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用于软X射线诊断的小型化透射光栅谱仪的研制

作　者: 岳林霖
导　师: 蒙林；江少恩
学　校: 电子科技大学
专　业: 等离子体物理
关键词: X射线透射光栅谱仪透射光栅 CCD 解谱空间狭缝
分类号: TH744.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

透射光栅谱仪(TGS)诊断系统,作为一种黑体腔特征诊断系统,能够通过测量黑体腔中发射出的X射线,得到黑腔中X射线发射能谱和空间分辨谱。针对目前传统的透射光栅谱仪存在的体积过大、瞄准困难,动态范围小等缺点,本论文对这些缺点进行改善,研制了新的透射光栅谱仪,以满足ICF实验中对软X射线能谱测量高效性和精确性的需求。根据ICF实验中对软X射线诊断的具体要求,结合光学元件透射光栅和CCD的自身特点,论文提出了透射光栅谱仪的设计构想和设计目标,并对其中的关键技术单元进行了深入的分析,设计并制造了新的透射光栅谱仪。(1)经过研究国内外ICF诊断的研究进展,并比较了各种常用的X射线诊断方法,引入了本论文的研究对象——新透射光栅谱仪。在分析了传统透射光栅谱仪的成像原理的基础上,设计了经过改良后的新谱仪。(2)根据诊断实验对谱仪的具体设计要求,论文首次提出使用一种错位排布的空间分辨狭缝结构来弥补新谱仪因尺寸较小带来的能谱分辨降低的缺陷,并首次使用磁密封结构来实现新谱仪对真空性的要求,同时使用电极机构使得透射光栅和CCD可以上下左右移动,从而达到降低瞄准精度和方便调节的目标。(3)本文使用一种改良的实验标定系统,在北京同步辐射装置3WIB束线上,对透射光栅和软X射线CCD进行了精密的实验标定,并对实验结果进行了理论分析,得到了一些重要的实验参数,包括:CCD的量子效率,透射光栅的衍射效率等。(4)将新谱仪安装在中国工程物理研究院激光聚变中心的“神光Ⅲ”原型实验装置上,在激光注入口对激光与金腔靶相互作用产生的X射线进行了测量。利用透射光栅解谱方法,对实验数据进行了精密的解谱分析,得到了X射线的定量测量结果。将实验结果与传统透射光栅谱仪的实验结果进行比较,实验结果显示,新谱仪与设计目标符合较好。总之,本论文研制的透射光栅能谱仪基本达到了设计要求,并为ICF诊断设备的不断改善提高上提供了一定的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 激光聚变物理研究概述  10-13
  1.3 论文研究的目的及意义  13-14
  1.4 软X 射线能谱仪国内外研究进展  14-16
  1.5 本论文的主要任务  16-17
第二章小型化X 射线透射光栅谱仪方案设计  17-29
  2.1 背景介绍  17-21
    2.1.1 高温等离子体X 射线诊断方法  17
    2.1.2 吸收法  17-19
      2.1.2.1 晶体分光法  18
      2.1.2.2 透射光栅法  18-19
    2.1.3 透射光栅简介  19-21
  2.2 小型化透射光栅谱仪的研制  21-28
    2.2.1 透射光栅谱仪设计指标  21
    2.2.2 技术路线  21-22
    2.2.3 透射光栅谱仪的设计理论  22-26
      2.2.3.1 透射光栅谱仪结构方案  22-23
      2.2.3.2 空间分辨狭缝的研制  23-25
      2.2.3.3 传统谱仪和新谱仪信号强度比较  25-26
    2.2.4 透射光栅谱仪的工作模式  26-28
  2.3 小结  28-29
第三章 CCD 的标定试验  29-36
  3.1 引言  29-30
  3.2 CCD 的工作原理  30-31
    3.2.1 CCD 的概述  30
    3.2.2 CCD 的结构及工作原理  30-31
      3.2.2.1 CCD 的结构  30
      3.2.2.2 CCD 的工作原理  30-31
  3.3 CCD 量子效率的标定  31-34
    3.3.1 CCD 量子效率概述  31-32
    3.3.2 CCD 量子效率标定试验  32-34
  3.4 小结  34-36
第四章透射光栅的标定实验  36-47
  4.1 引言  36
  4.2 透射光栅模型及实验数据处理方法  36-38
    4.2.1 光栅模型  36-37
    4.2.2 光栅结构参数(a/d、z 和f)的确定  37-38
  4.3 透射光栅衍射效率的实验标定  38-45
    4.3.1 实验布局  38-39
    4.3.2 光栅衍射效率的标定方法  39-45
      4.3.2.1 23＃光栅绝对衍射效率标定  39-42
      4.3.2.2 新透射光栅谱仪中所用24#光栅的衍射效率标定  42-45
  4.4 小结  45-47
第五章透射光栅谱仪测量的X 射线结果分析  47-57
  5.1 透射光栅谱仪测量原理、性能及结构  47-48
  5.2 透射光栅谱仪配X 光CCD 测谱的解谱方法  48-51
    5.2.1 透射光栅谱仪配X 光CCD 测谱描述  48-50
    5.2.2 解谱方法  50-51
  5.3 实验考核  51-56
    5.3.1 实验参数(Δλ、S)的确定  51-52
    5.3.2 CCD 实验数据  52-53
    5.3.3 透射光栅谱仪解谱方法  53-54
    5.3.4 金腔靶激光注入口的X 射线测量结果  54-56
  5.4 小结  56-57
第六章结论与研究展望  57-60
  6.1 论文总结  57-59
  6.2 研究展望  59-60
致谢  60-62
参考文献  62-66
攻硕期间取得的研究成果  66-67

用于软X射线诊断的小型化透射光栅谱仪的研制

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