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激光惯性约束聚变(ICF)研究已成为目前最为活跃的前沿研究方向之一,对解决能源危机和巩固国防安全等具有重要意义。目前人类还未能够实现聚变点火的主要原因在于对聚变过程中的一些复杂物理问题认知不足且控制效果欠佳。为了更加精准地认识和控制这些过程,人们通常需要借助各种先进诊断设备对聚变过程中的各重要物理量进行精密量化测量。现如今我国已经发展了多种X射线诊断设备,它们在ICF诊断中发挥着极其重要的作用。然而,国内针对上述诊断设备绝对谱响应特性的研究工作不足,通常它们都并不具备精密量化测量能力。事实上,当前这一问题已经发展成为制约我国ICF研究进一步深入的关键性阻碍。 针对上述问题,本文在国家青年基金项目(No.11405158)资助下,基于激光等离子体X射线源对X射线条纹相机(XSC)和X射线平响应滤片(XFF)的绝对谱响应特性进行了深入的理论分析和精确的实验测量,从而使二者在177eV~1.24keV能区具备了高精度的定量化测量能力。基于整个研究过程,总结出了一套可适用于其它各种常用主动式和被动式X射线诊断设备绝对谱响应的系统化理论研究方法,同时建立起了一套可适用于其它各种常用主动式和被动式X射线诊断设备绝对谱响应的先进实验测量系统。论文课题研究的主要内容及相关结论如下: ①XSC绝对谱响应特性的理论研究。分析了XSC对入射X射线光子的整个响应过程;建立了XSC绝对谱响应的数学函数表达式;证明了光阴极量子效率与XSC绝对谱响应之间存在的几何倍数关系;结合二次电子发射理论模型和一维随机步长分析方法,推导了光阴极量子效率数学函数表达式并进行了相应的数值仿真分析;最后归纳了对XSC这类大型主动式X射线诊断设备绝对谱响应特性的系统化理论研究方法。 ②XSC绝对谱响应灵敏度的实验测量。在总结国内外已有实验测量方法优缺点的基础上,设计了一套针对XSC绝对谱响应灵敏度的新型实验测量方案并详细分析了其测量的原理与优势。该方案下完成的主要工作包括: 1)设计制作了两套高分辨全息平场光栅谱仪; 2)在北京同步辐射源4B7B束线站上绝对标定了两台X射线CCD相机; 3)制备了Au和CsI光阴极,同时也在4B7B束线站上进行了绝对标定; 4)基于2×100J小型激光装置搭建了XSC绝对谱响应测量的双支路光学实验测量系统,并设计了相应的实验光路精确瞄准方法; 5)在C16H6O4N2平面靶实验下,利用多参数拟合法精确标定了两谱仪像素位置与对应X射线波长的几何关系; 6)在Cu平面靶实验下,测得了177eV~1.24keV能区XSC绝对灵敏度。 结果表明:XSC绝对谱响应灵敏度的实验测量数据与理论计算的光阴极量子效率曲线在形状上保持一致,两者数据间的最大偏差比例为15%。实验所测绝对谱响应灵敏度数据的相对不确定度小于12%。与国外同类测量结果比,本次实验不但测量精度更高,而且在C元素吸收边(284eV)附近还能得到更为密集的灵敏度数据点。 ③XFF绝对谱响应(透过率)的理论和实验研究。 1)分析了XFF的应用背景及其设计原理,且实验室制备了多块XFF;推导了XFF绝对透过率数学函数表达式并进行了相应的数值仿真分析,同时也讨论了各种因素对绝对透过率的影响;最后总结了一套可适用于XFF这类小型被动式X射线诊断设备绝对谱响应特性的系统化理论研究方法。 2)在同步辐射源4B7B束线站上,高精度测量了XFF在177eV~1.24keV能区的绝对透过率数据,并分析了当前同步辐射源上进行相关测量工作所面临的问题。针对该问题,先后介绍了基于激光等离子体X射线源下的双、单支路XFF绝对透过率测量实验方法。通过这两种方法依次在Al和C16H6O4N2平面靶实验下测得了No.23和No.48 XFF在177eV~1.24keV能区的绝对透过率。结果表明:双、单支路方法测得的实验结果与同步辐射光源下测得的高精度数据均能够保持较好的一致性,但单支路测量结果一致性更好。利用双、单支路测量方法测得的XFF绝对透过率数据相对测量不确定度分别小于14.3%和9%。