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用于激光等离子体诊断的滤波-差分硬X光谱仪

导读: 为了提高辐射场干净性和X光转换效率,研究不同激光参数、不同靶型下超热电子产生份额,是ICF研究中的重要诊断项目。

  在间接驱动ICF(惯性约束核聚变)中超热电子的特性是一直被关注的重要问题。产生超热电子是激光在等离子体中能量沉积的一种形式,它影响靶对激光能量的正常吸收和分配,尤其对靶丸造成有害预热,降低内爆效率。因此,为了提高辐射场干净性和X光转换效率,研究不同激光参数、不同靶型下超热电子产生份额,是ICF研究中的重要诊断项目。

  在激光等离子体发射的X射线中,包含大量的连续谱成分。在不同激光波长和不同激光器输出功率下,产生的硬X光谱能区范围不同,最大能区范围在1.5~300keV。通过连续谱测量,可以获得许多重要的等离子体参数,例如:由X光谱可推断等离子体冕区的电子温度Te、超热电子温度Tb和总能量Ehe,为激光与靶耦合的能量吸收机制提供有用的信息。采用滤波-荧光谱仪(FF谱仪)测量硬X光谱,由于X光经过两次立体角衰减后进入探测器,其探测效率≤10-9数量级,因而在大的激光能量实验中,谱仪探头必须进行严密的铅屏蔽才能确保信噪比,这样使谱仪结构显得很笨重,每次实验运输和安装都很费体力。为了提高灵活性和方便性,建立一台轻便K边滤波谱仪是很必要的。对于K边滤波谱仪(K·F谱仪),由于X光只经过一次立体角衰减后进入探测器,其探测效率为10-5~10-6数量级,比FF谱仪提高三个量级左右,因而铅屏蔽显得并不重要。我们新近建立的7道滤波-差分硬X光谱仪结构简单,使用方便灵活。由于每个能道除了采用K滤片外,还选择串联两个灵敏区的Si半导体探测器进行差分分光,使得对窗口内能量响应较窄,能量分辨率可能比单纯KF谱仪要好得多。由于Si半导体探测器灵敏度比NaI(Tl)探测器低3~4量级,因此由Si半导体探测器组成超热道KF谱仪只适用于高通量硬X光谱测量。

  1 激光-差分谱仪工作原理

  激光等离子体发射的硬X光连续谱具有单调下降和存在时间短的特点,因此可以采用滤波-差分法分光测量硬X光谱。

  滤片加两个Si半导体探测器差分组合能道选通原理,选择两个Si半导体探测器串联联接,连接电路图如图1。滤波-差分硬X光谱仪工作原理见图2。

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