神光Ⅱ升级装置X光针孔相机研制.pdf

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1、第25卷第9期强激光与粒子束Vo1．25，No．92013年9月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSSep．，2013文章编号：1001—4322(2013)09—2313—04神光Ⅱ升级装置X光针孑L相机研制侯立飞，韦敏习，袁永腾，易涛，詹夏宇，易荣清，杨国洪，刘慎业，江少恩(中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳621900)摘要：针孔相机是激光焦斑及打靶瞄准精度监测的主要工具。针对神光Ⅱ升级装置开展针孑L相机的研制工作。通过各项参数和结构的优化设计，完成神光Ⅱ升级装置针孔相机诊断系统的

2、设计、研制和集成调试，并进行性能测试实验。结果表明：针孔相机探测能区到达1．O～5．5keV，空间分辨力优于20“m，放大倍率5．13～9．99。针孑L相机可用于神光Ⅱ升级装置开展激光焦斑及打靶瞄准精度监测工作。关键词：针孑L相机；神光Ⅱ升级装置；空间分辨力中图分类号：TH842文献标志码：Adoi：10．3788／HPLPB20132509．2313在惯性约束聚变(ICF)研究的激光等离子体诊断中，需要对激光注入黑腔的位置和激光焦斑的大小进行监测，通常都是利用激光辐照黑腔内壁材料产生的X光成像来实现¨】]。激光焦斑及打

3、靶瞄准精度监测可给出打靶初始条件，为物理实验数据分析提供依据。实验主要采用测量靶面X光辐射的空间尺度的方法，间接测量激光焦斑分布，该方法测试简单，数据直观l3]。X射线针孑L相机是测量激光焦斑及瞄准精度的主要工具，主要由成像针孔、支撑调节机构和记录介质构成。采用X光CCD进行实时测量，实现在线测量的目的[4_6]。在星光和神光Ⅲ原型等装置上开展的针孑L相机研制工作中，支撑与调节机构的研究_4]、针孑L相机成像信号计算l5等是重点关注对象。然而在离线状态下，对系统进行全面的性能考核还未见报道。因此根据神光Ⅱ升级装置实验需求

4、，本文进行了神光Ⅱ升级装置针孔相机优化，开展了离线性能研究。性能研究实验利用滤片标定结果确定了系统测量能区，利用Mason光源完成了空间分辨与放大倍率性能的研究。1系统原理图1为针孔成像原理，采用光的直线传播定律，成像基本条件是物尺寸远大于针孑L直径。影响成像空间分辨的主要因素是由放大倍数引起的几何分辨限制和由针孔衍射引起的衍射分辨限制，针孑L成像总的空间分辨力『d(1+1)+]吉(1)式中：d为针孔直径；M为相机放大倍率，M—b／a，n为针Fig．1Pinholecameraprinciple孔与靶间距离，b为针孑L与

5、象面距离；k为与衍射效率相关图1图1针孔成像原理的系数，若取园孔夫琅和费衍射图的第一极小值间的夹角为衍射角，则kf一2．44；为X光波长。当确定相机放大倍数和测量能区后，最佳针孔直径d。为，kfAaM、÷．do—I而J(2)而针孔的最佳空间分辨率力一()专(3)在实验中要得到较好的空间分辨，对特定的X光源，应优化组合成像系统物距、放大倍率和针孑L直径。针对神光Ⅱ升级装置黑腔辐射1～5keV能区测量范围，取2．0keY能点，以10倍放大倍率为例，根据式(2)，(3)可得到最佳针孔直径为14lam，针孔空间分辨力为22“m。

6、*收稿日期：2013-03—06；修订日期：2013—04—25作者简介：侯立飞(1981一)，男，硕士，主要从事x射线能谱诊断方面研究；gulaoof@yahoo．COITI．cn。通信作者：杨国洪(1966)，男，研究员，主要从事x射线能谱诊断方面研究；yangg—h@sina．corn。2314强激光与粒子束第25卷2针孔相机结构针孔相机主要包括针孔部件、支撑与调节机构、X光CCD三部分，具体结构如图2所示。其中，1为靶点，2为针孔部件，3为导管，4为导气孑L，5为安装法兰，6为调节装置，7为针孔插板阀，8为CCD

7、。导管、安装法兰和调节装置这些部件组成了支撑与调节机构。调节装置采用的是球轴承结构，通过四个螺杆调节导管的指向。用于神光Ⅱ装置的黑腔注入V1直径小于1mm，考虑到靶室法兰尺寸与位置公差，对靶点瞄准范围为±20mm，足可满足要求。球轴承距离靶点1464mm，如果具有±1．O。的指向调节，在靶点的瞄准范围为土25mm。通过对相机结构的实际测量得到其指向调节可达到±1．5。的范围，在靶点有±38mm的瞄准范围，足可满足准直要求。1target；2pinholepart；3tube；4alrvent；5flange；6aclju

8、stingdevice；

9、vacutl1]]valve；8．CCDFig．2Pinholecameraconfiguration图2针孔相机结构图图2中a为物距，即靶点至针孔的距离。b为像距，即针孑L至CCD灵敏面距离。神光Ⅱ升级装置法兰距离靶点1350mm，因此设置CCD灵敏面与靶点间距离为1650mm。通过改变导