Z箍縮高溫等離子體極化光譜診斷研究.pdf

1、Z箍縮噴氣靶實驗研究中，氣體內(nèi)爆產(chǎn)生高溫等離子體輻射的X射線光譜包含著十分豐富的信息，如等離子體電子溫度、密度和離化度等，這些參數(shù)通常都是依據(jù)輻射光譜強度比與譜線輪廓進行診斷。X射線極化光譜學(xué)是基于相互正交方向的X射線強度比對等離子體進行研究，極化X射線對電子分布及磁場非常敏感，能夠提供等離子體各向異性的信息，與等離子體參數(shù)診斷緊密相關(guān)。在國家自然科學(xué)基金項目(No.10576041)的資助下，首次研制出X射線極化晶體譜儀，并在Z箍縮“

2、陽”加速器上進行實驗，探測等離子體電子溫度，首次對X射線極化度進行了診斷研究。
　　 X射線極化光譜理論可以依據(jù)塞曼效應(yīng)進行分析，在磁量子數(shù)變化⊿MJ=0或⊿MJ=±1的情形下會發(fā)生塞曼躍遷并輻射極化光譜。X射線極化度的理論計算方法通常有光子密度矩陣法及多極輻射場法兩種，其計算結(jié)果基本一致。極化度會隨著碰撞電子能量的增加而減小，并逐漸趨近于零。
　　 從理論上分析X射線入射至晶體物質(zhì)的反射及折射強度，推導(dǎo)出X射線的折射率

3、表達(dá)式，計算出X射線的布儒斯特角約45°，檢測X射線極化度的理想情形即要求X射線以布儒斯特角入射至晶體表面。晶面間距、半高寬、峰值衍射率和積分反射率是決定晶體性能的基本參數(shù)。晶面間距與被衍射X射線波長相對應(yīng)，晶面間距較大的晶體既能使長波輻射發(fā)生衍射，又能使短波輻射發(fā)生衍射，但在短波段的角色散能力較低。表面處理可以改變半高寬、峰值衍射率和積分反射率。
　　 對不同類型的晶體譜儀進行分析，研制了極化晶體譜儀各部分結(jié)構(gòu)：晶體分析器、閘

4、板閥、轉(zhuǎn)接法蘭、膠片暗盒等，并研究了鋁膜的透射率與其密度、厚度以及X射線波長之間的關(guān)系，鋁膜透射率隨X射線波長的增大有一定波動，而不是單調(diào)變化。
　　 極化晶體譜儀研制完成之后，在Z箍縮“陽”加速器裝置上進行X射線探測實驗，以診斷等離子體狀態(tài)。實驗成功得到理想的X射線信號，譜儀的光譜分辨率(λ/⊿λ)可以達(dá)到1000以上。在此重點研究Z箍縮X射線極化度及等離子體電子溫度診斷。系統(tǒng)地探討了利用實驗數(shù)據(jù)計算X射線極化度的三種方法，采

5、用程序?qū)嶒灲Y(jié)果進行處理，通過計算得到類氦共振線w及互組合線y的極化度數(shù)據(jù)。同時也分析了等離子體電子溫度的三種探測方法，利用實驗數(shù)據(jù)結(jié)合共振線與伴線比值測溫法理論來診斷等離子體電子溫度，測量結(jié)果為960～1060eV。研究極化度與Z箍縮打靶功率的關(guān)系以及極化度對等離子體電子溫度診斷的影響，打靶功率高時X射線極化度會降低；而探測Z箍縮等離子體電子溫度時，晶體衍射面與Z箍縮電場方向的角度變化會影響最終診斷結(jié)果，具有各向異性的等離子體都有類似