基于透射式对数螺线晶体的瞬态X射线单色背光照相技术

Transient monochromatic x-ray backlighting is an essential and basic diagnostic in the research area, such as laser or z-pinch driven inertial confinement fusion, high energy density physics and laboratory astrophysics. It uses the external x-ray source as backlighter to obtain the physical information from the monochromatic x-ray image of the investigated objects. In recent years the most broadly applied monochromatic x-ray backlighting is based on the spherically bent crystal with reflection type, but its photon-energy is generally low due to its inherent imaging restrictions, and therefore can not satisfy the diagnostical requirement for high Z materials or high density targets..In this research, we propose that the x-ray source produced by the interaction of high power short pulse laser with solid target is used as a backlighter, and the transimission logarithmic spiral crystal is employed as a monochromator and an optical path deflector, to realize the relatively high photon energy (7 kev-18 kev) transient monochromatic x-ray backlighting. This research provide a diagnostical tool for the physical targets, such as the z-pinch or laser driven imploding high-density target, the laser driven microjet or high-speed jet, etc.

瞬态X射线单色背光照相是激光或Z箍缩驱动的惯性约束聚变、高能量密度物理以及实验室天体物理等研究领域中一项重要的基础实验诊断技术。它利用外部X射线源作为探针背向探测经目标吸收且单色化后的X射线阴影图像，获得靶目标的相关物理信息。近年来应用较广泛的是基于反射式球面晶体的X射线单色背光照相技术，但是由于其固有成像特性的限制，其照相光子能量一般较低，不能满足高Z材料或稠密靶区的诊断需求。.本项目提出利用短脉冲高功率激光驱动固体靶材产生的偏硬特征X射线作为照相光子源，采用透射式对数螺线晶体作为单色器和光路偏转器，对诊断目标实现较高光子能量(7 kev～18 kev)的瞬态X射线单色背光照相，解决Z箍缩或激光驱动的高密度内爆靶、激光驱动的微物质喷射及高速射流等物理实验对高光子能量X射线单色背光照相诊断需求。

基于外部X射线源的X射线单色背光照相技术利用X射线探针背向照射诊断目标，探测和接收经目标吸收X射线单色透视图像，获得目标的内部结构和面密度信息，是激光或Z箍缩驱动的惯性约束聚变、高能量密度物理以及实验室天体物理等研究领域中一项重要的基础实验诊断技术。近年来，基于反射式球面晶体的X射线单色背光照相技术应用较为广泛，但是由于其固有成像特性的限制，尤其是晶体的晶格常数，其照相光子能量一般较低，难以满足高Z材料或稠密靶区的诊断需求。.本项目研究和发展一种新的基于对数螺线弯晶的成像技术，针对特定光源（短脉冲高功率激光驱动产生的X光源和X光机）的某一特征谱线，通过优化设计对数螺线晶体的面型和几何结构参数，晶体实现探针光的单色化和光路偏转，从而实现较高光子能量的瞬态X射线单色背光照相。设计并研制了基于对数螺线弯晶的单色背光照相系统，利用微焦点X光机开展了静态验证实验，在神光Ⅱ高能激光装置开展了激光驱动层碎裂物质的背光照相应用实验。本项目的研究成果为激光或Z箍缩驱动的惯性约束聚变、高能量密度物理等实验研究提供了一种新的较高能点的硬X射线单色背光照相诊断手段。此外，该技术在无损检测和同步辐射X射线光学等领域亦具有潜在应用价值。