单色仪仅由一个软X射线掠入射反射单级聚焦波带片(Single-order RZP,简称为SRZP)和一个限光狭缝构成。这里的软X射线SRZP兼具色散、聚焦和抑制高次谐波的功能。这种特殊设计的SRZP和限光狭缝相配合可以从连续谱X射线光源中挑选形成指定能点的单能X射线光束。与同步辐射计量站通常采用的光源单色化系统相比,光源单色化系统结构紧凑、建设成本低,同时具有高得多的从连续谱光源到单能光束的转化效率。

      图  2  单光学元件单色仪布局

      Figure 2.  Layout of single-element monochromator

      下文将分步骤介绍SRZP、基于SRZP的软X射线无谐波单色仪以及ICF软X射线元器件在线标定系统的设计方法和技术实现途径。

    • 掠入射反射Fresnel波带片(RZP)最早在1993年由Basov等人提出[24]。按照文献[20]给出的技术途径,图3诠释了这种波带片的构造方法。如所周知,旋转椭球面是一种理想的点对点反射成像曲面。基于这种考虑,以成像系统的物点和像点为基准可以勾画出无穷多不同长短轴的椭圆

      图  3  掠入射反射Fresnel波带片的构造方法

      Figure 3.  Method to construct a grazing incidence reflection Fresnel zone plate

      $$ {x^2} = a_i^2 + {y^2}/b_i^2 = 1$$ (1)

      式中:ai是这些椭圆的半长轴;bi是这些椭圆的短半轴;c2ai2bi2c是椭圆的2倍焦距。将这些椭圆围绕其共同的长轴旋转将可以形成一系列相应的可实现物像理想点对点成像的旋转椭球面。

      考虑光源的波长为λ,使anc/2(n为正整数),可以勾画出一系列的椭球面边界从而划分出一系列的椭圆面区域。为了实现色散功能,我们可以将前述系列曲面按照这些边界(图3(a))进行区分、并分别定义这些区间内曲面的反射率使其分别等于1或者等于0(图3(b))。随后沿图3(a)图3(b)左下角黄线所代表的平面对前述定义的椭球面系列进行斜切,即形成图3(c)所示的RZP。RZP对软X射线兼具色散和聚焦的功能,其工作原理参见文献[20]。沿图3(a)中任意与长轴垂直的平面对前述定义曲面系列正切将均可形成标准的传统波带片(FZP,图3(d))。从图3中可以看出,RZP的环带宽度比FZP要大很多倍,因而更易于加工制造。

      如所周知,基于FZP的衍射聚焦可以实现单能X射线的傍轴点对点成像;而从图3(c)可以看出,基于RZP的衍射聚焦则可以实现单能X射线的离轴点对点成像。需要特别说明的是,对于FZP傍轴成像而言,波带片的零级衍射将叠加于像点造成不利影响;而对利用RZP的成像系统来说,由于其零级衍射与一级聚焦不在同一个方向,因而RZP零级衍射对成像造成的这种不利影响可以被有效规避。

      RZP的设计和技术实现中,需要考虑镀膜材料和掠入射角的选择。为了确保RZP有效工作,需要保证软X射线到RZP的掠入射角全部限制在小于镀膜材料镜面的全反射角。对于硅基底镀金薄膜的软X射线反射光学元件而言,其全反射角一般小于4°。

    • 按照图2的布局,利用RZP配合限光狭缝将可以构成一个结构紧凑的软X射线单色仪。原因是我们设计的RZP仅针对某一指定波长λ,因而仅有波长为λ的软X射线才满足图2所示的物像关系,从光源发出的光才能顺利的穿过狭缝。而其他不同波长的X射线将因物像关系不匹配从而被狭缝遮挡。但是需要说明的是,同衍射光栅和FZP一样,这里的RZP也是一种多级衍射元件,除了具有0级、1级衍射而外,同时也具有2级、3级……等高级衍射。只是由于这些高级衍射不能在图中的狭缝处有效聚焦,因而也无法有效地穿过狭缝。但是,如果图2中的X射线源如果含有有波长为λ/2,λ/3……等高次谐波的X射线的组分,这些高次谐波相应的2级、3级……等高级衍射将会和波长λ的1级衍射一样满足图2所示的物像关系,也能够顺利穿过狭缝。换句话说,图2的单色仪如果用RZP做光学元件,获得的单能光束同样地存在高次谐波问题。

      前期研究中[25-31],我们提出了利用二值化正弦函数替代方波函数实现X射线单级衍射光栅和单级聚焦波带片的技术方法,在实践中取得了良好的应用效果。文献[25]给出的设计方法加工难度相对更小一些,相对更容易实现:将光栅透明狭缝或波带片透明环带截成小段、左右错位构造二值化正弦函数(图4)。图4中,在黑白透射光栅基础上,将透光狭缝划分成许多小矩形孔,矩形孔中心在原中心的±d/4以内呈正弦分布函数分布,其中d为光栅周期,则将透过率函数沿y轴积分可以得到沿x轴的正弦透过率函数。准正弦光栅可以把高级衍射抑制到1级衍射的0.6%及以下的水平[25-29]

      图  4  文献[25]中单级衍射光栅的设计方法

      Figure 4.  Method to construct single-order diffraction grating by Kuang Longyu et al[25]

      利用文献[25]的方法改进RZP的设计,可以有效地抑制高级衍射,使之形成单级聚焦RZP(SRZP)。将RZP的无反射环带(黑色)或反射环带(白色)截断切割成横向尺寸不一的足够多的小段,使每小段沿当前环带周期内的中心椭圆线法线按照正弦函数进行准随机排布,即可实现SRZP的新型结构设计(图5)。

      图  5  从RZP到SRZP的技术实现方法

      Figure 5.  Method to construct SRZP from an RZP

      图6给出硅基底镀金SRZP应用于图2单色仪的一个设计仿真计算结果,有关参数参见表1。这个算例中,单色仪的输入X射线源假设为激光等离子体产生的黑体辐射软X射线源,响应的辐射温度设为200 eV。图6给出的单色仪输出能谱中看不到对应能点为1.0,1.5 keV的高次谐波组分,这说明我们设计的单光学元件单色仪可以有效地抑制高次谐波。

      表 1  一款单元件软X射线单色仪的设计参数

      Table 1.  Design parameters of a single optical element soft X-ray monochromator

      selected energy/
      eV
      object distance/
      mm
      image distance/
      mm
      RZP
      size
      grazing incident
      angle/(°)
      exit angle/
      (°)
      source size
      (HHFW)/μm
      slit width/
      μm
      band width
      E/∆E
      500165059650 mm×10 mm1.34.12001001000

      图  6  SRZP单色仪对黑体辐射谱的能量响应(设计能点500 eV)

      Figure 6.  Energy response of SRZP monochromator to blackbody radiation spectrum(design energy point 500 eV)

    • 通常而言,单层镀膜X射线反射元件仅应用于非常软的X射线(光子能量小于2 keV)。ICF研究黑腔等离子体软X射线能谱测量中,人们关心的能区通常会延伸到5 keV或者更高(甚至达到10~20 keV的水平)。这时人们需要用晶体或者多层膜(多层膜又被称为一维人造晶体)。由于多层膜自身具有色散或波长选择功能,利用多层膜制作的SRZP将性能更好。引入多层膜技术制作的SRZP一方面可以将图2所示的单色仪设计技术向更高的能区扩展,另一方面,可以更有效地抑制SRZP随机结构导致的其他波长X射线的杂散光本底,其能量响应曲线将更加税利,背景更弱。关于多层膜单级衍射光栅的最新研究参见文献[32]。

      图7(a)给出针对5 keV能点设计的C-B多层膜在表1几何位形情形下的能谱响应特性;图7(b)给出的是50 μm厚Ti滤片的能谱响应特性。图7(c)给出针对5 keV能点设计的多层膜SRZP单色仪对200 eV黑体辐射谱的能量响应曲线。从图6(a)可以看出,200 eV黑体辐射谱中,光子能量在2 keV以下的X射线辐射成分几乎可以理解为绝对主导成分,更高光子能量的X射线辐射在这个黑体辐射谱中含量极少。5 keV能点的X射线辐射份额较之亚keV X射线的占比更是要低5个数量级以上。为了抑制低能X射线给单色仪带来的噪声本底,图7所示的多层膜SRZP单色仪还配合使用了50 μm厚的Ti滤片(图7(b))。

      图  7  多层膜(a)SRZP(b)单色仪配合50 μm厚Ti滤片对200 eV黑体辐射谱的能量响应(c)

      Figure 7.  Energy response of multilayer(a) SRZP monochromator combined with 50 μm thick Ti filter(b) to 200 eV blackbody radiation spectrum(c)

    • 利用SRZP或者多层膜RZP采用图2布局构成的软X射线无谐波单色仪结构紧凑,可望安装于大型激光聚变装置,从激光等离子体X射线辐射源中获取指定波长的软X射线单能光束。利用这样的光束可以实现ICF研究中软X射线元器件的标定工作。与同步辐射X射线不同,ICF激光等离子体X射线源具有强流单脉冲的技术特性。通常而言,ICF实验激光打靶的实验参数发与发之间具有独立性,彼此难以完全重复。因此要实现ICF研究中软X射线元器件的标定工作,仅有一束单能X射线是不够的。完成这些元器件在某一能点的能量响应标定工作需要两束全同光束。这种全同光束可以采用图8(a)所示的结构布局来实现。图8(a)中两条光束的几何位形、光学元件和限光狭缝均完全一致。从技术实现的层面上,我们可以设计一个横断面为如图8(b)所示的正多边形锥,将图8(a)所示的两条束线装配于正多边形椎体的任意两个镜像对称的面上以确保两者之间几何位形一致。图8(b)的其他锥面可以装配其他不同能点的单能束线对,以实现更多能点的标定。

      图  8  基于激光等离子体的两条同源全同单能软X射线光束线布局

      Figure 8.  Layout of two whole-same monochromatic soft X-ray beams from a share laser plasma source

      图9给出针对神光-III原型装置设计的一套ICF软X射线元器件10能点20通道标定系统(表2)概念设计。这个系统中,各个通道的单能束线统一采用表1中的几何参数和结构位形。该标定系统主要包括模拟靶组件、锥形筒组件、波纹管法兰组件、二十面锥体组件和狭缝安装组件等22个组件。该系统可事先利用其他的激光等离子体X射线源进行线下安装和集成调试,完成后可整体搬运、安装并应用于神光激光装置中。应用中成对的指定能点单能束线可以互为标准,用于开展软X射线元器件的标定工作。举例说明,人们可以首先用两套标准探测器完成1#和11#能量通道的能量响应关系,这可通过一次激光打靶完成对标;随后,在1#通道安装待标定元件、11#通道仍采用标准探测器的情况下,利用第二次打靶完成对光学元件在20 eV能点的绝对标定。

      表 2  神光-III原型装置ICF软X射线元器件在线标定系统能点分布

      Table 2.  Energy channel distribution of ICF soft X-ray component online calibration system for Shenguang-III prototype facility

      channel No.energy /eV
      1#/11# 20
      2#/12# 300
      3#/13# 400
      4#/14# 500
      5#/15# 640
      6#/16# 950
      7#/17# 1500
      8#/18# 2500
      9#/19# 4500
      10#/20# 5000

      图  9  神光-III原型装置ICF软X射线元器件在线标定系统概念设计图

      Figure 9.  Conceptual design of on-line calibration system for ICF soft X-ray components for Shenguang-III prototype facility

      图10(a)给出设计的神光-III原型装置ICF软X射线元器件在线标定系统10个能量通道单能束线的光谱特征曲线。图10(b)给出了利用X-LAB软件[31]仿真计算诠释的系统单能束线的谱分辨能力。图10(b)表明,系统的各条束线的光谱分辨E/∆E均大于1 000。

      图  10  神光-III原型装置ICF软X射线元器件在线标定系统各个通道的能谱特性及分辨水平

      Figure 10.  Energy spectrum characteristics and resolution level of each channel of ICF soft X-ray component online calibration system for Shenguang-III prototype facility

      图9所示的在线标定系统中,如果将1#~10#通道配备普通的XRD,11#~20#通道安装标准探测器,该系统将构成一套在线自校准的10通道δ能量响应软X射线能谱仪。利用该套能谱仪将可以直接获得激光等离子体随时间演化的软X射线能谱。与传统的Dante谱仪不同,这套谱仪测量激光等离子体软X射线光谱将大幅度降低其应用成本。该谱仪无需送往同步辐射计量站校准,一次性直接获得激光等离子体软X射线经过绝对校准的、无须解谱的、随时间演化的能谱。

      作为比较,利用传统的10通道Dante谱仪获取类似数据的过程将非常复杂:首先需要将10种不同的X射线滤片、10块不同的反射镜和10个XRD送往同步辐射计量站分别标定;完成后送回ICF实验现场重新组装调试,确保可以有效获得实验数据;ICF实验获得相应的测量数据之后,需要基于前述标定结果采用精心开发的反演程序对测量谱解谱。

    • 本文基于单光学元件SRZP的紧凑型无谐波光源单色化技术为神光III原型装置,设计了一套双束比较工作模式的ICF软X射线元器件在线标定系统。该系统由2×10条不同指定能点的同源软X射线无谐波单能束线构成。采用的输入X射线源来自于神光III装置自已产生的激光等离子体软X射线,从而可满足神光III原型装置ICF软X射线元器件实时实地标定应用的需求。同时,由于和ICF研究应用环境同源,该系统可望提供较同步辐射计量站更符合应用需求的标定结果。如果在该系统的10个不同指定能点的能量通道配备XRD,且在另外10个通道配备标准能量探测器,将构成一套使用方便、具有在线自校准功能的10通道δ能量响应软X射线能谱仪。与传统的Dante谱仪相比,新谱仪具有应用环境实时实地的自校准的功能,使用前不再需要拆解送往同步辐射计量站校准,在大幅度节约使用成本的同时可显著提升ICF研究黑腔辐射软X射线辐射能谱的测量置信水平。

参考文献 (32)

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