CN103839598B - 一种内爆双流线诊断系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内爆双流线诊断系统，用于辐射驱动内爆研究中靶球壳层内界和烧蚀面的轨迹测量。所述诊断系统包括背光源、前置滤片、双通道X射线显微镜、双通道滤片和X射线条纹相机。由背光源产生的X射线穿过待测物体后，经过前置滤片，由双通道X射线显微镜进行带通成像，再经过双通道滤片进行滤波，最后成像到X射线条纹相机上。本发明中X射线显微镜和双通道滤片具有能谱选择特性，通过特定的组合，结合背光源的发射能谱特性，能够同时获得包括靶球内界面运动轨迹和靶球烧蚀层运动轨迹的内爆双流线图像。

Description

一种内爆双流线诊断系统
技术领域
本发明属于激光聚变研究领域和X光显微成像领域，具体涉及一种内爆双流线诊断系统。
背景技术
在惯性约束聚变研究中，辐射驱动内爆研究是综合评价激光间接驱动聚变研究水平的核心内容，其原理是利用激光烧蚀高Z材料制成的腔壁，产生近似平衡的X光辐射场，该辐射场对封装在腔体中心的靶球外层进行烧蚀，靶球壳层为低Z材料，壳层吸收X光能量，被加热的靶球壳层物质在内部形成一个高温烧蚀阵面，即烧蚀面。烧蚀波在壳层传播不断烧蚀壳层物质，烧蚀的物质一方面以非常高的速度向低密度的等离子体区喷射，另一方面由于作用与反作用原理向内部产生一个强冲击波，将剩余的壳层物质和靶球内部的燃料向中心压缩，通过一系列的压缩，靶球中心燃料达到很高的温度和密度状态，进而实现内爆。
在内爆流线的测量过程中，靶球壳层内界面和烧蚀面的运动轨迹表征了靶球内爆速度和烧蚀层的速度，靶球壳层内界面与烧蚀面之间的区域则表征了靶球壳层的密度分布情况，这些物理量的获得对内爆过程的进一步理解、校核理论模型和程序以及点火的最终实现都非常重要。
通常，对内爆流线进行的测量主要是利用背光成像法配合高分辨成像系统进行。背光使用激光打击平面背光靶产生的窄带的高能背光，能段为3keV-10keV。成像方法一般有两种：一种是利用狭缝或针孔成像，后端配接时空分辨成像设备（如分幅相机、条纹相机），这一系统的优点在于光路简单，调试方便，配合合理的靶设计能够获得较好的内爆流线图像；另一种是使用X射线显微镜（如Kirkpatrick-Baez显微镜、球面弯晶显微镜）配时空分辨成像设备，这一系统的特点在于系统复杂但空间分辨高。这两种成像系统均采用窄带的高能背光作为背光源对靶球进行成像，能够获得较为清晰的靶球壳层内界面的图像。但是在这种单一的窄带高能背光条件下，由于烧蚀面的不透明度与靶球壳层的不透明度差异较大，无法在获得靶球壳层内界面图像的同时获得烧蚀面的图像，因而无法获得烧蚀面的运动轨迹和靶球壳层的密度分布随时间的变化信息。
发明内容
为了克服已有技术中成像系统无法同时诊断靶球壳层内界和烧蚀面的不足，本发明提供一种内爆双流线诊断系统。
本发明的技术方案如下：本发明提供的一种内爆双流线诊断系统，利用烧蚀面不透明度与靶球壳层不透明度差异较大的特点，使用复合材料背光源产生两个不同能段的发射谱线辐照靶球，获得靶球壳层内界和烧蚀面的叠加阴影图像，之后经过双通道X射线显微镜和双通道滤片成像到条纹相机阴极，由于X射线显微镜和滤片具有带通特性，通过特定的组合，可以将叠加的图像分离开，分别投射到X光条纹相机的不同空间位置，最终获得靶球壳层内界和烧蚀面的内爆流线图像。
本发明的内爆双流线诊断系统，用于辐射驱动内爆研究中靶球壳层内界和烧蚀面的轨迹测量。所述诊断系统包括背光源、前置滤片、双通道X射线显微镜、双通道滤片和X射线条纹相机。由背光源产生的X射线穿过待测物体后，经过前置滤片，由双通道X射线显微镜进行带通成像，再经过双通道滤片进行滤波，最后成像到X射线条纹相机上获得内爆双流线诊断图像。
本发明的内爆双流线诊断系统，背光源为激光辐照复合材料靶产生的X射线源。
本发明的内爆双流线诊断系统，背光源使用的复合材料选自：Ti、Cu、Al、Ag或Mo中的两种。
本发明的内爆双流线诊断系统，使用的前置滤片的材料选自石墨、Be或C8H8（聚对二甲苯）。
本发明的内爆双流线诊断系统，使用的双通道X射线显微镜为Kirkpatrick-Baez显微镜。
本发明的内爆双流线诊断系统，使用的双通道X射线显微镜为球面弯晶显微镜。
本发明的内爆双流线诊断系统，使用的双通道滤片的材料选自：Be、Mg、Al、Ti、Cr、Fe、Ni或Zn中的一种。
本发明的内爆双流线诊断系统，使用的X射线条纹相机的时间分辨为30ps以下，空间分辨为200um以下。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1. 本发明的诊断技术，能够获得烧蚀层的运动轨迹图像，这对于内爆过程中的烧蚀驱动的研究至关重要。
2.本发明的诊断系统，通过靶球壳层内界和烧蚀面的轨迹，能够获得靶球壳层的密度分布图像，进而获得靶球的剩余质量随时间的变化关系、壳层的烧蚀速率以及壳层的形状因子等相关的物理量，这对于内爆动力学的研究非常重要。
附图说明
图1为本发明实施例中内爆双流线诊断系统的光路示意图；
图2为本发明实施例中双通道Kirkpatrick-Baez显微镜4的反射效率曲线和双通道滤片5的透过率曲线；
图中：1.背光源、2.内爆靶球、3.前置滤片、4.双通道X射线显微镜、5.双通道滤片和6.X射线条纹相机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
图1为本发明实施例中内爆双流线诊断系统的光路示意图，图2为本发明实施例中双通道Kirkpatrick-Baez显微镜4的反射效率曲线和双通道滤片5的透过率曲线，在图1、2中，实线为双通道Kirkpatrick-Baez显微镜4的反射效率曲线，虚线为双通道滤片5使用的Mg滤片的透过率曲线，点划线为双通道滤片5使用的Ti滤片的透过率曲线。
本发明的内爆双流线诊断系统，用于辐射驱动内爆中内爆流线的诊断，其光路示意图如图1所示，包括：背光源1、内爆靶球2、前置滤片3、双通道Kirkpatrick-Baez显微镜4、双通道滤片5、X射线条纹相机6。背光源1产生的X射线辐照内爆靶球2，依次经过前置滤片3、双通道Kirkpatrick-Baez显微镜4和双通道滤片5，最后成像到Ｘ射线条纹相机6，获得内爆双流线图像。
本实施例中，使用的背光源1为激光辐照平面靶产生的X射线源，采用的复合材料为Mo和Al；前置滤片3为聚对二甲苯滤片；双通道滤片5采用材料分别为Ti、Mg，X射线条纹相机6的时间分辨为20ps，空间分辨为150um。
本发明的内爆双流线诊断系统，实现能点选择的器件为复合材料背光源1、双通道Kirkpatrick-Baez显微镜4和双通道滤片5，其中，双通道Kirkpatrick-Baez显微镜4的反射效率和双通道滤片5各个通道的滤片透过率如图2所示，结合复合材料背光源1产生的两条特征发射谱线，能够同时获得靶球壳层内界和烧蚀面的内爆流线图像。
实施例2
本实施例与实施例1的光路结构相同，不同之处是，背光源采用复合材料为铜和铝，前置滤片采用材料为石墨，双通道滤片采用的材料分别为铁和镍，X射线条纹相机的时间分辨为25ps，空间分辨为180 um。

Claims (8)

1.一种内爆双流线诊断系统，其特征在于：所述诊断系统包括背光源、前置滤片、双通道X射线显微镜、双通道滤片和X射线条纹相机；背光源产生的两个不同能段的X射线穿过作为待测物体的靶球壳，形成靶球壳层内界和烧蚀面的叠加阴影图像，经过前置滤片，由双通道X射线显微镜进行带通成像，并通过双通道滤片进行滤波，将叠加的图像分离开，分别投射到X光条纹相机的不同空间位置，最终同时获得包含靶球壳层内界和烧蚀面的内爆双流线图像。
2.根据权利要求1所述的内爆双流线诊断系统，其特征在于：所述的背光源为激光辐照复合材料靶产生的X射线源。
3.根据权利要求2所述的内爆双流线诊断系统，其特征在于：所述的背光源使用的复合材料选自Ti、Cu、Al、Ag或Mo中的两种 。
4.根据权利要求1所述的内爆双流线诊断系统，其特征在于：所述的前置滤片的材料选自石墨、Be或聚对二甲苯中的一种。
5.根据权利要求1所述的内爆双流线诊断系统，其特征在于：所述的双通道X射线显微镜为Kirkpatrick-Baez显微镜。
6.根据权利要求1所述的内爆双流线诊断系统，其特征在于：所述的双通道X射线显微镜为球面弯晶显微镜。
7.根据权利要求1所述的的内爆双流线诊断系统，其特征在于：所述的双通道滤片的材料选自Be、Mg、Al、Ti、Cr、Fe、Ni或Zn中的一种。
8.根据权利要求1所述的内爆双流线诊断系统，其特征在于：所述X射线条纹相机的时间分辨为30ps以下，空间分辨为200um以下。
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