雙通道橢圓彎晶譜儀攝譜技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在慣性約束聚變(ICF)實(shí)驗(yàn)研究中,激光打靶會(huì)產(chǎn)生高溫等離子體。要真實(shí)的了解高溫等離子體的內(nèi)部狀態(tài)及變化過程,就必須通過一定的實(shí)驗(yàn)手段對(duì)等離子體中電子溫度、密度、電離分布、電流和電磁場的時(shí)空分布以及輸運(yùn)、波動(dòng)和不穩(wěn)定性等狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量,即等離子體診斷。為了診斷激光等離子體在空間上的分布和在時(shí)間上的演變過程,就必須發(fā)展具有X射線空間分辨和時(shí)間分辨的關(guān)鍵診斷技術(shù)。在國家863高技術(shù)項(xiàng)目(No.863-804-3)的資助下,成功研制出國

2、內(nèi)首臺(tái)雙通道橢圓彎晶譜儀,并在“神光—Ⅱ”和“星光—Ⅱ”高功率激光裝置上進(jìn)行了激光打靶實(shí)驗(yàn)研究。從晶體對(duì)X射線的衍射原理出發(fā),分析了影響X線衍射方向與強(qiáng)度的因素。雙通道橢圓彎晶譜儀的基本原理是從橢圓前焦點(diǎn)發(fā)出的X射線被橢圓彎晶分析器衍射后聚焦于橢圓的后焦點(diǎn),通過在后焦點(diǎn)設(shè)置一狹縫,利用在狹縫后的探測器來接收譜線。為了使彎晶譜儀能夠測量波長范圍在0.2～2nm之間的激光等離子體X射線,并結(jié)合分光晶體的選擇要求與原則,確定利用LiF、PET

3、、Mica和KAP四種晶體作為雙通道橢圓彎晶譜儀的分光元件,晶體覆蓋的布拉格角為30～67.5°。本文重點(diǎn)針對(duì)在激光打靶實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的兩種情況:厚度為1mm表面經(jīng)過研磨、拋光處理的氟化鋰彎晶分析器未能獲得譜線及丹巴天然云母彎晶分析器獲得的譜線之間出現(xiàn)相互混疊、扭曲現(xiàn)象開展了深入的研究。由于激光打靶實(shí)驗(yàn)是否成功主要決定于彎晶分析器的制作,而對(duì)彎晶分析器的檢測以前沒有先例,本文創(chuàng)新地提出了利用島津XRD-6000型平晶衍射儀對(duì)橢圓彎晶分析器進(jìn)

4、行檢測,并提出了在平晶衍射儀上對(duì)彎晶分析器進(jìn)行檢測所必需滿足的條件。制作彎晶分析器首先要對(duì)平面分光晶體的衍射特性進(jìn)行檢測。通過檢測發(fā)現(xiàn)厚度為1mm表面經(jīng)過研磨、拋光的氟化鋰分光晶體最大衍射強(qiáng)度只有7000CPS,因此不適合作為分光晶體。為了提高其衍射強(qiáng)度,結(jié)合特殊處理對(duì)晶體性能的影響理論,對(duì)氟化鋰晶體進(jìn)行了研磨、煅燒、清洗等一些列實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)表明,采用600＃SiC金相砂對(duì)氟化鋰分光晶體進(jìn)行研磨對(duì)其衍射強(qiáng)度的提高最明顯,但是研磨表面的

5、一致性對(duì)衍射強(qiáng)度的提高影響很大,對(duì)大塊晶體不易操作。最后決定采用金剛砂(3FeO.Al2O3.3SiO2)磨粒進(jìn)行研磨,這樣既能提高衍射強(qiáng)度,又能保證大塊分光晶體衍射強(qiáng)度提高的一致性。通過X射線衍射特性實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)采用丹巴天然云母不能獲取理想譜線的原因是云母自身出現(xiàn)的多級(jí)衍射以及晶體存在的缺陷和吸附。對(duì)印度云母的X射線衍射特性實(shí)驗(yàn)還表明印度云母對(duì)X射線的衍射具有很強(qiáng)的方向性,越偏離這個(gè)方向,衍射強(qiáng)度越低。另外,新獲得的云母還必須進(jìn)行重新解

6、理,才能保證獲得滿意的衍射強(qiáng)度。在完成了平面晶體的X射線衍射特性實(shí)驗(yàn)以后,分別重新制作了氟化鋰、印度云母和雅安云母彎晶分析器各兩塊。并在XRD-6000型衍射儀上成功地進(jìn)行了彎晶分析器的檢測實(shí)驗(yàn)。最后,介紹了激光打靶實(shí)驗(yàn)前的瞄準(zhǔn)對(duì)中實(shí)驗(yàn),并分析了橢圓彎晶分析器在X與Y軸上的位置誤差對(duì)攝譜精度的影響。闡述了在“神光-Ⅱ”和“星光-Ⅱ”激光裝置上進(jìn)行激光打靶實(shí)驗(yàn)的情況,并重點(diǎn)分析了采用厚度為1mm的氟化鋰彎晶分析器及丹巴天然云母彎晶分析器的