多层膜单级衍射光栅的设计与表征
发布时间：2021-01-06 23:10
单级衍射光栅具有保留0级和共轭±1级的衍射特性,能够有效地抑制高阶衍射。这种产生纯净光谱的衍射特性在激光等离子体X射线诊断中具有重要的应用价值。然而,当入射X射线的能量达到数kev量级时,由于X射线的穿透性随着其能量增加而变强,传统的透射式单级衍射光栅对这个能段X射线的偏转、分光能力下降,这就导致了大部分的衍射光都集中在0级,从而影响了1级的衍射效率。近年来,多层膜光栅的出现解决了光栅在能量较高的X射线中应用的问题。通过结合多层膜对X射线的高反射率以及光栅的分光能力,多层膜光栅能够对入射的X射线提供高额的1级衍射效率。然而,在多层膜光栅产生的光谱中存在着一系列的高阶衍射,多层膜结构在增强1级衍射效率的同时,不可避免地使高阶衍射的衍射效率也得到增强。本论文根据准正弦单级衍射光栅的结构设计了一种多层膜单级衍射光栅,命名为准正弦多层膜光栅。结合准正弦单级衍射光栅的衍射特性和多层膜反射镜的反射特性,准正弦多层膜光栅具有新的衍射特点。在深度方向上,周期性的多层膜结构能够提供对X射线的高反射率,在水平方向上,准正弦光栅结构能够有效地抑制高阶衍射,因此多层膜单级衍射光栅结合了两者的优良特性,使得能量...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１激光驱动惯性约束聚变进行过程??
?ＬＩＣＦ可以分为以下四个过程：辐照烧蚀、内爆压缩、聚变点火以及聚变燃烧。首??先，内含氘氚的燃料靶核由激光或由激光间接生成的Ｘ射线照射，靶核外表受到加热形??成高温高压的等离子体烧蚀层。紧接着，由于反冲力的作用，不受约束的高温燃料向外??扩散，其反馈作用加速了推进层向内推进并压缩了燃料，从而使燃料瞬间达到高温和高??密度状态。中央的氘氚燃料被压缩，密度增加，温度上升达到点火条件；中央燃料被点??燃以后，周围燃料被加热以充分燃烧整个靶片，从而产生能量增益。??（ａ）?（ｂ）??图１．２?（ａ）直接驱动；（ｂ）间接驱动??ＬＩＣＦ主要存在有两种驱动模式一一直接驱动和间接驱动。直接驱动表现在将激光??直接辐照在装有聚变燃料的靶丸表面，利用高能激光直接靶丸相互作用，烧蚀靶丸表面??产生高温高压等离子体。间接驱动表现在先将激光辐照在由高Ｚ材料构成的黑腔壁上，??由黑腔壁发射大量的Ｘ射线来辐照靶丸，与直接驱动相比，间接驱动对靶丸的辐照区域??更均匀，然而这种方式会造成能量利用率的减少［２］。??在数十年的不断发展过程中，我们国家已经成立了具有一定规模的ＬＩＣＦ研宄团队，??并深入了解了激光聚变研究的战略重要性。１９８８年１２月，王淦昌、王大珩、于敏三位??科学家联名致信中央，建议在国家高技术８６３计划中增设惯性约束聚变技术项目。１９９３??年８月１９日，国家高技术８６３计划惯性约束聚变技术专题正式成立，我们国家对ＬＩＣＦ??的研究分为两个主要的领域：理论研究和发展驱动器，这两个领域密切相关，且相互促??进。随着对ＬＩＣＦ研究的续深入，我们国家在激光器研究制造领域也取得了巨大的进展，??完成了许许多多举世瞩目的驱动器装置。这些
Ｄ＋Ｔ—Ｈｅ４＋ｎ）。闪为耦合到内爆反应的??能量变大，我们可以探测到－畔小概率．发个．的核反应，例如（次极反应〖）＋?Ｈｅ３?—Ｈｅ４＋ｐ）。??１５］??第四种诊断是激光驱动惯性约束聚变中涉及的等离子体诊断。像上文所提到的，激光??驰动惯性约束聚变过程中生成的等离子体（简写为“激光等离／？体．不丨Ｉ！作为热核聚??变研究的丨休．Ｋ内在的大量物理机制还是高能ｍ密度物押．１丨１丨成缺的成分。接ｋ来，??将：］？：要介绍激光等离ｆ？休的ｘ射线诊断。??ＷｔＫＫＫｍｍＢｍＳＳｍｋ??图１．３激光等离子体发射Ｘ射线??在高温高密度的激光等离子体屮，存在符复介、退激发、韧致轺射ｆ？物卵过柷，??这吟过程能够产生一系列具彳ｍ能级特征的线状ｘ射线辐彳，以及迮续的轫致辐射??谱。依靠对等离子体所释放的ｘ射线能谱的诊断，我们能够获得有关千等离ｆ体的具体??信息，包括它的密度、温度以及小透明度等。所以，对激光等离ｆ休的Ｘ射线诊断足激??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大国重器——激光惯性约束聚变[J]. 王巧巧. 现代物理知识. 2019(03)
[2]梯形透过率光栅远场光强分布及光栅方程的解析推导[J]. 范全平,杨祖华,魏来,彭倩,王心怡,张强强,陈勇,巫殷忠,晏卓阳,钱凤,曹磊峰. 强激光与粒子束. 2017(02)
[3]X光单级衍射光栅的研究进展[J]. 黄成龙,张继成,易勇,曹磊峰,王红斌. 材料导报. 2013(S2)
[4]极紫外平场光栅光谱仪的研制和性能测试[J]. 杜学维,沈永才,李朝阳,安宁,石跃江,王秋平. 光谱学与光谱分析. 2012(08)
[5]反射式单级衍射光栅[J]. 翁永超,况龙钰,高南,曹磊峰,朱效立,王晓华,谢常青. 物理学报. 2012(15)
[6]我国激光惯性约束聚变实验研究进展[J]. 江少恩,丁永坤,缪文勇,刘慎业,郑志坚,张保汉,张继彦,黄天晅,李三伟,陈家斌,蒋小华,易荣清,杨国洪,杨家敏,胡昕,曹柱荣,黄翼翔. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2009(11)
[7]用于激光等离子体X射线诊断的谱仪[J]. 王洪建,肖沙里,施军,唐昶环,刘慎业,钱家渝. 重庆大学学报. 2008(08)
[8]极紫外/软X射线多层膜衍射光栅[J]. 金春水,张立超. 光电工程. 2007(05)
[9]软X射线多层膜光栅的衍射特性[J]. 崔宏滨,刘文汉. 光学学报. 2001(08)
[10]软X射线多层膜的应用及发展[J]. 吕俊霞,马月英,曹健林,陈星旦. 物理. 1998(06)
博士论文
[1]激光聚变等离子体Thomson散射诊断[D]. 王哲斌.中国科学技术大学 2006
[2]非相干光全息成像技术与透射光栅谱学[D]. 曹磊峰.中国工程物理研究院北京研究生部 2002
硕士论文
[1]用于激光等离子体X射线诊断的单级衍射光栅研究[D]. 刘钰薇.西南科技大学 2015
[2]一种新型单级衍射光栅及其衍射效率研究[D]. 张强强.中国工程物理研究院 2014
[3]单级衍射光栅的设计与制作[D]. 王子强.长春理工大学 2013
[4]新型波带板用于激光等离子体X光成像的理论研究[D]. 魏来.中国科学技术大学 2011
本文编号：2961419
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１激光驱动惯性约束聚变进行过程??
?ＬＩＣＦ可以分为以下四个过程：辐照烧蚀、内爆压缩、聚变点火以及聚变燃烧。首??先，内含氘氚的燃料靶核由激光或由激光间接生成的Ｘ射线照射，靶核外表受到加热形??成高温高压的等离子体烧蚀层。紧接着，由于反冲力的作用，不受约束的高温燃料向外??扩散，其反馈作用加速了推进层向内推进并压缩了燃料，从而使燃料瞬间达到高温和高??密度状态。中央的氘氚燃料被压缩，密度增加，温度上升达到点火条件；中央燃料被点??燃以后，周围燃料被加热以充分燃烧整个靶片，从而产生能量增益。??（ａ）?（ｂ）??图１．２?（ａ）直接驱动；（ｂ）间接驱动??ＬＩＣＦ主要存在有两种驱动模式一一直接驱动和间接驱动。直接驱动表现在将激光??直接辐照在装有聚变燃料的靶丸表面，利用高能激光直接靶丸相互作用，烧蚀靶丸表面??产生高温高压等离子体。间接驱动表现在先将激光辐照在由高Ｚ材料构成的黑腔壁上，??由黑腔壁发射大量的Ｘ射线来辐照靶丸，与直接驱动相比，间接驱动对靶丸的辐照区域??更均匀，然而这种方式会造成能量利用率的减少［２］。??在数十年的不断发展过程中，我们国家已经成立了具有一定规模的ＬＩＣＦ研宄团队，??并深入了解了激光聚变研究的战略重要性。１９８８年１２月，王淦昌、王大珩、于敏三位??科学家联名致信中央，建议在国家高技术８６３计划中增设惯性约束聚变技术项目。１９９３??年８月１９日，国家高技术８６３计划惯性约束聚变技术专题正式成立，我们国家对ＬＩＣＦ??的研究分为两个主要的领域：理论研究和发展驱动器，这两个领域密切相关，且相互促??进。随着对ＬＩＣＦ研究的续深入，我们国家在激光器研究制造领域也取得了巨大的进展，??完成了许许多多举世瞩目的驱动器装置。这些
Ｄ＋Ｔ—Ｈｅ４＋ｎ）。闪为耦合到内爆反应的??能量变大，我们可以探测到－畔小概率．发个．的核反应，例如（次极反应〖）＋?Ｈｅ３?—Ｈｅ４＋ｐ）。??１５］??第四种诊断是激光驱动惯性约束聚变中涉及的等离子体诊断。像上文所提到的，激光??驰动惯性约束聚变过程中生成的等离子体（简写为“激光等离／？体．不丨Ｉ！作为热核聚??变研究的丨休．Ｋ内在的大量物理机制还是高能ｍ密度物押．１丨１丨成缺的成分。接ｋ来，??将：］？：要介绍激光等离ｆ？休的ｘ射线诊断。??ＷｔＫＫＫｍｍＢｍＳＳｍｋ??图１．３激光等离子体发射Ｘ射线??在高温高密度的激光等离子体屮，存在符复介、退激发、韧致轺射ｆ？物卵过柷，??这吟过程能够产生一系列具彳ｍ能级特征的线状ｘ射线辐彳，以及迮续的轫致辐射??谱。依靠对等离子体所释放的ｘ射线能谱的诊断，我们能够获得有关千等离ｆ体的具体??信息，包括它的密度、温度以及小透明度等。所以，对激光等离ｆ休的Ｘ射线诊断足激??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大国重器——激光惯性约束聚变[J]. 王巧巧. 现代物理知识. 2019(03)
[2]梯形透过率光栅远场光强分布及光栅方程的解析推导[J]. 范全平,杨祖华,魏来,彭倩,王心怡,张强强,陈勇,巫殷忠,晏卓阳,钱凤,曹磊峰. 强激光与粒子束. 2017(02)
[3]X光单级衍射光栅的研究进展[J]. 黄成龙,张继成,易勇,曹磊峰,王红斌. 材料导报. 2013(S2)
[4]极紫外平场光栅光谱仪的研制和性能测试[J]. 杜学维,沈永才,李朝阳,安宁,石跃江,王秋平. 光谱学与光谱分析. 2012(08)
[5]反射式单级衍射光栅[J]. 翁永超,况龙钰,高南,曹磊峰,朱效立,王晓华,谢常青. 物理学报. 2012(15)
[6]我国激光惯性约束聚变实验研究进展[J]. 江少恩,丁永坤,缪文勇,刘慎业,郑志坚,张保汉,张继彦,黄天晅,李三伟,陈家斌,蒋小华,易荣清,杨国洪,杨家敏,胡昕,曹柱荣,黄翼翔. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2009(11)
[7]用于激光等离子体X射线诊断的谱仪[J]. 王洪建,肖沙里,施军,唐昶环,刘慎业,钱家渝. 重庆大学学报. 2008(08)
[8]极紫外/软X射线多层膜衍射光栅[J]. 金春水,张立超. 光电工程. 2007(05)
[9]软X射线多层膜光栅的衍射特性[J]. 崔宏滨,刘文汉. 光学学报. 2001(08)
[10]软X射线多层膜的应用及发展[J]. 吕俊霞,马月英,曹健林,陈星旦. 物理. 1998(06)
博士论文
[1]激光聚变等离子体Thomson散射诊断[D]. 王哲斌.中国科学技术大学 2006
[2]非相干光全息成像技术与透射光栅谱学[D]. 曹磊峰.中国工程物理研究院北京研究生部 2002
硕士论文
[1]用于激光等离子体X射线诊断的单级衍射光栅研究[D]. 刘钰薇.西南科技大学 2015
[2]一种新型单级衍射光栅及其衍射效率研究[D]. 张强强.中国工程物理研究院 2014
[3]单级衍射光栅的设计与制作[D]. 王子强.长春理工大学 2013
[4]新型波带板用于激光等离子体X光成像的理论研究[D]. 魏来.中国科学技术大学 2011
本文编号：2961419
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