SPERF装置中多道软X射线诊断系统设计

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探索宇宙空间一直是人类的梦想,自1957年第一颗人造卫星发射以来,至今已有6000多个航天器发射。恶劣的地球磁层空间等离子体环境极容易对航天器的运行和通信产生影响,严重削弱航天器寿命,造成大量的经济损失。因此对地球磁层区域的空间等离子体环境的探索和研究是有效规避航天器故障的方法之一。近年来,对近地空间的等离子体环境进行的研究工作主要是通过发射空间卫星的方式。然而使用空间卫星进行探测的方式具有较大的局限性。空间等离子体环境模拟与研究系统(SPERF)中的近地空间等离子体环境模拟与研究系统,利用磁体系统和等离子体源系统可以模拟研究地球内磁层偶极场/辐射带等离子体的关键物理过程,实现在地面构建“地球辐射带”。而描述辐射带等离子体最重要的参数之一是等离子体温度。本文主要设计了用于诊断等离子体温度的多道软X射线诊断系统。主要研究内容包括:根据SPERF装置的基本参数设计多道软X射线诊断系统,对软X射线主要辐射来源——轫致辐射的相关模拟计算和分析;以及基于Abel逆变换方法和双箔技术理论撰写反演程序,并利用该程序和探测器测得的辐射强度值,反演得到等离子体温度的二维分布图像。首先借鉴已经成功运行的软X射线诊断系统的运行逻辑,根据SPERF装置的设计参数对多道软X射线诊断系统中的主要组成部分——探测器的结构和光路的空间分布进行设计。确定系统的总体布局和组成,探测器的安装位置和设计参数等。其次,依据SPERF装置模拟的辐射带位形特点,选取双峰分布模型,并以等离子体密度和温度均满足双峰分布,对软X射线辐射功率函数进行了模拟计算。利用两种不同厚度铍箔的软X射线辐射功率分布,依据双箔技术理论计算了这两种铍箔厚度组合的等离子体温度分布函数。并得到了软X射线辐射功率分布和等离子体温度分布的图像。最后,根据Abel变换方法,以满足辐射带等离子体模型的相关条件为基础,模拟计算了探测器光路通道数给出的辐射强度值。根据Abel逆变换方法和双箔技术理论,撰写得到等离子体温度分布的反演程序。该程序分为两部分;其一可以给出依据满足双峰分布模型的等离子体沿探测光路辐射的软X射线强度值;其二可以依据探测器测得的离散辐射强度值反演得到软X射线辐射功率分布和等离子体温度分布的二维剖面图像。并依据该程序,讨论了光路通道数量对反演结果的影响。
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