用于Z-pinch等离子体K层辐射诊断的时空分辨椭圆弯晶谱仪.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,*,/15,用于,Z-pinch,等离子体,K,层辐射诊断的,时空分辨椭圆弯晶谱仪,吴 刚，邱爱慈，吕 敏，黑东炜，盛 亮，魏福利蒯 斌，王亮平，丛培天，雷天时，韩娟娟，孙铁平,第,13,届全国等离子体科学技术会议，成都，,2007,年,8,月,“强光一号”加速器,引言,Z-pinch,等离子体,n,e,：,0.11keV,，,T,ion,：,10,19,10,22,cm,-3,中低,Z,元素负载极易电离到内,(,K),壳层，因强烈的特征线发射成为最有效的,keV,能区,X,射线源：在,1-3,keV,能段，电能,-,X,射线的转换效率,2-5%,。,“强光一号”加速器：负载电流,I1.5-2MA,，,上升时间,80,ns,，,电储能,250,kJ,。,正在开展喷,Ne,气和,Al,丝阵产生,K,层辐射实验研究，基于晶体衍射的特征线谱诊断有重要意义。,2,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,系统设计,基本构成,弯晶谱仪示意图：,a),衍射光路；,b),摄谱系统,狭缝成像,-1,维空间分辨,(,轴向,),晶体色散分光,-,谱分辨,门控,MCP-4,分幅像,-,时间分辨,(25,ns),配套设备,ns,级触发同步机,ns,快门脉冲发生器,kV,直流高压电源真空系统,(,10,-4,Pa,),图像采集卡、计算机,ms,级慢同步触发器,3,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,系统设计,晶体选择,在,0.53,keV,能段,OHM(2d=63.5),KAP(2,d,=26.63),TAP(2,d,=25.76),Mica(2,d,=19.84)PET(2,d,=8.742)Quartz(2,d,=8.52),晶体参数：两片拼接,L=245mm=90mmTAP,曲率半径,R,min,=73mm,谱仪腔室距等离子体源,5.5,m(,与一个,X,射线,8,分幅相机共用,),晶架设计,光路图,e=0.999,；,椭圆柱面近似为抛物柱面；,入射光束为准平行光，衍射后在焦点处会聚,摄谱范围：,OHM 4601190eV TAP 11402920eV,衍射角范围,MCP,分幅相机斜置,4,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,系统实物,X,射线像增强器,有效区域,40mm,Au,微带宽,7,mm,，,厚,200,nm,共,4,条，间隔,1.5,mm,晶架弧面：,94,17mm,晶片,45,mm,15,mm,0.2,mm,两片拼接,CCD,相机,(,商业级,),敏通,MTV-1881EX,黑白摄像头像元尺寸,10,um10um,图像阵列,768576,输出灰度,1255,光积分时间,20,ms,5,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,物理分析：谱形和谱强度传递,狭缝成像的衰减,考虑,100,J,、,=,12.4(1keV,）,的线辐射设谱线半宽度为,0.1,(10eV),等离子体柱长为,2,cm,，,辐射脉宽,10,ns,则线辐射度,B,=,410,11,J(ssrm),-1,。,=0.1mm,，,L,=4730mm,，,l,=700mm,晶面上入射强度,I,=110,7,W/(m,2,),。,薄膜的衰减,真空分隔膜：,2,um Mylar+0.2um Al,滤光片：,8,um Al,；,15um,聚乙烯；,2.5,um,Mylar+0.42um Al,等,T,10%,，,I,=110,6,W/(m,2,),。,6,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,晶体衍射,物理分析：谱形和谱强度传递,积分反射系数,(,TAP),对,=12.4,，,I,=110,6,W/(m,2,),，,取,2,d,=25.76,(,TAP),，,R,=,210,-4,rad,F,0.5 W/cm,2,。,在,12,keV,范围，,TAP,的,R,基本不变，,210,-4,rad,，,但因,Tl,元素在,2.4,keV,处的,M,层吸收边，,该能点的邻域内,R,出现下冲，引起谱形畸变。,7,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,像增强器的光电,-,电光转换,物理分析：谱形和谱强度传递,C,=1.610,-19,J/eV,Y(E),Au,阴极后端面量子效率,M,MCP,电子倍增系数,K,荧光屏电光转换效率,板压,V,/V,800,900,1000,M,560,1620,4180,对于铝化,P20,荧光屏，屏压,4500,V,时，,K,2.110,-16,J/,电子,200,nm,透射型,Au,阴极量子效率,Y,f,取,Y,=0.01,，,对,E,=1keV,、,F,=0.5 W/cm,2,、,脉宽,10,ns,的阴极照度，荧光屏发光亮度的时间积分为,260,nJ/cm2,。,Au,阴极,M,边,2.2,keV,8,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,物理分析：谱形和谱强度传递,CCD,镜头耦合,光电转换和数字化,CCD,光敏面积分照度为,30,nJ/cm,2,。,P20,荧光时间,1100,ms,，,CCD,光积分时间,20,ms,，,可认为该照度被单次图像记录。,CCD,光敏面量子效率,CCD,=0.175,；,S,为像元面积，,30,nJ/cm,2,对应每个像元上光子数为,8.6,10,4,；,g,为每图像灰度对应的像面光电子数，,g,365,；,则,GN,=40,。,小结：,考虑到像增强器和,CCD,的线性动态范围，理论上讲，谱仪能探测,10,2,10,4,J/,的谱强度；,X,射线谱的定量分析，需要明确,T,(E),、,R,(E),、,Y,(E),等几个量的影响；,在,Al,、,Tl,、,Au,等元素的吸收边附近，邻近谱线的强度比会有明显畸变。,9,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,初步实验结果,(,Al,）,无滤光片时，线谱淹没在,非相干散射引起的,带状图,中，晶片表现得更像,凹面漫反射镜,，带状图与轴向分辨的等离子体图像类似。,Shot 07161Al,丝阵实验,TAP,和,OHM,摄谱结果,带状图的,中断,与晶片拼接处对应，拼接的不连续使晶体,曲率不是连续变化？,10,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,初步实验结果,(,Al,）,在光路中加入（,15,um,聚乙烯,+2.5,um Mylar+0.42umAl,）,作为滤光片，,900,eV,以下,X,射线基本被完全衰减，,1.62,keV,处透过率也下降为,2030%,。观察到锐利的,Al,等离子体,K,层谱线。,Shot 07174 Al,丝阵实验,TAP,晶体摄谱结果,Shot 07174 Al,丝阵实验,TAP,晶体摄谱图像微带,2,数字化结果,11,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,初步实验结果,(,Al,）,提高,MCP,两端电压到,1100,V,，,双电子复合伴线和一些高激发态谱线变得明显。,微带,2,数字化结果,Shot 07172 Al,丝阵实验,TAP,晶体摄谱结果,12,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,初步实验结果,(,Ne,）,喷,Ne,气实验,He-(922eV),、,Ly-(1022eV),、,He-(1073eV),，,第,4,微带上还出现了,He-(1s4p-1s,2,1127eV),线；,Ly-(1211eV),线超出测量范围。,Shot 07178,喷,Ne,气实验,OHM,晶体摄谱结果,晶体连接处附近的曲率对应,900,eV,，,He-,线容易丢失。,气室中混有空气，,N,和,O,的,K,壳层发射很强。,13,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,结语,利用,OHM,和,TAP,晶体建立了测量范围,0.52.9,keV,的时空分辨弯晶谱仪，在“强光一号”加速器喷,Ne,气和,Al,丝阵,Z-pinch,实验中初步测得了,Ne,和,Al,的,K,层辐射特征线。,下一步将从以下几个方面对谱仪做出改进：,改进光路设计，测得,Ne,和,Al,的,K,层辐射全部谱线；,优化吸收滤光片，抑制低能光子，提高,keV,能区透过率；,在衍射光束会聚点配置挡光薄膜，降低杂散光干扰；,用大动态范围的科学级,CCD,代替现有商业,CCD,；,对晶体、像增强器,-,CCD,进行绝对标定，进而做谱线的定量分析。,14,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,请不吝指教！,谢谢！,wugang00,15,第13届全国等离子体科学技术会议，成都，2007年8月,