基于X光光场成像技术的黑腔辐射源三维诊断方法研究

X-ray imaging is the core diagnostic technique in the field of high energy density physics, especially in the field of inertial confinement fusion. At present, the international inertial confinement fusion (ICF) project is faced up with great challenge to obtain ignition. New X-ray imaging technology is needed to accurately characterize the ICF physics, especially to "spy" the hohlraum. At present, the X-ray imaging technology based on single macro lens does not have the capability of three-dimensional imaging. In this project , we proposed the X-ray light field imaging technology which is treated as a new way to realize 3D imaging of the hohlraum radiation source . In the proposed method, the light field information of the hohlraum is acquisited through a specially arranged micro lens array (pinhole array), and 3D model is then obtained by computational integral imaging reconstruction. The imaging system based on this method is simple in structure and does not need any auxiliary devices. Through one shot, we can get three-dimensional optical information of 3D object both at different depth positions and different viewing angle. The research of this project is expected to achieve a universal 3D plasma diagnosis technology, and it will play an important role in the field of inertial confinement fusion, laboratory astrophysics and high energy density physics.

X光成像技术是以惯性约束聚变为代表的高能量密度物理研究领域的核心诊断技术。当前国际惯性约束聚变实验工程面临着严峻的挑战，需要新型X光成像技术对关键物理过程进行精细刻画，特别是需要具备深度信息提取能力的成像技术来“窥视“黑腔辐射源。目前ICF实验采用的基于单一宏观透镜的X光成像技术并不具备三维成像能力。本项目首次提出了基于X光光场成像技术的黑腔辐射源三维诊断方法，该方法通过特殊构型的微透镜阵列（针孔阵列）实现对黑腔辐射源X光光场信息的提取，并通过计算重构的方式获得物理场景的三维光学模型。基于该方法的X光三维成像系统结构简单，不需要任何辅助设备，通过一次成像可以获取目标场景不同深度位置和不同观察视角的三维光学信息。通过本项目的研究有望实现一种普适的等离子体三维诊断技术，对惯性约束聚变、实验室天体物理和高能量密度物理基础研究领域都具有重要的推动作用。

X光成像技术是以惯性约束聚变为代表的高能量密度物理研究领域的核心诊断技术。当前国际惯性约束聚变实验工程面临着严峻的挑战，需要新型X光成像技术对关键物理过程进行精细刻画，特别是需要具备深度信息提取能力的成像技术来精细诊断黑腔辐射源。目前ICF实验采用的基于单一宏观透镜的X光成像技术并不具备三维成像能力。本项目提出了基于X光光场成像技术的黑腔辐射源三维诊断方法，该方法通过特殊构型的微透镜阵列（针孔阵列）实现对黑腔辐射源X光光场信息的提取，并通过计算重构的方式获得物理场景的三维光学模型。项目实际取得的进展情况为：1）建立了柱形黑腔辐射源光场成像与图像重构理论模型；2）发展了柱形黑腔辐射光场采样实验方法，研制了采样装置并开展了采样实验，获得了柱形黑腔辐射源多视角阵列化图像数据；3）设计了柱形黑腔辐射源多视角图像数据处理与三维重构算法程序；4）实现了柱形黑腔辐射源三维重构。在实施过程中，项目组人员与国内相关科研团队开展了良好的合作研究；共发表与本项目研究内容相关的学术论文7篇，申请专利多项。通过本项目的研究我们验证了一种普适的等离子体三维诊断技术，该技术对惯性约束聚变、实验室天体物理和高能量密度物理基础研究领域都具有重要的推动作用。