利用聚束透镜获得高亮度软X射线源的技术研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xh287315717
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软X射线通常指光子能量从50~1500 eV、波长为0.83~24.8 nm范围内的电磁波。高亮度软X射线源在研究软X射线与物质的作用、材料烧蚀和建立黑腔模型等方面的应用前景十分巨大,它也能更好地用于标定软X射线探测系统、仪器和探测元件。因此世界各国都在积极建立亮度更高的实验室软X射线源。本论文的工作是设计基于Z-pinch等离子体辐射源的聚束透镜,利用透镜对软X射线的收集、传输和会聚来获得高亮度软X射线源,并对透镜在高功率密度软X射线入射条件下的传输特性进行研究。  X光导管是聚束透镜的基本组成单元。国内已有的对X光导管的研究是在入射X射线的功率密度较低的北京同步辐射装置3W1B光束线以及其它辐射源上进行的,为了设计对高功率密度软X射线传输并会聚的透镜,首先在西北核技术研究所的“强光一号”加速器装置上,对高功率密度的软X射线(6×106~1.5×107 W/cm2)在X光导管中的传输特性进行研究。研究结果表明:对于由DM308型号玻璃材料拉制的X光导管,它对高功率密度的软X射线有较高的传输效率,当入射软X射线的功率密度为1.2×107 W/cm2,X光导管的弯曲角为50时,实验中获得的平均传输效率达到了16.3%。在6×106~1.5×107 W/cm2的功率密度范围内,软X射线在X光导管中的传输没有出现非线性效应,随着入射软X射线功率密度的提高,出射的软X射线的功率密度基本成线性增加。对于Z-Pinch辐射源,入射的软X射线功率密度为1×108 W/cm2,软X射线和等离子体溅射物质不会破坏X光导管。  根据以上研究结果,用数值模拟方法对透镜的设计参数进行优化,得出透镜的最佳设计参数:由2401根内直径0.45 mm、外直径0.60 mm的X光导管组成,入口端距Z-pinch靶心的距离为200mm,中心长度为410mm,后焦距为50 mm。假设Z-pinch等离子体辐射源的发光区长度为20 mm,辐射X射线能量E=1keV,峰值功率为0.5 TW,将上述透镜与辐射源组合,数值模拟在透镜的后焦点处能获得焦斑直径为2.5 mm平均功率密度为8.96×108 W/cm2的软X射线,透镜的整体传输效率为11.71%。  将制成的透镜与Z-pinch等离子体辐射源组合,透镜的实际后焦距为62mm,当光源辐射的软X射线的峰值功率为0.5 TW时,软X射线聚束透镜的整体传输效率为9.58%,功率密度增益为131倍,等效距离为58.8 mm。在透镜的后焦点(距丝阵靶心672mm)能获得功率密度达1.15×109W/cm2焦斑直径为2mm的较洁净的软X射线源。同时透镜可以持续性地工作在Z-pinch装置上来获得软X射线源。
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