聚焦型均匀色散晶体光谱仪研究

目前在Z箍缩(Z-pinch)和激光惯性约束聚变(ICF)诊断领域，主要采用常规几何面型(如平面、柱面、锥面、椭圆面和球面等)晶体光谱仪来测量高温等离子体X光光谱。它们的共同特点是：X光在探测器上的色散是不均匀的，即谱仪的线色散率是随波长发生变化的。.本项目拟开展聚焦型均匀色散晶体光谱仪研究，针对具体物理诊断需求，利用逆向设计方法，开展谱仪布局参数和特殊线形旋转对称分光晶体面型参数设计，同时实现聚焦(提高谱线亮度和实现空间分辨成像)和光谱色散均匀化(常线色散率)的良好效果，克服现有晶体光谱仪中光谱分布不均匀、需要光谱图像坐标校正以及光谱分辨力随波长存在差异等诸多不足点，从而最大程度地为Z箍缩和激光惯性约束聚变实验物理研究提供优质光谱图像数据。

X射线晶体光谱仪是高温等离子体辐射光谱测量的重要仪器，广泛应用于惯性约束聚变（ICF）、Z箍缩（Z-pinch）物理等高能量密度物理研究中。本项目研究和发展了一种新的聚焦型均匀色散X射线晶体光谱仪，通过优化设计谱仪的分光晶体面型以及几何结构参数，同时实现了聚焦(提高谱线亮度和实现空间分辨成像)和光谱色散均匀化(常线色散率)的良好效果，简化了光谱识别和分析程序。. 项目按照研究计划开展了理论建模、数值计算与分析、光谱仪参数及结构设计、实验、光谱图像处理与分析以及等离子体电子温度诊断技术等方面的研究。取得的主要成果简述如下：. （1）利用光线追迹原理，建立了聚焦型旋转对称晶体光谱仪的理论模型，给出了聚焦型旋转对称晶体光谱仪主要性能参数（空间色散关系、线色散率、空间放大倍率、光谱放大倍率、空间分辨力、光谱分辨力以及亮度等）的理论计算公式。. （2）根据理论公式，利用数值方法具体分析了三种典型聚焦型旋转对称晶体光谱仪（Von Hamos型圆柱晶体光谱仪、ELICS型圆锥晶体光谱仪和FSSR-2D型球面晶体光谱仪）的性能和特点，为这些光谱仪的设计与应用提供有益参考；. （3）基于理论模型，提出了聚焦型均匀色散晶体光谱仪的概念并对比分析了其主要性能特点，给出了其色散分光晶体的面型应满足的条件以及晶体的设计和制作方法；. （4）针对Al丝阵Z箍缩等离子体光谱诊断需求，优化设计了一种典型的双通道的聚焦型均匀色散晶体光谱仪，并在阳加速器上开展了光谱测量应用，为Z箍缩内爆物理研究提供了一种新型光谱测量仪器。. （5）研制了半自动光谱识别程序，为实验光谱数据的识别、分析和处理提供了十分简便、准确和可靠的光谱分析工具。. （6）基于实验光谱数据，结合线谱强度比方法和连续谱斜率方法发展了一种Z箍缩等离子体电子温度径向分布的诊断方法。利用此方法获得了Al丝阵Z箍缩等离子体的平均电子温度和轴心电子温度，并据此给出了其电子温度的径向分布信息。为Z箍缩内爆物理研究提供了关键物理信息。