姚实颖[1]2003年在《基于620～6200—eV能区X射线探测的双通道椭圆弯晶谱仪的研究》文中进行了进一步梳理惯性约束核聚变（ICF）中，激光等离子体发射的X射线谱中包含着十分丰富的信息，是研究等离子体形成、发展并进行状态诊断的有力工具之一，具有非常重要的意义。本文阐述了利用X射线谱进行激光等离子体诊断和国家863军口主题研制用于探测0.2~2nm波长范围的X射线谱的双通道椭圆弯晶谱仪的重大意义。本论文主要利用X射线受晶体衍射的基本理论，对整个双通道椭圆弯晶谱仪的结构设计进行研究。该谱仪具有以下几个特点：① 属于聚焦型弯晶谱仪。它的基本原理是从椭圆的一个焦点射出的光线经椭圆面反射必会聚于另一焦点上。椭圆柱面的前焦线上是射线源，晶体固定在一个椭圆基底上，其表面构成一椭圆柱面，X射线经晶体衍射后会聚于后焦线上。后焦线处置一狭缝，通过狭缝的射线投射到探测面上被记录下来；② 分辨率高；③ 双通道同时完成X射线衍射的时间分辨和空间分辨；④ 操作灵活，方便装卸。本论文首先讨论了X射线受晶体衍射的基本理论以及晶体谱仪在X射线探测中的应用，利用聚焦型弯晶谱仪在进行X射线探测中应用的突出优点，加以改进，采用椭圆弯晶结构，大大提高了谱仪的分辨率。接下来，本文根据经典光谱仪器的基本理论，着重讨论了双通道椭圆弯晶谱仪的基本原理，及其基本组成和基本特性，并从X射线波长在探测圆上的弥散度、光度参数与探测角之间的关系、狭缝宽度等方面对谱仪的精度和分辨率的影响作了一定的分析，并提出了解决问题的办法。最后，论文从双通道椭圆弯晶谱仪的总体设计、光学系统（包括色散系统、成像系统、接收记录系统）的设计和典型机械结构的设计等方面对整个谱仪的结构设计都加以了分析和讨论，并给出了整个谱仪的总体装配图和瞄准对中方案。特别设计的双通道光路系统，满足了同时获得X射线衍射的时间分辨和空间分辨的信息，大大地节约了获得和研究激光等离子体中X射线特征的时间和成本。目前，该谱仪的设计及加工制造都已完成，将于2003年6月在上海"神光II号"靶室进行打靶实验，获取激光等离子体X射线的实验数据，并进行数据分析，获得实验结果，其主要用于与核物理相关的基础性课题的研究
肖沙里[2]2004年在《用于激光等离子体X射线诊断的椭圆弯晶谱仪研究》文中进行了进一步梳理在激光惯性约束核聚变(ICF)中，激光等离子体发射的X射线谱中包含了丰富的信息。在极紫外、X射线发射激光、连续高阶谱产生中，激光作用的X射线谱研究是很重要的课题，其潜在运用是X射线光源、逆光小球聚爆等。定量分析千电子伏(KeV)范围X射线光谱是用来获得电子温度、密度、离化态和等离子体速度的信息，同样它的谱特征也用作其它用途。在惯性约束聚变中激光等离子体发射的X射线包含了大量信息。通过不同的晶体谱仪，可以获取离子温度、密度的信息。为了获取这些有用的信息，基于椭圆几何学的原理，我们设计研制了620～6200 ev能区X射线椭圆弯曲晶体谱仪。 椭圆晶体谱仪的光学系统设计利用了椭圆聚焦几何理论。其基本原理是从椭圆的一个焦点射出的光线经椭圆面反射必会聚于另一焦点上，椭圆柱面的前焦点上是射线源，晶体弯曲固定在一个椭圆基底上，其表面构成椭圆柱面，射线源发出的X射线经晶体衍射后会聚于后焦线上，后焦线处放置一狭缝，通过狭缝的射线投射到探测面上被记录下来。 在本论文中我们介绍了用于在激光聚变实验室等离子体诊断的椭圆弯曲晶体谱仪的理论分析，利用物理模型验算了弯曲晶体的衍射性质。并介绍了双通道椭圆弯晶谱仪的光学系统的基本组成和特性参数。在椭圆弯晶分析器的参数选择及制造工艺方面进行了探索性的研究。 论述了激光等离子体X射线产生机理和X射线晶体衍射的理论基础，通过应用于X射线诊断的平晶谱仪、凸晶谱仪和凹面弯晶谱仪的基本光学特性比较，给出椭圆面弯晶谱仪的优点。分析了几种晶体特性参数对衍射质量的影响。论文介绍了谱仪的结构设计基本组成。提出将上下两个通道的分光晶体作为整体进行调整。通过两种瞄准对中方案的比较，得到更优的方案。从波长沿探测圆的弥散度、光度参数dβ／dx与散射角β的关系、以及影响分辨率的谱线位置误差三个方面对影响谱仪摄谱精度的因素进行了深入分析。 我们研制的椭圆弯晶谱仪装备在上海神光以及绵阳星光激光装置上。同光栅谱仪相比较，晶体谱仪使用简单方便，有较高的收集效率以及较好的分辨能力。在0.2～2nm谱范围内用不同的2d值晶体分析器来获取光谱信息。文中分析了椭圆弯晶分析器的分光原理及系统设计方案。 在打靶实验前，利用谱仪自带真空系统对谱仪进行了真空实验，证明谱仪内部真空度可以达到6×10~(-3)Pa的真空度，满足条纹相机的工作要求；利用模拟点光源进行了谱仪的瞄准对中实验，证明瞄准对中方案切实有效、方便快捷，达到靶重庆大学博士学位论文室的应用要求。 为了决定X射线的产额，我们需要精确的测量各种源的X射线产出量。光谱的变化不仅仅是由靶的材料而且也与激光参数如波长、脉冲能量、聚焦特性等相关。利用弯曲的KAP、PET、LIF、Mica晶体分析器，谱仪记录了相对激光中心轴90度和相对于靶45度的光谱信息。普林斯登公司的v盯sArray 1 3 ooF cCD被用来作为高分辨的探测器，探测器采用前向照明的CCD芯片，在探测的光谱范围内具有很好的探测灵敏度。为获取这些范围光谱信息，CCD直接存储的实验数据格式可以马上进行实验结果分析，而不像胶片记录方式那样繁琐，通过微密度计处理来获取信息。这是利用CCD的一大优点。 实验打靶是在神光和星光激光装置上进行的，等离子体由波长为35Inm的泵浦激光束垂直照射盘靶产生。浦泵激光束通过蝇眼透镜阵列进行光束匀滑。匀滑后的激光在靶面的最大功率密度为1.6*10’4w/clnZ。所用靶型主要有An盘靶、Al盘靶和Ti盘靶。实验结果其分辨率为0.oonlun。
熊先才[3]2004年在《双通道椭圆弯晶谱仪的基础理论及实验研究》文中指出在惯性约束聚变(ICF)实验研究中，激光打靶产生的高温等离子体包含着十分丰富的信息，如电子的温度、密度和离化度等。为了诊断激光等离子体在空间上的分布和在时间上的演变过程，就必须发展具有X射线能谱分辨、空间分辨和时间分辨的关键诊断技术。在国家863高技术项目(No．863-804-3)的资助下，成功研制出国内首台双通道椭圆弯晶谱仪，并在神光Ⅱ和星光Ⅱ高功率激光装置上进行了实验研究。 从晶体对X射线的衍射原理出发，分析了当测量短波段的激光等离子体X射线时，应采用晶体作分光元件，晶体覆盖的布拉格角应在5～70°之间。因此，选择LiF、PET、Mica和KAP四种晶体作为双通道椭圆弯晶谱仪的分光元件，晶体覆盖的布拉格角为30～67.5°，用于测量0.2～2nm波段范围内的激光等离子体X射线。 研究了双通道椭圆弯晶谱仪传递效率的影响因子。其中，前置柱面镜的反射率与镀膜材料、掠入射角和X射线波长有关，随X射线波长增大而增大，波长越短，反射率下降得越快。根据镶嵌晶体模型理论，研究了分光晶体的积分反射系数。根据朗伯—比尔定律，研究了滤光膜的透射率与其密度、厚度和X射线波长之间的关系，它随X射线波长增大而减小，尤其是对长波长X射线衰减得相当厉害。根据椭圆的几何关系，研究了光谱相对孔径与椭圆的离心率和谱线探测角之间的关系，它随X射线波长增大而减小。以KAP晶体为例，计算了谱仪的传递效率。 从X射线衍射的布拉格公式出发，研究了双通道椭圆弯晶谱仪的角色散率，它取决于晶格常数和布拉格角，随布拉格角增大而增大，随晶格常数增大而减小。研究了用X射线胶片相机和CCD相机探测谱线时的线色散率。其中，当采用X射线胶片相机记录光谱时，线色散率取决于胶片暗盒的半径、椭圆的离心率、晶格常数和谱线探测角，它随谱线探测角增大而增大，随晶格常数增大而减小；当采用X射线CCD相机记录光谱时，线色散率取决于狭缝到CCD阴极面的距离、椭圆的离心率、晶格常数和谱线探测角，它随晶格常数的增大而减小，随谱线探测角增大是先减小而后增大，在谱线探测角为75°时最小。研究了谱仪的理论分辨率，它主要取决于晶体本身的分辨率，随布拉格角增大而提高。研究了瞄准对中误差在光谱探测器上引起的谱线位置误差，其中在椭圆短轴方向上的对中误差引起的谱线位置误差最大。 根据椭圆自聚焦几何光学的原理进行了光路设计，将分光晶体弯曲成椭圆形，重庆大学博士学位论文光源位于椭圆的第一个焦点上，出射狭缝位于椭圆的第二个焦点上，椭圆的离心率为0.9586，椭圆的焦距为135伽旧nl，这样设计的光路不但有自聚焦的能力，而且还有等光程的特点。通过将两个椭圆弯晶分析器进行上下对称和前后错开布置，这样可以减小入射光线的通光口径，并能减小谱仪的尺寸和减轻谱仪的重量。给出了椭圆弯晶基底的设计参数，制作了椭圆弯晶分析器，还设计了两种瞄准对中方案。 在双通道椭圆弯晶谱仪研制完成之后，在神光11和星光n高功率激光装置上进行了打靶实验，以考核谱仪的性能。 本文研究表明:在前置柱面镜镀金膜和掠入射角为3.70的情况下，在波长为2.43nm处的X射线反射率仅为39.2%;当波长小于0.7nm时，X射线的反射率低于1%。因此，应在谱仪的光路中取消前置柱面镜。滤光膜对长波长X射线的透射率很低，厚度为20卿的被膜对波长大于1.60nln的X射线的透射率低于0.93%，所以在用Mica和KAP晶体作分光元件时，不应该使用钗膜。在神光n和星光11激光装置上的实验结果说明利用LIF、Mica、PET和KAP四种椭圆弯晶分析器作分光元件，用X射线CCD相机能成功地测量激光等离子体X射线的发射谱，经过解谱得到的激光等离子体x射线波长的自恰性较好，与R.L.Kelly得到的实验数据相比，最大波长误差在士0.00llnn以内，且最高光谱分辨率达到了1 173，超过了设计时的技术指标。研制成功的国内第一台双通道椭圆弯晶谱仪对我国开展ICF实验研究具有重要的国防意义，有自主知识产权，填补了我国在该诊断仪器领域中的空白，并具有国际先进水平。关键词:晶体谱仪，X射线诊断，光谱测量，惯性约束聚变，激光等离子体
高洁[4]2004年在《双通道椭圆弯晶谱议的设计及实验研究》文中指出惯性约束核聚变中应用X射线谱进行激光等离子体诊断,可以获取电子温度、电子密度和平均离化度等重要信息,具有重要意义。查阅国内外X射线探测谱仪的研究现状,提出了一种新型的用于激光等离子体X射线诊断的聚焦型椭圆弯晶谱仪的设计方案,利用KAP、LiF、MiCa和PET四种晶体分析0.2nm~2nm范围内的高能X射线,采用两个光路通道同时进行时间分辨测量和空间分辨测量,时间通道采用胶片或X-CCD记录,空间通道采用条纹相机记录。本文论述了激光等离子体X射线产生机制和X射线晶体衍射的理论基础,通过应用于X射线诊断的平晶谱仪、凸晶谱仪和凹面弯晶谱仪的基本光学特性比较,得出椭圆面弯晶谱仪的优点。分析了几个晶体特性参数对衍射质量的影响。利用椭圆聚焦几何原理及其特点进行了谱仪的光学系统设计。基本原理是从椭圆的一个焦点射出的光线经椭圆面反射必会聚于另一焦点上,椭圆柱面的前焦线上是射线源,晶体弯曲固定在一个椭圆基底上,其表面构成椭圆柱面,X射线经晶体衍射后会聚于后焦线上,后焦线处置一狭缝,通过狭缝的射线投射到探测面上被记录下来。介绍了双通道椭圆弯晶谱仪的光学系统的基本组成和特性参数。在椭圆弯晶分析器的参数选择及制造工艺方面进行了探索性的研究。详细介绍了谱仪的结构设计基本组成。提出将上下两个通道的分光晶体作为整体进行调整。通过两种瞄准对中方案的比较,得到更优的方案。从波长沿探测圆的弥散度、光度参数dβ/dχ与散射角β的关系、以及影响分辨率的谱线位置误差三个方面对影响谱仪摄谱精度的因素进行了深入分析。在打靶实验前,利用谱仪自带真空系统对谱仪进行了真空实验,证明谱仪内部真空度可以达到10-3Pa的真空度,满足条纹相机的工作要求;利用模拟点光源进行了谱仪的瞄准对中实验,证明瞄准对中方案切实有效、方便快捷,达到靶室的应用要求。最后,在上海神光靶室和绵阳星光靶室上进行了高能激光打靶实验,利用X-CCD成功获取了0.2nm～2nm范围内的X射线谱。最高光谱分辨率可以达到0.0011nm。进一步的工作将针对提高谱仪光谱分辨率和进行时间分辨通道的实验研究进行。
熊先才, 钟先信, 肖沙里, 杨国洪, 高洁[5]2004年在《用于诊断激光等离子体X射线的椭圆弯晶谱仪》文中进行了进一步梳理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。
钱凤[6]2013年在《用于激光等离子体硬X射线诊断的透射式弯晶谱仪研究》文中提出受控热核聚变可以为人类带来持久且清洁的能源，是世界科学研究的一个重点，激光惯性约束聚变(ICF)是它实现的一个有效途径。有望实现激光惯性约束聚变的方式有很多，其中“快点火”模型显示出了很多优势并迅速成为一个研究热点。激光等离子体相互作用产生的超热电子对热核材料的点燃非常重要，因此对超热电子的研究具有非常重大的意义。激光等离子体辐射出来的轫致辐射谱中含有很多超热电子的信息，因此可以通过对轫致辐射能谱的诊断推导出超热电子的行为特性。在K壳层光谱诊断技术中，需要测量的谱线能量通常都在几十keV范围，通过这些硬X光谱诊断可以理解超强激光脉冲产生等离子体中的激光能量分布，电离分布以及X射线转化效率等。随着国内各种激光装置的不断建造和升级，对硬X射线诊断变得越来越重要。与其他诊断方式（如单光子计数型CCD）相比，透射式弯晶谱仪具有测谱范围宽、分辨能力高等优点，目前已广泛运用于强激光等离子体相互作用产生的硬X射线测量当中。本文将根据星光Ⅲ激光装置实验对硬X射线能谱诊断的需要设计和研制一台透射式弯晶谱仪。以下是本文主要内容：首先介绍了透射式弯晶谱仪的基本理论。包括晶体的X射线衍射理论，透射式弯晶谱仪的基本原理和结构组成等。透射式弯谱仪采用的是Cauchois-Johann型结构，属于聚焦型光谱仪器。谱线在罗兰圆上聚焦，因此谱仪的探测面通常置于晶体后晶体曲率半径R处。其次，利用谱仪的几何光学结构对谱仪的各个设计性能参数进行了分析研究。分析了谱仪使用的分光晶体的晶格常数，晶体曲率半径，以及光源到晶体的距离对测谱范围和分辨能力的影响情况。研究了探测器位置，光源尺寸和探测器有效空间分辨对能谱分辨能力的影响。探讨了引起探测面上谱线偏移的原因。这些理论分析对透射式弯晶谱仪的系统设计和研制提供了理论指导，奠定了基础。然后，根据理论分析方法，结合激光装置的实际情况对透射式弯晶谱仪进行具体设计，包括光学设计和机械结构设计。本文将透射式弯晶谱仪分为分光系统，探测记录系统和瞄准对中系统叁个系统分别进行设计。给出了各个系统内各元件的选择原因。研制完成的透射式弯晶谱仪可以实现12～60keV范围的硬X射线能谱测量，在低能段的能谱分辨能力E/ΔE≥300。谱仪可以实现真空中实时在线的瞄准和测量。瞄准光源是通过一个真空光纤激光系统将靶室外的光束引入真空靶室内部。最后利用阳极为Mo的X射线管实验和500TW激光装置实验对研制的谱仪进行测试。对实验结果进行了分析，结果表明谱仪对能量在20keV以下的谱线的分辨能力E/ΔE≥377，满足设计要求。同时也证明了瞄准对中系统设计的合理性和正确性。
朱岗[7]2006年在《双通道椭圆弯晶谱仪摄谱技术与实验研究》文中指出在惯性约束聚变(ICF)实验研究中，激光打靶会产生高温等离子体。要真实的了解高温等离子体的内部状态及变化过程，就必须通过一定的实验手段对等离子体中电子温度、密度、电离分布、电流和电磁场的时空分布以及输运、波动和不稳定性等状态参数进行实验测量，即等离子体诊断。为了诊断激光等离子体在空间上的分布和在时间上的演变过程，就必须发展具有X射线空间分辨和时间分辨的关键诊断技术。在国家863高技术项目(No.863-804-3)的资助下，成功研制出国内首台双通道椭圆弯晶谱仪，并在“神光—Ⅱ”和“星光—Ⅱ”高功率激光装置上进行了激光打靶实验研究。从晶体对X射线的衍射原理出发，分析了影响X线衍射方向与强度的因素。双通道椭圆弯晶谱仪的基本原理是从椭圆前焦点发出的X射线被椭圆弯晶分析器衍射后聚焦于椭圆的后焦点，通过在后焦点设置一狭缝，利用在狭缝后的探测器来接收谱线。为了使弯晶谱仪能够测量波长范围在0.2～2nm之间的激光等离子体X射线，并结合分光晶体的选择要求与原则，确定利用LiF、PET、Mica和KAP四种晶体作为双通道椭圆弯晶谱仪的分光元件，晶体覆盖的布拉格角为30～67.5°。本文重点针对在激光打靶实验中出现的两种情况：厚度为1mm表面经过研磨、抛光处理的氟化锂弯晶分析器未能获得谱线及丹巴天然云母弯晶分析器获得的谱线之间出现相互混迭、扭曲现象开展了深入的研究。由于激光打靶实验是否成功主要决定于弯晶分析器的制作，而对弯晶分析器的检测以前没有先例，本文创新地提出了利用岛津XRD-6000型平晶衍射仪对椭圆弯晶分析器进行检测，并提出了在平晶衍射仪上对弯晶分析器进行检测所必需满足的条件。制作弯晶分析器首先要对平面分光晶体的衍射特性进行检测。通过检测发现厚度为1mm表面经过研磨、抛光的氟化锂分光晶体最大衍射强度只有7000CPS，因此不适合作为分光晶体。为了提高其衍射强度，结合特殊处理对晶体性能的影响理论，对氟化锂晶体进行了研磨、煅烧、清洗等一些列实验。通过实验表明，采用600#SiC金相砂对氟化锂分光晶体进行研磨对其衍射强度的提高最明显，但是研磨表面的一致性对衍射强度的提高影响很大，对大块晶体不易操作。最后决定采用金刚砂(3FeO．Al_2O_3．3S_iO_2)磨粒进行研磨，这样既能提高衍射强度，又能保证大块分光晶体衍射强度提高的一致性。通过X射线衍射特性实验，发现采用丹巴天然云母不能获取理想谱线的原因是云母自身出现的多级衍射以及晶体存在的缺陷和吸附。对印度云母的X射线衍射特性实验还表明印度云母对X射线的衍射具有很强的方向性，越偏离这个方向，衍射强度越低。另外，新获得的云母还必须进行重新解理，才能保证获得满意的衍射强度。在完成了平面晶体的X射线衍射特性实验以后，分别重新制作了氟化锂、印度云母和雅安云母弯晶分析器各两块。并在XRD-6000型衍射仪上成功地进行了弯晶分析器的检测实验。最后，介绍了激光打靶实验前的瞄准对中实验，并分析了椭圆弯晶分析器在X与Y轴上的位置误差对摄谱精度的影响。阐述了在“神光-Ⅱ”和“星光-Ⅱ”激光装置上进行激光打靶实验的情况，并重点分析了采用厚度为1mm的氟化锂弯晶分析器及丹巴天然云母弯晶分析器的激光打靶实验。对今后实验参数进行了优化，并提出了后继实验的实验条件。双通道椭圆弯晶谱仪的成功研制，对我国开展ICF实验研究具有重要的国防意义，具有自主知识产权，填补了我国在该诊断仪器领域中的空白，达到有国际先进水平。
朱岗, 钟先信, 熊先才, 杨国洪[8]2006年在《用于诊断激光等离子体X射线的双通道椭圆弯晶谱仪》文中研究指明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0．2～2nm,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0．0011nm．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．
肖沙里, 唐跃林, 熊先才, 钟先信, 高洁[9]2004年在《X射线椭圆弯晶谱仪实验研究》文中研究表明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。
鲁建[10]2015年在《稠密等离子体诊断用X射线均匀色散弯晶谱仪研究》文中指出等离子体X射线谱学是研究等离子体形成机制、发展演化并进行状态诊断的一种强有力的技术,在惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)研究中具有重要意义。基于布拉格衍射的聚焦型弯曲晶体谱仪是诊断高能密度等离子体源的常用工具,利用其进行等离子体X射线能谱测量可以提供等离子体电子温度及其梯度、电子密度及其梯度和不透明度等物理参数信息。因此发展新型的诊断工具及诊断方法是ICF研究的重要部分,是对高能密度物理理论研究的重要补充。为了拓展弯曲晶体在ICF诊断领域的应用,面向“神光”系列装置和Z箍缩初级实验平台(Primary Test Stand,PTS)等国家大科学高能密度实验装置对高序数原子靶材复杂X射线光谱诊断的需求,本文开展了“均匀色散晶体谱仪研究”这一课题的研究工作。研究得到了国家自然科学基金项目“聚焦型均匀色散晶体光谱仪研究”(No.11005098)以及美国普林斯顿大学普林斯顿等离子体物理国家实验室(Princeton Plasma Physics Laboroary,PPPL)Laboroary Directed Research and Development(LDRD)项目的资助。本文围绕所提出的科学问题,以探索研究新型X射线晶体光谱仪用于高温稠密和温稠密等离子体诊断为主旨,完成的主要工作如下:①分析了用于描述不同高温等离子体状态的局域热动平衡模型、日冕模型和碰撞-辐射模型及其适用范围;探讨了高温等离子体ke V能区X射线光谱发射、展宽机制和谱线轮廓特征;系统地讨论了基于K壳层自发辐射X射线的等离子体电子温度和电子密度诊断方法,为细致的实验光谱分析与解释提供了理论研究基础。②对已有的Johann、von Hamos和圆锥等一维聚焦型弯晶谱仪进行了归纳总结。针对传统聚焦弯晶谱仪变色散率的缺陷和复杂光谱测量的需求,提出了X射线均匀色散概念。基于布拉格衍射和均匀色散原理,对均匀色散晶体面形公式及其性能参数进行了数学推导;对均匀色散的可行性和其高光谱分辨性能进行了数值计算分析。对空间分辨的二维聚焦球面弯晶谱仪,讨论了其近似均匀色散的实现途径,并基于晶体衍射理论推导了该结构光子通量的精确计算公式,同时给出了实验验证结果。③本工作研制的双通道均匀色散聚焦弯晶谱仪在“阳”加速器上获取了Al丝阵Z箍缩聚爆等离子体K壳层光谱,成功实现了探测面上光谱的均匀分布。根据云母晶体记录的光谱数据分析了Al丝阵Z箍缩等离子体电子温度、电子密度和离子温度等状态参数:由线辐射和连续辐射推断了圆柱等离子体径向电子温度梯度轮廓;对比等离子体内部扰动引起的Langmuir凹陷和基于量子力学的谱线漂移理论,得到了电子密度参数自洽诊断结果。④针对温稠密等离子体的特殊诊断要求,阐述了X射线Thomson散射(X-ray Thomson scattering,XRTS)探测和诊断温稠密物质的原理,分析了弱散射信号测量对探针光源及谱仪性能的要求。搭建了用于XRTS测量的双通道球面弯晶谱仪,标定实验表明该谱仪具有高光谱分辨(~4000)及空间分辨能力(~18μm)。以X射线自由电子激光为探针探测激波压缩固体材料产生的温稠密等离子体,利用该谱仪记录了空间分辨的散射谱并观测到了激波压缩导致的光谱空间轮廓变化。
参考文献：
[1]. 基于620～6200—eV能区X射线探测的双通道椭圆弯晶谱仪的研究[D]. 姚实颖. 重庆大学. 2003
[2]. 用于激光等离子体X射线诊断的椭圆弯晶谱仪研究[D]. 肖沙里. 重庆大学. 2004
[3]. 双通道椭圆弯晶谱仪的基础理论及实验研究[D]. 熊先才. 重庆大学. 2004
[4]. 双通道椭圆弯晶谱议的设计及实验研究[D]. 高洁. 重庆大学. 2004
[5]. 用于诊断激光等离子体X射线的椭圆弯晶谱仪[J]. 熊先才, 钟先信, 肖沙里, 杨国洪, 高洁. 光电工程. 2004
[6]. 用于激光等离子体硬X射线诊断的透射式弯晶谱仪研究[D]. 钱凤. 重庆大学. 2013
[7]. 双通道椭圆弯晶谱仪摄谱技术与实验研究[D]. 朱岗. 重庆大学. 2006
[8]. 用于诊断激光等离子体X射线的双通道椭圆弯晶谱仪[C]. 朱岗, 钟先信, 熊先才, 杨国洪. 第十叁届全国原子与分子物理学术会议论文集. 2006
[9]. X射线椭圆弯晶谱仪实验研究[J]. 肖沙里, 唐跃林, 熊先才, 钟先信, 高洁. 光学精密工程. 2004
[10]. 稠密等离子体诊断用X射线均匀色散弯晶谱仪研究[D]. 鲁建. 重庆大学. 2015
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