一种测量黑腔m带x射线辐射对称性的方法
阅读说明：本技术 一种测量黑腔m带x射线辐射对称性的方法 (Method for measuring symmetry of X-ray radiation in black cavity M-band ) 是由 李琦 郭亮 赵航 李志超 龚韬 潘凯强 李三伟 蒋小华 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种测量黑腔M带X射线辐射对称性的方法,首先将黑腔、单能通道、针孔阵列、微通道板和X射线成像设备的中心都放在在同一条直线上,其中黑腔两侧壁的中心开有诊断孔,将靶球涂上荧光材料,放置在黑腔中心；将激光射入黑腔,激光在黑腔内转换成软X射线和M带X射线,M带X射线会照射在靶球上会诱发特征荧光,特征荧光从诊断孔射出,经单能通道、针孔阵列和微通道板后,在X射线成像设备上得到单能的靶球荧光图像,由于荧光强度与M带X射线的强度成正比,所以通过靶球荧光图像,可以计算得到M带X射线的对称性。本发明可以通过荧光材料的阈值特性,将软X射线和M带X射线分离开来,实现对黑腔M带X射线辐射对称性的分频测量。(The invention discloses a method for measuring the symmetry of X-ray radiation in a black cavity M, which comprises the following steps of firstly, placing the centers of the black cavity, a single-energy channel, a pinhole array, a microchannel plate and an X-ray imaging device on the same straight line, wherein the centers of two side walls of the black cavity are provided with diagnostic holes, coating a target ball with a fluorescent material, and placing the target ball in the center of the black cavity; the laser is emitted into the black cavity, the laser is converted into soft X rays and M-band X rays in the black cavity, the M-band X rays can irradiate on the target ball to induce characteristic fluorescence, the characteristic fluorescence is emitted from a diagnosis hole, and a single-energy target ball fluorescence image is obtained on X-ray imaging equipment after passing through a single-energy channel, a pinhole array and a microchannel plate. The invention can separate the soft X-ray from the M-band X-ray through the threshold characteristic of the fluorescent material, thereby realizing the frequency division measurement of the symmetry of the black cavity M-band X-ray radiation.)
技术领域
本发明属于间接驱动激光聚变技术领域，具体涉及一种测量黑腔M带X射线辐射对称性的方法。
背景技术
在间接驱动激光聚变中，黑腔内X射线加热靶丸表面的烧蚀层产生向内的推力，最终靶丸形成高温高密度的中心热斑并实现聚变点火。黑腔辐射对称性是实现聚变点火的重要基础。当辐射场对称时，靶丸趋向于理想的球形压缩，此时压缩效率最高，热斑温度、密度也较高；当辐射场不对称时，靶丸偏离球形压缩，此时压缩效率降低，热斑温度、密度也会降低。因此，研究靶丸表面的辐射对称性对于理解靶丸压缩过程具有重要意义。
黑腔内的X射线通常按照能量划分为软X射线和高能的M带X射线。M带X射线主要产生于电子温度较高而密度较低的冕区等离子体附近，其发射特性导致M带X射线具有更强的不对称性分布。目前，间接驱动激光聚变研究中通常采用热斑芯部自发光成像、高Z靶球再发光成像、冲击波速度测量等实验方法测量黑腔辐射对称性。然而，这些实验方法只能测量全能段的辐射对称性分布，而无法测量分频的M带X射线辐射对称性分布。模拟结果表明，分频的M带X射线辐射不对称性对靶丸压缩过程也具有不可忽视的重要影响。因此，精确的测量M带X射线辐射对称性，有助于准确评估其对靶丸压缩过程的影响。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种测量黑腔M带X射线辐射对称性的方法，将靶球上涂上硅荧光材料，利用荧光发射的阈值特性，黑腔内的M带X射线诱发硅的特征荧光。将靶球发射的荧光粉经过单能通道选能，然后通过针孔阵列、微通道板，最终在X射线成像设备上形成时空分辨的单能荧光图像；通过靶球荧光图像得到荧光图像的强度角分布，进一步获得M带X射线辐射对称性。
本发明目的通过下述技术方案来实现：一种测量黑腔M带X射线辐射对称性的方法，包括以下步骤：
S1、设置测量装置；所述测量装置包括依次间隔放置的黑腔、单能通道、针孔列阵、微通道板和X射线成像设备，所述黑腔、所述单能通道、所述针孔阵列、所述微通道板和所述X射线成像设备的中心位于一条直线上；
S2、在靶球表面涂上一层荧光材料，将靶球设置在黑腔中心；
S3、将激光射入所述黑腔，在所述X射线成像设备上得到单能的靶球荧光图像；
S4、利用所述靶球荧光图像，计算得到M带X射线辐射对称性。
靶球表面涂上一层荧光材料，黑腔内的M带X射线会诱发荧光材料的特征荧光而软X射线不能诱发荧光，特征荧光通过单能通道进行选能，再经过针孔阵列成像和微通道板，最后在X射线成像设备上形成时空分辨的单能靶球荧光图像。由于靶球发射的荧光强度正比于M带X射线强度，因此靶球荧光图像的强度角分布就等价于M带X射线辐射对称性分布，因而可以通过荧光图像的强度角分布获得M带X射线辐射对称性。
优选地，所述黑腔为用于间接驱动激光聚变研究的上下开有通孔、中间贯通的腔体，其特征在于，所述黑腔的两侧壁上分别开有一个诊断孔，两个所述诊断孔的法线所成角度为180°。
本发明采用的黑腔为间接驱动激光聚变研究中用的黑腔，不同的是，在黑腔的侧壁上开有两个诊断孔，用于进行M带X射线的对称性测量。
优选地，所述诊断孔、所述单能通道、所述针孔阵列、所述微通道板和所述X射线成像设备的中心均位于同一条直线上。
将诊断孔的中心与测量装置的中心对齐，保证特征荧光能够射入测量装置。
优选地，步骤S3中，激光从所述通孔射入，在所述黑腔壁上转换为软X射线和M带X射线，M带X射线诱发所述靶球上荧光材料的特征荧光，所述特征荧光经过所述诊断孔射出所述黑腔，所述特征荧光依次经过所述单能通道、所述针孔阵列和所述微通道板，最终在所述X射线成像设备上得到单能的靶球荧光图像。
特征荧光首先经过单能通道进行单能选能，然后进过针孔列阵成像，再经过用于时间分辨的微通道板，最终在X射线成像设备上的到靶球荧光图像。
优选地，步骤S4中，利用所述靶球荧光图像得到荧光强度角分布f(θ)，将f(θ)按勒让德多项式展开，得到：
展开系数得到黑腔内M带X射线的各阶辐射不对称性分别为c1/c0，c2/c0，c3/c0......cl/c0，其中Pl(cosθ)为l次勒让德多项式。
由于靶球发射的荧光强度正比于M带X射线强度，因此靶球荧光图像的强度角分布就等价于M带X射线辐射对称性分布，可以通过荧光图像的强度角分布获得M带X射线辐射对称性。
优选地，所述靶球的中心为一个碳氢实心球，外层涂有硅荧光材料。
采用硅荧光材料，利用硅荧光材料的荧光特性，黑腔内的M带X射线照射在硅荧光材料涂层上后会诱发荧光，而软X射线不能诱发荧光，由此M带X射线的强度正比于荧光强度，便于后续进行M带X射线的对称性测量。
优选地，所述硅荧光材料的厚度为5-10μm。
优选地，所述单能通道为罗斯滤片或球面弯晶，用于X射线单能选通。
优选地，步骤S3中，所述荧光图像为靶球荧光在不同时间段的单能X射线图像。
由于黑腔M带X射线辐射对称性是随时间变化的，同时记录不同时刻的荧光图像可以获得M带X射线辐射对称性的时间演化。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：
在靶球上涂上硅荧光材料，只有M带X射线才能诱发硅荧光材料的特征荧光，利用荧光发射的阈值特性将软X射线和M带X射线的作用区分开来，实现对黑腔M带X射线辐射对称性的分频测量。从诊断孔射出的特征荧光通过单能通道选能，再经过针孔阵列成像，最终经过用于时间分辨的微通道板，在X射线成像设备上形成时空分辨的单能荧光图像。靶球单能荧光图像的强度正比于M带X射线的强度，利用靶球单能荧光图像即可计算得到M带X射线的辐射对称性。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明的测量装置结构示意图。
图3是本发明实施例的靶球荧光图像。
图4是本发明实施例的靶球荧光图像的强度角分布图。
其中，附图标记对应的名称为：1-黑腔；2-诊断孔；3-靶球；4-单能通道；5-针孔阵列；6-微通道板；7-X射线成像设备。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
实施例1：
参考图1所示，一种测量黑腔M带X射线辐射对称性的方法，包括以下步骤：
S1、设置测量装置；所述测量装置包括依次间隔放置的黑腔、单能通道、针孔列阵、微通道板和X射线成像设备，所述黑腔、所述单能通道、所述针孔阵列、所述微通道板和所述X射线成像设备的中心位于一条直线上。
参照图2，将黑腔1、单能通道4、针孔阵列5、微通道板5和X射线成像设备中心对齐，并间隔设置好。各个设备之间的间隔根据实际应用的测量条件进行调整，保证特征荧光能够在X射线成像设备上得到完整、清晰的靶球荧光分布图像即可。
其中，本方法对黑腔M带X射线进行测量时，所采用的黑腔1为用于间接驱动激光聚变研究中的，上下开孔、中间贯通的柱状腔体。在黑腔1的两侧壁上分别开有一个诊断孔2，两个诊断孔2的法线呈180°，且诊断孔2、黑腔1、单能通道4、针孔阵列5、微通道板6和X射线成像设备的中心均位于同一条直线上。
本实施例的单能通道4为罗斯滤片或球面弯晶，用于X射线单能选通；针孔阵列5用于成像；微通道板6用于时间分辨；X射线成像设备用于X射线成像。
S2、在靶球表面涂上一层荧光材料，将靶球设置在黑腔中心。
本实施例在靶球3上涂一层硅荧光材料，该靶球3的中心为碳氢实心球，即CH实心球，外层涂的硅荧光材料的厚度为5-10μm。将涂上荧光材料的靶球3放置在黑腔1中心。
S3、将激光射入所述黑腔，在所述X射线成像设备上得到单能的靶球荧光图像。
将激光从黑腔1的开孔射入，在黑腔1壁转换为软X射线和M带X射线，软X射线和M带X射线同时作用于靶球3表面；靶球3表面涂有一层Si荧光材料，由于荧光发射的阈值特性，黑腔1内的M带X射线诱发Si的特征荧光而软X射线不能诱发荧光，因此靶球3发射的荧光强度正比于M带X射线强度；靶球3发射的荧光经过单能通道4选能，然后通过针孔阵列5、微通道板6，最终在X射线成像设备7上形成时空分辨的单能荧光图像。由于黑腔M带X射线辐射对称性是随时间变化的，同时记录不同时刻的荧光图像可以获得M带X射线辐射对称性的时间演化。参照图3，为本实施例中X射线成像设备记录的某一时刻的靶球荧光图像。
S4、利用所述靶球荧光图像，计算得到M带X射线辐射对称性。
利用所述靶球荧光图像得到荧光强度角分布f(θ)，将f(θ)按勒让德多项式展开，得到：
展开上述公式的系数得到黑腔内M带X射线的各阶辐射不对称性分别为c1/c0，c2/c0，c3/c0......cl/c0，其中Pl(cosθ)为l次勒让德多项式。参照图4，为靶球荧光图像的荧光强度角分布，图中A为原始图像的荧光强度角分布，B为勒让德多项式拟合得到的强度角分布。
由于靶球3发射的荧光强度正比于M带X射线强度，因此靶球3荧光图像的强度角分布就等价于M带X射线辐射对称性分布，因而可以通过荧光图像的强度角分布获得M带X射线辐射对称性。
综上所述，本发明提供的一种测量黑腔M带X射线辐射对称性的方法，利用黑腔内的高能M带X射线诱发Si材料的特征荧光，进而可以通过靶球的荧光图像获得M带X射线辐射对称性分布；黑腔中同时存在软X射线和M带X射线，本发明可以利用荧光发射的阈值特性将软X射线和M带X射线的作用区分开来，通过靶球的荧光图像获得分频的M带X射线辐射对称性，在间接驱动激光聚变中具有重要的应用前景。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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