本文關(guān)鍵詞：大物面X射線條紋管電子光學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究　出處：《深圳大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在激光慣性約束聚變(ICF)實(shí)驗(yàn)中,X射線條紋相機(jī)是進(jìn)行高時(shí)空分辨X射線測(cè)量非常重要的診斷設(shè)備。激光聚變的持續(xù)時(shí)間與所使用的激光器輸出脈沖寬度相關(guān),因而激光聚變的持續(xù)時(shí)間最大為納秒量級(jí)。隨著激光驅(qū)動(dòng)能量越來越高和實(shí)驗(yàn)裝置越來越復(fù)雜,使打靶實(shí)驗(yàn)的代價(jià)也越來越高,因此要求X射線條紋相機(jī)能在每一次打靶過程中獲取盡可能多的信息。目前國際上已知的條紋相機(jī)最大陰極工作直徑為50mm,總共可提供1000個(gè)線對(duì)的信息分辨元,而國內(nèi)已有條紋相機(jī)其最大陰極直徑為30mm,空間分辨率為15lp/mm,即最多只能提供~450分辨元的信息量。距離實(shí)驗(yàn)要求提供800分辨元的要求還有很大的差距。本論文針對(duì)國內(nèi)慣性約束聚變對(duì)條紋相機(jī)所提出的高要求,進(jìn)行了深入的研究,提出了達(dá)到此要求的途徑。論文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.為大幅度提高條紋管的空間信息捕捉量,設(shè)計(jì)并研制了一種不等徑軸對(duì)稱多圓筒電子光學(xué)結(jié)構(gòu)的大物面條紋管。優(yōu)化后的設(shè)計(jì)結(jié)果為,陰極工作面積50mm,工作電壓12kV,放大倍率為1.35,采用曲率半徑為R64 mm的球面熒光屏校正場(chǎng)曲的影響。對(duì)所研制的大物面條紋管樣管測(cè)試表明,中心靜態(tài)極限空間分辨30 lp/mm(對(duì)比度30%時(shí)為20lp/mm),離軸16 mm處靜態(tài)極限空間分25lp/mm(對(duì)比度21%時(shí)為18lp/mm)。動(dòng)態(tài)空間分辨率22lp/mm(對(duì)比度10%時(shí)為20lp/mm),時(shí)間分辨率3.3ps,動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)2000:1。2.為了在擴(kuò)大成像面積的前提下進(jìn)一步減小場(chǎng)曲的影響,提出以同心球靜電聚焦系統(tǒng)為原型,通過對(duì)同心球系統(tǒng)場(chǎng)分布特征進(jìn)行分析,擬合設(shè)計(jì)出一種場(chǎng)分布與同心球系統(tǒng)類似的多電極大物面電子光學(xué)成像系統(tǒng)。數(shù)值模擬結(jié)果表明,該電子光學(xué)結(jié)構(gòu)在50mm陰極上可獲得優(yōu)良的成像性能,放大倍率~1,電子軌跡追蹤結(jié)果表明其像面形狀受場(chǎng)曲等各種像差的影響均比較小,在采用平面熒光屏的情況下,其整個(gè)陰極長(zhǎng)度范圍內(nèi)空間分辨率平均可達(dá)30 lp/mm,能提供至少1500線對(duì)的空間分辨。
[Abstract]:In the laser inertial confinement fusion (ICF) experiment, the X ray streak camera is a very important diagnostic device for high time space-time resolution X ray measurement. The duration of the laser fusion is related to the output pulse width of the laser used, so the duration of the laser fusion is maximum nanosecond. As the laser driving energy becomes more and more complex and the experimental device becomes more and more complex, the cost of target shooting is higher and higher. Therefore, X ray streak camera is required to get as much information as possible during every target shooting process. The largest cathode diameter of the known stripe cameras is 50mm, which can provide 1000 pairs of information pairs. The largest cathode diameter of the streak camera in China is 30mm, and the spatial resolution is 15lp/mm. That is to say, it can only provide ~450 resolution information. The distance experiment requires a large gap in the requirement of providing 800 resolution. In this paper, the high demand for streak camera in domestic inertial confinement fusion is studied, and the way to meet this requirement is put forward. The main works and innovations of the paper are as follows: 1. in order to improve the capturing amount of space information of stripe tube, a large diameter noodle tube with asymmetric diameter and multi cylinder electronic optical structure is designed and developed. The optimized design result is that the cathode working area is 50mm, the working voltage is 12kV, and the magnification is 1.35. The spherical fluorescent screen with curvature radius of R64 mm is used to correct the influence of field curvature. The test of the large diameter noodle tube sample shows that the static limit space of the center is 30 lp/mm (contrast = 30% 20lp/mm), and the static limit space is 16 25lp/mm away from the axis 16 (contrast 21% is 18lp/mm). The dynamic spatial resolution 22lp/mm (the contrast is 10% 20lp/mm), the time resolution 3.3ps, and the dynamic range can reach 2000:1. 2. in order to further reduce the influence of the field curvature in the imaging area under the premise of expanding, the concentric spherical electrostatic focusing system as the prototype, based on concentric sphere system distribution characteristics were analyzed, the fitting design of multi electrode materials like a field distribution and concentric sphere system surface electron optical imaging system. The numerical simulation results show that the electron optical structure can be achieved excellent imaging performance in 50mm cathode, magnification ~1, electronic tracking results show that the surface shape as affected by various field curvature aberration are relatively small, in the case of plane screen, the entire cathode within the length of average spatial resolution 30 lp/mm, can provide space for at least 1500 lines of resolution.
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL632.1

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本文編號(hào)：1339031