【摘要】：Z箍縮等離子體內(nèi)爆是一種獲得強(qiáng)軟X射線源的有效技術(shù)途徑之一,它在慣性約束聚變、輻照效應(yīng)和輻射輸運(yùn)等方向具有重要的應(yīng)用。獲取強(qiáng)軟X射線源的輻射能量、輻射能譜及其時(shí)空特性等參數(shù),對(duì)于認(rèn)識(shí)Z箍縮等離子體內(nèi)爆的物理過(guò)程具有重要意義。如何獲取X射線能流和輻射波的空間分布及其隨時(shí)間的演化過(guò)程等信息是強(qiáng)軟X射線源時(shí)空診斷技術(shù)的難點(diǎn)。本文針對(duì)“聚龍一號(hào)”裝置上Z箍縮及相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的診斷需求,開(kāi)展了基于閃爍體轉(zhuǎn)換的軟X射線輻射時(shí)空分辨診斷技術(shù)研究,并研制出一套診斷系統(tǒng),豐富了“聚龍一號(hào)”裝置強(qiáng)軟X射線源的診斷手段。文章的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:一、提出了基于閃爍體轉(zhuǎn)換的X射線輻射一維空間分辨和時(shí)間分辨的診斷方法,并完成了診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在調(diào)研分析的基礎(chǔ)上,集合Z箍縮強(qiáng)軟X射線源的特點(diǎn),提出采用塑料薄膜閃爍體、光纖傳像束和光學(xué)條紋相機(jī)等光學(xué)器件和儀器,設(shè)計(jì)了一套基于閃爍體轉(zhuǎn)換的X射線輻射一維空間分辨和時(shí)間分辨診斷系統(tǒng)。二、研究了塑料薄膜閃爍體的時(shí)間響應(yīng)特性。利用X箍縮產(chǎn)生的百皮秒量級(jí)X射線脈沖光源,對(duì)決定診斷系統(tǒng)時(shí)間分辨能力的關(guān)鍵元器件“塑料薄膜閃爍體”對(duì)X射線的時(shí)間響應(yīng)特性進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示,塑料薄膜閃爍體對(duì)X射線響應(yīng)的上升時(shí)間約0.1ns、閃爍體的熒光衰減時(shí)間約1.5ns,對(duì)X射線的最高時(shí)間分辨能力約1.0ns。三、建立了診斷系統(tǒng)的同步觸發(fā)和時(shí)間關(guān)聯(lián)單元。對(duì)實(shí)驗(yàn)中“聚龍一號(hào)”裝置的各類(lèi)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行了梳理,建立了系統(tǒng)的時(shí)間同步觸發(fā)單元,利用激光觸發(fā)主開(kāi)關(guān)的激光信號(hào)作為診斷系統(tǒng)的觸發(fā)源信號(hào),通過(guò)對(duì)信號(hào)的轉(zhuǎn)換、整形和延時(shí),觸發(fā)條紋相機(jī)工作。對(duì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算表明,診斷系統(tǒng)工作時(shí)間與目標(biāo)光源同步的時(shí)間抖動(dòng)為1.9ns。采用引入光標(biāo)的方法建立了診斷系統(tǒng)拍攝的X射線掃描圖像與XRD探測(cè)器測(cè)量的X射線輻射功率波形之間的時(shí)間關(guān)聯(lián)方法,并對(duì)影響時(shí)間關(guān)聯(lián)精度的因素進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明,時(shí)間關(guān)聯(lián)精度小于90ps。四、在“聚龍一號(hào)”裝置上對(duì)診斷系統(tǒng)進(jìn)行了性能考核實(shí)驗(yàn)。分別在“鋁絲陣K殼層輻射光源構(gòu)建”和“Z箍縮動(dòng)態(tài)黑腔”實(shí)驗(yàn)中獲取了負(fù)載徑向方向上X射線光源的軸向一維空間分辨和時(shí)間分辨的掃描圖像,給出了光源在軸向方向的輻射強(qiáng)度分布及其隨時(shí)間的變化信息。以上分析及結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的基于閃爍體轉(zhuǎn)換的X射線輻射一維空間分辨和時(shí)間分辨診斷系統(tǒng)成功的用于了“聚龍一號(hào)”裝置上的Z箍縮相關(guān)實(shí)驗(yàn),獲取的圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度滿足了實(shí)驗(yàn)的診斷需求,并對(duì)實(shí)驗(yàn)中內(nèi)爆等離子體的動(dòng)力學(xué)規(guī)律和X射線輻射特性研究提供了有效的圖像數(shù)據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TL632
【圖文】：

磁約束是實(shí)現(xiàn)可控核聚變的可能途徑之一。其最著名的磁約束方法是“托卡馬克”逡逑型磁場(chǎng)約束法，它是利用電磁鐵和高溫等離子體通過(guò)強(qiáng)大電流所產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場(chǎng)，把高逡逑溫等離子體約束在一個(gè)很小的范圍內(nèi)來(lái)達(dá)到聚變的目的，其裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖１－１所示。逡逑中國(guó)最新一代的“托卡馬克”裝置（ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ａｄｖａｎｃｅｄ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｔｏｋａｍａｋ，簡(jiǎn)稱逡逑ＥＡＳＴ）于２００９年首次成功完成了放電實(shí)驗(yàn)，截至２０１６年，ＥＡＳＴ成功實(shí)現(xiàn)了電子溫度逡逑超過(guò)５０００萬(wàn)攝氏度、持續(xù)時(shí)間達(dá)１０２秒的超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電［３］。國(guó)際熱核聚變逡逑實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ邋ｔｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｒｅａｃｔｏｒ，簡(jiǎn)稱邋ＩＴＥＲ）是目前世界上規(guī)逡逑模最大的“托卡馬克”裝置，它位于法國(guó)，是歐盟、美國(guó)、中國(guó)、日本、俄羅斯等七方逡逑共同參與的一項(xiàng)重大多邊大科學(xué)國(guó)際合作項(xiàng)目，計(jì)劃２０２０年前后建成，其目標(biāo)是驗(yàn)證逡逑和平利用聚變能的科學(xué)和技術(shù)可行性［４］。逡逑？一邋ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ邋ＣＯＩＬ逡逑ＶＥＲＴＩＣＡＬ邋ＦＩＳ．Ｄ邐！邐ＴＯＲＯＩＤＡＬ逡逑ＣＯＩＬＳ邐ＲＥＬＤＣＣＣ逡逑ＰＬＡＳＭＡ邋ＣＵＲＲＥＮＴ邋ＰＬＡＳＭＡ邋ＭＡＧＮＥＴＩＣ邋ＦＩＥＬＤ邋ＬＩＮＥ逡逑圖１－１邋“托卡馬克”裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖逡逑慣性約束聚變（ｉｎｅｒｔｉａｌ邋ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ邋ｆｏｓｉｏｎ，簡(jiǎn)稱ＩＣＦ）［５］是實(shí)現(xiàn)可控核聚變的另一種可逡逑能途徑，它利用粒子的慣性作用來(lái)約束粒子本身，從而實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)。其基本思想是：逡逑利用驅(qū)動(dòng)器提供的能量使靶丸中的核聚變?nèi)剂希ɡ珉#）形成等離子體

基于閃爍體轉(zhuǎn)換的軟Ｘ射線輻射時(shí)空分辨診斷技術(shù)研究慣性約束聚變、高能量密度物理等研究領(lǐng)域［１８＿２（）］。中國(guó)目前用于Ｚ箍縮研究的最大裝置逡逑是中國(guó)工程物理研究院的“聚龍一號(hào)”裝置［２１］，其最大輸出電流８－１０ＭＡ，箍縮輻射逡逑的軟Ｘ射線總能量大于０．５ＭＪ，最高峰值輻射功率達(dá)８０ＴＷ［２２］［２３］。逡逑

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