晶体谱仪定量化的初步实验研究

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在激光打靶实验中,高功率密度的激光束与物质的相互作用是一个复杂的过程。由于激光与物质的相互作用产生的高温等离子体可以发射大量的X射线,而且X射线容易从激光等离子体内部逃逸且不受电场和磁场的干扰,我们可以通过谱线分析获取等离子体电子温度、电子密度以及膨胀速度等参数,因此高精度的X光谱是实验分析的重要依据。晶体谱仪是高谱分辨的X射线谱诊断的重要仪器之一,分光晶体则是谱仪的核心。本文的主要研究工作是确定谱线的波长和建立晶体衍射效率的标定方法。 文章先从激光聚变研究的大背景入手,从中引出实验对晶体谱仪定量化的需求。在晶体衍射的理论方面,对运动学模型和动力学模型以及各自理论计算公式的推导进行了详细的阐述。本文重点介绍了晶体标定的实验方法以及对实验结果的分析讨论。 谱线波长的确定主要与谱仪本身的几何结构有关。文中提出的方法是在辅助光阑法基础上加以改进,只需要知道记录面与晶体表面的夹角就能在测谱的同时确定谱线的波长。 晶体的标定主要是两组实验。一个是在北京高能物理研究所同步辐射383束线实验站上完成的。3B3束线的能量范围是2.1keV~6keV,并连续可调,分辨可达0.1eV。实验采用扫描能量的间接方法,测量了PET和T1AP两种聚合物晶体的衍射曲线,再经过数据处理得到不同能点处两种晶体的扭摆曲线,进而算出积分衍射效率Re。另外,还特别对T1AP晶体的二级和三级衍射效率进行了标定。标定的结果都进行了误差分析,一级衍射的效率在10-4rad量级,高级衍射都比一级低了一个量级,实验结果与国外晶体标定结果相符。另一个实验是在衍射仪上做的。衍射仪提供的是单能X射线,具有高精度的内、外转台来改变晶体的掠入射角度,通过θ-2θ联动可以相对简单、直接地测出晶体扭摆曲线,从而积分得到效率。 两组实验测出的PET晶体的衍射效率,方法不同,测量的能点也不同,但可以通过理论模型联系起来。文中采用了完整晶体模型和Mosaic模型来进行分析比较,结果表明Mosaic理论模型更适合于实际应用。两组实验的结合,是晶体的积分衍射效率更完备的标定方法。
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