神光Ⅱ激光装置X射线高分辨单色成像技术.pdf

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1、第25卷第12期强激光与粒子束Vo1．25，NO．122013年12月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSDec．，2013文章编号：lO01—4322(2013)12—3ll9一O4神光Ⅱ激光装置X射线高分辨单色成像技术陈伯伦，杨正华，韦敏习，邓博，苏明，余波，黄天喱，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：介绍了基于球面弯晶的X射线高分辨单色背光成像技术。通过对球面弯晶背光成像系统的分析，获得成像关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系，设计了应用于神光Ⅱ

2、激光装置的单色背光成像系统。利用石英球面弯晶，采用Mg的类H共振发射线以及利用云母球面弯晶，采用Mo连续谱中3．14keV能点进行背光实验，获得了内爆靶丸的单色投影图像，空间分辨在较大范围内好于5m。这种成像技术在现阶段惯性约束聚变(ICF)实验研究中能够发挥许多重要的作用，特别是对内爆靶丸压缩流线的测量和流体力学不稳定性的诊断。关键词：球面弯晶；背光成像；空间分辨；能谱分辨中图分类号：O53文献标志码：Adoi：10．3788／HPLPB20l32512．3119在惯性约束聚变(ICF)领域的研究中]，X射线显微成像技术

3、可以诊断等离子体不稳定性的发展]、内爆碰撞辐射以及压缩过程[6。j。基于球面弯晶进行单色成像诊断是一种较新的x射线诊断技术。晶体是天然的X射线色散原件，利用晶体可以获得高能谱分辨。将晶体进行压弯加工后，利用弯晶进行单色成像，可以应用于激光等离子体一维光谱诊断、二维单能自发光成像以及二维单能背光成像[8]，具有高空间分辨、高能量分辨、大视场的特点，是研究高功率Z箍缩和激光等离子体聚爆过程与不稳定性的主要手段l9。其中基于球面弯晶的背光成像技术对晶体的限制更小，排布更加自由，能够达到的空间分辨和能量分辨也优于自发光成像技术。在

4、实际的物理应用中，RT样品不稳定增长的实验研究】。‘以及内爆靶丸的压缩过程诊断中口j，球面弯晶单色背光成像技术有着广泛的应用口。2011年，在神光Ⅱ激光装置和神光Ⅲ原型激光装置上，利用球面弯晶单色成像技术获得空间分辨好于5fm的内爆靶丸的单色投影图像。这种成像技术可以应用在更多的惯性约束聚变相关的实验研究中。1球面弯晶背光成像原理X射线在晶体上衍射需要满足Bragg条件2dsin0一n2(1)式中：d是晶格间距；是X射线波长；是Bragg衍射角。半径R的球面弯晶单能成像时，子午方向和弧矢方向分别满足物像关系+—Rsin0(

5、2)Pqmm去夕+q一R㈦式中：P是物距；q和q分别是子午和弧矢方向像距。背光成像排布中，物体放在X光源和晶体之间，物体距离晶体的距离为a，探测器到晶体的距离为b。采用孔径为z的球面弯晶、直径d的背光源进行单能背光成像时，可以利用几何光学获得成像系统的成像特征参数_1。成像系统子午方向和弧矢方向的放大率分别为M一Pa===PaslnU㈩一qmL—JKM--P—aq一Pa㈣一s一*收稿日期：20130722；修订日期：20130814基金项目：中物院激光聚变研究中心和等离子体物理重点实验室创新基金项目(CX08201201)

6、作者简介：陈伯伦(1979)，男，博士，副研究员，从事X射线诊断技术研究；blchen@mail．ustc．edu．cn。3122强激光与粒子束第25卷[7]TakabeH，YamanakaM，MimaK，eta1．Scalingsofimplosionexperimentsforhighneutronyield[J]．PhysFluids，1998，31：2884—2894．[8]AglitskiyY，LeheckaT，ObenschainS，eta1．X—raycrystalimagersforinertialconf

7、inementfusionexperiments[J]．RevSciInstrum，1999，70：530535．[9]BelyaevIM，Gil’vargAB，MikhailovYuA，eta1．X—rayphotographyoflaserplasmaswiththeaidofanalyzercrystalsbenttoformseeond—ordersurfaces[J]．SoyJQuantumElectron，l976，6：1121．[10]RodeAV，MaksimchukAM，SklizkovGV，eta1．I

8、ntensitymeasurementsofaquasi—monochromaticXraybeamformedbyasphericallybentcrystal[J]．OptCornmn，1990，7：163166．[11]ForsterE，GabelK，Uschmann1．X—raymicrosco