本實(shí)用新型屬于電子溫度探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備。

背景技術(shù)：

慣性約束聚變（ICF）靶丸內(nèi)爆壓縮的最終目標(biāo)是熱斑物質(zhì)達(dá)到高的溫度和高的面密度，熱斑的溫度和面密度是聚變點(diǎn)火的重要判斷依據(jù)。其中溫度是產(chǎn)生聚變反應(yīng)所需的必要條件，只有達(dá)到一定的溫度，聚變反應(yīng)才可能發(fā)生。因此對(duì)電子溫度的精確探測(cè)是研究潛含在熱斑狀態(tài)下物理問題的基礎(chǔ)之一，更是研究聚變點(diǎn)火的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

而現(xiàn)有診斷技術(shù)及設(shè)備存在著以下不足：1、現(xiàn)有各種多通道電子溫度探測(cè)設(shè)備在觀測(cè)靶點(diǎn)同一位置時(shí)，由不同通道之間視角差異，所引入的視場(chǎng)差別難以規(guī)避。2、電子溫度探測(cè)設(shè)備主要利用針孔或者狹縫提供空間分辨，但針孔或狹縫成像，空間分辨率（約10μm）與集光效率（約10^-9sr量級(jí)）較低，對(duì)于諸如神光III主機(jī)大型激光裝置熱斑70μm～100μm的典型尺寸及較低的X光發(fā)射強(qiáng)度而言，顯得不足。3、目前國(guó)際上通常在熱斑中摻雜少量的中高Z元素，通過測(cè)量摻雜元素的譜線來給出熱斑電子溫度，而摻雜元素的輻射制冷效應(yīng)是不可忽視的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備。

本實(shí)用新型的基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備，其特點(diǎn)是，所述的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備包括位于子午方向、反射面相對(duì)的球面物鏡Ⅰ和球面物鏡Ⅱ，位于弧矢方向、反射面向上的復(fù)合球面物鏡Ⅲ和X射線的成像板；熱斑通過間接或直接驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變ICF靶丸內(nèi)爆獲得，熱斑發(fā)射的X射線沿光路Ⅰ入射到球面物鏡Ⅰ反射至復(fù)合球面物鏡Ⅲ的反射面Ⅰ后截取能量帶E₁的X射線，在成像板上成像為二維的單能像Ⅰ，球面物鏡Ⅰ的反射面和復(fù)合球面物鏡Ⅲ的反射面Ⅰ構(gòu)成一個(gè)Kirkpatrick-Baze 鏡通道即KB鏡通道Ⅰ；所述的熱斑發(fā)射的X射線沿光路Ⅱ入射到球面物鏡Ⅱ反射至復(fù)合球面物鏡Ⅲ的反射面Ⅱ后截取能量帶E₂的X射線，在成像板上成像為二維的單能像Ⅱ，球面物鏡Ⅱ的反射面和復(fù)合球面物鏡Ⅲ的反射面Ⅱ構(gòu)成另一個(gè)KB鏡通道Ⅱ；所述的單能像Ⅰ和單能像Ⅱ的信號(hào)傳輸至激光磷屏分析儀進(jìn)行識(shí)別，之后通過數(shù)據(jù)處理獲得熱斑的二維電子溫度；

所述的復(fù)合球面物鏡Ⅲ的中心位于球面物鏡Ⅰ和球面物鏡Ⅱ的對(duì)稱面上，成像板的豎直對(duì)稱面與球面物鏡Ⅰ和球面物鏡Ⅱ的對(duì)稱面重合；

所述的反射面Ⅰ和反射面Ⅱ上分別涂覆有窄能帶X光多層膜。

所述的熱斑和球面物鏡Ⅰ的中心的連線Ⅰ與熱斑和球面物鏡Ⅱ的中心的連線Ⅱ的夾角θ，即兩個(gè)通道相對(duì)熱斑的夾角θ，夾角θ所引入的最大視場(chǎng)幾何差別小于KB鏡通道Ⅰ和KB鏡通道Ⅱ的空間分辨的二分之一。

所述的球面物鏡Ⅰ和球面物鏡Ⅱ的反射面上涂覆有單層金屬膜。

所述的反射面Ⅰ上的窄能帶X光多層膜為依據(jù)Bragg衍射原理獲得能量帶E₁的X光多層膜，反射面Ⅱ上的窄能帶X光多層膜為依據(jù)Bragg衍射原理獲得能量帶E₂的X光多層膜。

所述的能量帶E₁和能量帶E₂的寬度小于等于0.5keV，能量帶E₁和能量帶E₂之間的間隔大于0.5keV。

本實(shí)用新型的基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備的工作過程如下：

慣性約束聚變ICF中內(nèi)爆熱斑發(fā)出高能X射線，該X射線經(jīng)過子午方向的球面物鏡Ⅰ和球面物鏡Ⅱ反射，僅有低于能量帶E₁和能量帶E₂的不同截止能點(diǎn)的X射線被反射，形成兩個(gè)一維成像，而后再經(jīng)過弧矢方向的復(fù)合球面物鏡Ⅲ反射后在像面即X射線的成像板上形成兩個(gè)通道的二維單能成像。所獲得的X光二維的單能像Ⅰ和單能像Ⅱ由成像板記錄，利用激光磷屏分析儀掃描成像板，即可得到該X光二維的單能像Ⅰ和單能像Ⅱ的二維分布圖像。結(jié)合兩個(gè)KB鏡通道以及成像板的標(biāo)定數(shù)據(jù)，通過對(duì)比兩個(gè)圖像的強(qiáng)度，即可得出熱斑電子溫度的二維分布絕對(duì)量。由于兩個(gè)通道相對(duì)熱斑的夾角θ所引入的最大視場(chǎng)幾何差別小于KB鏡通道Ⅰ和KB鏡通道Ⅱ的空間分辨的二分之一，通道間的視場(chǎng)差別得到有效規(guī)避，因而所得結(jié)果為準(zhǔn)同視軸的熱斑電子溫度信息。

本實(shí)用新型的基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度定量探測(cè)，空間分辨率達(dá)到3μm -5μm，集光效率達(dá)到10^-11～10^-12sr量級(jí)，可探測(cè)到高空間分辨熱斑電子溫度。本實(shí)用新型的基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備還可直接對(duì)ICF熱斑氘氚燃料軔致發(fā)射X射線進(jìn)行測(cè)量，無需摻雜，避免輻射制冷效應(yīng)，具有廣闊且重要應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.熱斑 2.球面物鏡Ⅰ 3.球面物鏡Ⅱ 4. 復(fù)合球面物鏡Ⅲ 5.成像板 6.單能像Ⅰ 7.單能像Ⅱ 8.反射面Ⅰ 9.反射面Ⅱ。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)用新型的基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備包括位于子午方向、反射面相對(duì)的球面物鏡Ⅰ2和球面物鏡Ⅱ3，位于弧矢方向、反射面向上的復(fù)合球面物鏡Ⅲ4和X射線的成像板5；熱斑1通過間接驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變ICF靶丸內(nèi)爆獲得，熱斑1發(fā)射的X射線沿光路Ⅰ入射到球面物鏡Ⅰ2反射至復(fù)合球面物鏡Ⅲ4的反射面Ⅰ8后截取能量帶E₁的X射線，在成像板5上成像為二維的單能像Ⅰ6，球面物鏡Ⅰ2的反射面和復(fù)合球面物鏡Ⅲ4的反射面Ⅰ8構(gòu)成一個(gè)Kirkpatrick-Baze 鏡通道即KB鏡通道Ⅰ；所述的熱斑1發(fā)射的X射線沿光路Ⅱ入射到球面物鏡Ⅱ3反射至復(fù)合球面物鏡Ⅲ4的反射面Ⅱ9后截取能量帶E₂的X射線，在成像板5上成像為二維的單能像Ⅱ7，球面物鏡Ⅱ3的反射面和復(fù)合球面物鏡Ⅲ4的反射面Ⅱ9構(gòu)成另一個(gè)KB鏡通道Ⅱ；所述的單能像Ⅰ6和單能像Ⅱ7的信號(hào)傳輸至激光磷屏分析儀進(jìn)行識(shí)別，之后通過數(shù)據(jù)處理獲得熱斑1的二維電子溫度；

所述的復(fù)合球面物鏡Ⅲ4的中心位于球面物鏡Ⅰ2和球面物鏡Ⅱ3的對(duì)稱面上，成像板5的豎直對(duì)稱面與球面物鏡Ⅰ2和球面物鏡Ⅱ3的對(duì)稱面重合；

所述的反射面Ⅰ8和反射面Ⅱ9上分別涂覆有窄能帶X光多層膜。

所述的熱斑1和球面物鏡Ⅰ2的中心的連線Ⅰ與熱斑1和球面物鏡Ⅱ3的中心的連線Ⅱ的夾角θ，即兩個(gè)通道相對(duì)熱斑的夾角θ，夾角θ所引入的最大視場(chǎng)幾何差別小于KB鏡通道Ⅰ和KB鏡通道Ⅱ的空間分辨的二分之一。

所述的球面物鏡Ⅰ2和球面物鏡Ⅱ3的反射面上涂覆有單層金屬膜。所述的球面物鏡Ⅰ2的反射面上涂覆的單層金屬膜的材料為鉬，球面物鏡Ⅱ3的反射面上涂覆的單層金屬膜的材料為銅。

所述的反射面Ⅰ8上的窄能帶X光多層膜為依據(jù)Bragg衍射原理獲得能量帶E₁的X光多層膜，反射面Ⅱ9上的窄能帶X光多層膜為依據(jù)Bragg衍射原理獲得能量帶E₂的X光多層膜。

所述的能量帶E₁和能量帶E₂的寬度小于等于0.5keV，能量帶E₁和能量帶E₂之間的間隔大于0.5keV。

本實(shí)施例中KB鏡通道Ⅰ和KB鏡通道Ⅱ的空間分辨是3μm～5μm，成像放大倍數(shù)是7.5，之間的夾角θ是0.9°，由于采用了復(fù)合球面物鏡的設(shè)計(jì)從而節(jié)省空間，因而能夠達(dá)到0.9°。子午方向的球面物鏡Ⅰ 2和球面物鏡Ⅱ 3以及弧矢方向的復(fù)合球面物鏡Ⅲ 4均是5mm大小，X射線的成像板5是15cm大小?；贙B鏡基本原理，KB鏡通道Ⅰ對(duì)熱斑1發(fā)出的能量帶E₁為3.5±0.25keV X 射線進(jìn)行二維單能成像，所成像為X光二維的單能像Ⅰ6?；贙B鏡基本原理，KB鏡通道Ⅱ?qū)岚?發(fā)出的能量帶E₂為8±0.25keV X 射線進(jìn)行二維單能成像，所成像為X光二維的單能像Ⅱ 7。神光III主機(jī)大型激光裝置上間接驅(qū)動(dòng)ICF靶丸內(nèi)爆過程中典型熱斑1尺寸為70μm～100μm。

本實(shí)用新型的基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備，要求對(duì)熱斑獲取準(zhǔn)同視軸內(nèi)兩個(gè)能量帶的譜線強(qiáng)度。對(duì)于ICF內(nèi)爆熱斑單位質(zhì)量的譜能輻射為：

（1）

其中，是電荷，是電子質(zhì)量，是光速，是原子序數(shù)，是電子密度，是玻爾茲曼常量，是電子溫度，是質(zhì)量數(shù)，是質(zhì)子質(zhì)量，是普朗克常量，是頻率，此時(shí)有：

（2）

及：

（3）

也就是說，只要探測(cè)到熱斑上兩種不同譜線的強(qiáng)度，就可以根據(jù)上述公式給出電子溫度，然而是與位置密切相關(guān)的，即，也就是以及必須來自同一個(gè)點(diǎn)（，）。然而目前多通道電子溫度診斷設(shè)備在觀測(cè)靶點(diǎn)同一位置時(shí)，由不同通道之間視角差異，所引入的視場(chǎng)幾何差別將會(huì)帶來，這個(gè)視場(chǎng)差既不僅包括二維投影截面幾何差異，還包括垂直于截面的空間探測(cè)路徑差異，因而難以得到電子溫度的精確結(jié)果。

這里提出將上述視場(chǎng)差最大值規(guī)避到KB顯微鏡空間分辨的二分之一（取二分之一的原因是空間分辨帶寬是以視軸為中心線對(duì)稱分布的）以下，因此得出，進(jìn)而得出電子溫度的精確結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度定量探測(cè)。

在神光III主機(jī)大型激光裝置上，目前常用較高空間分辨的多通道熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備各通道間最小視角差為5.45°，由此引入的視場(chǎng)幾何差別為3.65μm～5.20μm，并且大于了KB鏡的空間分辨二分之一范圍1.5μm～2.5μm，因而難以得到電子溫度的精確結(jié)果。而本實(shí)用新型的基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備中兩個(gè)通道間視角差異的夾角θ為0.9°，其所引入的視場(chǎng)幾何差別為0.56μm～0.79μm，并且小于了KB鏡的空間分辨二分之一范圍1.5μm～2.5μm，因此有效規(guī)避了視場(chǎng)差別的顯著影響，定義了準(zhǔn)同視軸概念，同時(shí)結(jié)合KB鏡高集光效率、高空間分辨等優(yōu)勢(shì)，直接測(cè)量熱斑1氘氚燃料軔致發(fā)射X射線，無需熱斑摻雜，給出電子溫度二維分布的精確信息，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度定量探測(cè)，為研究諸如慣性約束聚變ICF內(nèi)爆熱斑重要物理狀態(tài)密切相關(guān)參數(shù)以及電子溫度及其與熱斑幾何之間的關(guān)系等物理問題做出了有益的探索。

假定是基于準(zhǔn)同視軸的ICF熱斑電子溫度探測(cè)設(shè)備對(duì)熱斑1所成X光二維的單能像上每一個(gè)點(diǎn)的強(qiáng)度，是X射線的成像板5的譜響應(yīng)，是KB鏡通道的譜響應(yīng)，則，因此，對(duì)于本實(shí)施例則，從而得出準(zhǔn)同視軸的ICF內(nèi)爆熱斑電子溫度二維分布的精確信息。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，所述的熱斑1通過直接驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變ICF靶丸內(nèi)爆獲得，所述的球面物鏡Ⅰ2的反射面上涂覆的單層金屬膜的材料為金，球面物鏡Ⅱ3的反射面上涂覆的單層金屬膜的材料為鉬。所述的兩個(gè)通道相對(duì)熱斑的夾角θ為0.7°，所述的熱斑1發(fā)出的能量帶E₂為12±0.25keV，能量帶E₁為4.2±0.25keV。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。