基于闪烁体转换的软X射线辐射时空分辨诊断技术研究

发布时间：2020-06-14 10:39

【摘要】：Z箍缩等离子体内爆是一种获得强软X射线源的有效技术途径之一,它在惯性约束聚变、辐照效应和辐射输运等方向具有重要的应用。获取强软X射线源的辐射能量、辐射能谱及其时空特性等参数,对于认识Z箍缩等离子体内爆的物理过程具有重要意义。如何获取X射线能流和辐射波的空间分布及其随时间的演化过程等信息是强软X射线源时空诊断技术的难点。本文针对“聚龙一号”装置上Z箍缩及相关物理实验的诊断需求,开展了基于闪烁体转换的软X射线辐射时空分辨诊断技术研究,并研制出一套诊断系统,丰富了“聚龙一号”装置强软X射线源的诊断手段。文章的主要研究内容和结论如下:一、提出了基于闪烁体转换的X射线辐射一维空间分辨和时间分辨的诊断方法,并完成了诊断系统的设计。在调研分析的基础上,集合Z箍缩强软X射线源的特点,提出采用塑料薄膜闪烁体、光纤传像束和光学条纹相机等光学器件和仪器,设计了一套基于闪烁体转换的X射线辐射一维空间分辨和时间分辨诊断系统。二、研究了塑料薄膜闪烁体的时间响应特性。利用X箍缩产生的百皮秒量级X射线脉冲光源,对决定诊断系统时间分辨能力的关键元器件“塑料薄膜闪烁体”对X射线的时间响应特性进行了标定实验。结果显示,塑料薄膜闪烁体对X射线响应的上升时间约0.1ns、闪烁体的荧光衰减时间约1.5ns,对X射线的最高时间分辨能力约1.0ns。三、建立了诊断系统的同步触发和时间关联单元。对实验中“聚龙一号”装置的各类监测信号进行了梳理,建立了系统的时间同步触发单元,利用激光触发主开关的激光信号作为诊断系统的触发源信号,通过对信号的转换、整形和延时,触发条纹相机工作。对实验信号数据的分析计算表明,诊断系统工作时间与目标光源同步的时间抖动为1.9ns。采用引入光标的方法建立了诊断系统拍摄的X射线扫描图像与XRD探测器测量的X射线辐射功率波形之间的时间关联方法,并对影响时间关联精度的因素进行了分析。分析结果表明,时间关联精度小于90ps。四、在“聚龙一号”装置上对诊断系统进行了性能考核实验。分别在“铝丝阵K壳层辐射光源构建”和“Z箍缩动态黑腔”实验中获取了负载径向方向上X射线光源的轴向一维空间分辨和时间分辨的扫描图像,给出了光源在轴向方向的辐射强度分布及其随时间的变化信息。以上分析及结果表明,本文设计的基于闪烁体转换的X射线辐射一维空间分辨和时间分辨诊断系统成功的用于了“聚龙一号”装置上的Z箍缩相关实验,获取的图像数据的质量和精度满足了实验的诊断需求,并对实验中内爆等离子体的动力学规律和X射线辐射特性研究提供了有效的图像数据。
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL632
【图文】：

磁约束是实现可控核聚变的可能途径之一。其最著名的磁约束方法是“托卡马克”逡逑型磁场约束法，它是利用电磁铁和高温等离子体通过强大电流所产生的强大磁场，把高逡逑温等离子体约束在一个很小的范围内来达到聚变的目的，其装置结构设计如图１－１所示。逡逑中国最新一代的“托卡马克”装置（ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ａｄｖａｎｃｅｄ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｔｏｋａｍａｋ，简称逡逑ＥＡＳＴ）于２００９年首次成功完成了放电实验，截至２０１６年，ＥＡＳＴ成功实现了电子温度逡逑超过５０００万摄氏度、持续时间达１０２秒的超高温长脉冲等离子体放电［３］。国际热核聚变逡逑实验反应堆（ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ邋ｔｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｒｅａｃｔｏｒ，简称邋ＩＴＥＲ）是目前世界上规逡逑模最大的“托卡马克”装置，它位于法国，是欧盟、美国、中国、日本、俄罗斯等七方逡逑共同参与的一项重大多边大科学国际合作项目，计划２０２０年前后建成，其目标是验证逡逑和平利用聚变能的科学和技术可行性［４］。逡逑？一邋ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ邋ＣＯＩＬ逡逑ＶＥＲＴＩＣＡＬ邋ＦＩＳ．Ｄ逦！逦ＴＯＲＯＩＤＡＬ逡逑ＣＯＩＬＳ逦ＲＥＬＤＣＣＣ逡逑ＰＬＡＳＭＡ邋ＣＵＲＲＥＮＴ邋ＰＬＡＳＭＡ邋ＭＡＧＮＥＴＩＣ邋ＦＩＥＬＤ邋ＬＩＮＥ逡逑图１－１邋“托卡马克”装置的基本结构示意图逡逑惯性约束聚变（ｉｎｅｒｔｉａｌ邋ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ邋ｆｏｓｉｏｎ，简称ＩＣＦ）［５］是实现可控核聚变的另一种可逡逑能途径，它利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，从而实现核聚变反应。其基本思想是：逡逑利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料（例如氘、l#）形成等离子体

基于闪烁体转换的软Ｘ射线辐射时空分辨诊断技术研究惯性约束聚变、高能量密度物理等研究领域［１８＿２（）］。中国目前用于Ｚ箍缩研究的最大装置逡逑是中国工程物理研究院的“聚龙一号”装置［２１］，其最大输出电流８－１０ＭＡ，箍缩辐射逡逑的软Ｘ射线总能量大于０．５ＭＪ，最高峰值辐射功率达８０ＴＷ［２２］［２３］。逡逑

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本文编号：2712658