超快多路温度计的新设计

Plasma as the fourth state of the substance widespread in the universe, its thermodynamic and hydrodynamic properties has aroused considerable concern, the temperature as one of the key parameter of plasma state, its diagnosis is very important. The task aims to design a ultrafast muilti-channel pyrometer, dynamically diagnosing temperature of plasma. Imaging spectrometer discrimination with extremely low resolution is a new technique for pyrometer comparing with traditional filters. Radiation spectral distribution generated by target matter is stimultanely obtained in the focal plane of the spectrograph, which is placed a two-dimension optical fiber array showing spectral and location information of the target matter in horizontal and vertical, respectively. Low spectral resolution which has broad enough of spectra range and enough large enough of luminous flux does not only ensures the accuracy of the temparature, but also taking into account the sensitivity. Besides, simultaneous measurement of multiple locations is achieved, it is very suitable for the temperature diagnostic of the "large volum" high energy density matter driven by ions beam. The pyrometer is calibrated by standard light source,and the temperature distribution of target surface is obtained by different spectrum radiation models. Two-channel pyrometer using traditional filters have already been sucessfully set up by the members of research group and a large number of preliminary works are also done, so this task deserves to be proceeded by syestmic studies and testing.

等离子体作为宇宙中广泛存在的物质第四态，其热力学和流体力学特性研究受到了广泛的关注，而温度作为其中一个重要的状态参量，对它的测量显得尤为重要。本项目旨在设计一种快响应的多路色温度计，来对等离子体进行动态温度的实时诊断。这种温度计采用极低分辨的成像光谱仪分光替代传统的滤光片，可以同时在其焦平面上得到靶物质的辐射光谱分布，两维光纤阵列放置在成像光谱仪的焦平面上，横向得到靶物质的光谱信息，纵向得到靶物质的位置信息；低的光谱分辨可以使采谱范围足够宽、光通量足够大，这不仅保证了测温的精确性，同时兼顾其灵敏度；而且可以首次实现多点同时测量，这点非常适合于离子束驱动产生的"大体积"高能量密度物质的温度诊断。标准光源用来对该温度计进行刻度，基于相关的辐射模型得到物体表面的温度分布。课题组成员已经成功地利用传统滤光片搭建了两路温度计，且做了大量的前期工作，有望通过系统研究与测试使这一课题得到突破。

等离子体广泛存在于宇宙空间中，现象复杂、应用广泛，因此，等离子体的基础特性研究受到了广泛的关注，状态方程是诊断等离子体状态的重要理论依据，温度作为其重要的物理参数，对它的测量是非常重要的。本项目设计了一超快的多路色温度计来对等离子体的温度以及高能量密度物质的温度进行非接触式地瞬时诊断。在可见和近红外光谱区域，通过获取特定条件下物体在不同波长下的辐射光强，并结合光谱发射率的各种模型，基于普朗克公式得到靶物体表面的温度分布。这种温度计在等离子体诊断、高能量密度物质诊断以及惯性约束聚变等研究中具有很大的应用价值。.该项目所设计的温度计采用两种分光技术，一种是基于滤光片分光的传统设计，一种是基于成像光谱仪分光的新设计。在基于滤光片分光的设计中，根据所购买的各光学元件的最佳性能参数以及测试结果搭建了八个滤光片分光的多路温度计装置。同时，在可见区内成功地调试出了两路温度计，并利用此系统测量了气体放电等离子体在不同放电电压下的光谱辐射，结果与等离子体的发光参数相符合。对于光谱的近红外部分，正在利用激光二极管进行光路调节。由于各个波长下的光路是一样的，因此，这部分的测试也是可以实现，同时也能够用来测量气体放电等离子体的光谱辐射。.在基于成像光谱仪分光的新设计中，利用高能C离子加热的CsI(Tl)晶体测试了该温度计的光收集、光输运以及探测系统，结果与CsI(Tl)晶体的性能参数相一致，这表明了新设计的多路温度计系统的光收集、光输运以及探测系统是可行的，同时验证了该设计可以同时性地测量靶上多个位置的光谱辐射，这也是该设计的特色之一。在气体放电等离子体实验中，利用该装置测量了等离子体的光谱辐射，结果显示：脉冲幅度清晰可见，上升沿明显，半高宽等与等离子体的参数相符合，不足的是测试中发现有负信号的存在，目前正在处理中。经过测量表明了新设计的高温计的可行性，且能够用来测量气体放电等离子的辐射光谱。.在多路温度计的刻度中，在中国测试技术研究院对标准光源溴钨灯在不同波长下的光谱辐照度进行了测量，根据此测量以及结合光谱发射率的各种模型可以得到靶物体的温度分布。.除此之外，受益于该项目的支持，我们还对X射线用于高能量密度物质的状态诊断进行了前期的研究，获得了较好的结果。总结以上，在目前工作的基础上后续的工作将是延伸多路温度计的测量波长并对光路进行整合与优化，然后结合光谱发射率进行计算部分的工作。