辐射温度的数据处理方法

　　在间接辐射驱动ICF实验中,激光辐照黑腔先转换成X光,然后烧蚀靶丸。烧蚀速率对辐射温度Tr的变化十分敏感,Tr是辐射驱动实验的关键物理量。另外,通过对辐射温度的时间曲线研究可以优化黑腔尺寸和结构,提高黑腔的能量耦合效率。辐射温度还直接反映了激光装置的驱动能力。因此,辐射温度对ICF实验研究意义重大。辐射温度的数据处理方法已有最大熵法[1],sandII法[2]以及函数回推法[3],由于谱回推的过程比较复杂,某些情况下还得不到收敛的结果,因此本文引进了一种新的非解谱方法,同时研究了两种解谱方法。通过对3种方法的实验研究,建立了该激光装置上新型15道软X光能谱仪的数据处理系统。

　　1　软X光能谱仪的测温原理

　　通常测量的辐射温度指的是黑腔内的等效积分温度[4],空腔内的X光辐射能谱接近平衡,我们把测得的能谱P(E,t)当作黑体辐射谱,通过P(E,t)作有限积分,则

式中:π/cosθ是能谱空间发射因子;S为辐射源的发射面积;σ为Stefan-Boltzmann常数;T就是辐射场的积分温度。

　　软X光能谱仪是多道探测器。能道由滤片、掠入射式平面反射镜、X光探测器(XRD)、传输电缆和快示波器构成。示波器记录的第i道信号Yi(t)由能谱函数P(E,t)和能道响应函数Ri(E)按式(2)合成,即

其中N代表能道数目,式(1)积分上下限取0.1~4.0keV。能道响应函数

式中:ΔΩi是第i道XRD对X光源所张的立体角;μi(E)是滤片的质量吸收系数;Di是滤片的面密度;Si(E)是XRD的能量电荷灵敏度。

　　图1给出一台15能道软X光能谱仪的能道响应函数Ri(E)(i=1,2,…,15),一般必须通过解积分方程(2)来回推每个时刻t的能谱分布P(E,t)。通过式(1)我们就可以测得辐射温度的时间分布曲线。

　　2　辐射温度的数据处理方法

　　谱仪的解谱方法一般都采用迭代法,给定任意初始谱P(E),依据不同的收敛准则(迭代公式),产生新的迭代谱,直到利用公式(2)计算得到的各道信号与示波器测量到的真实信号满足一定的精度后中止迭代,结果即为所求的能谱。典型的迭代公式为

　　迭代法通常会引进响应函数的迭代因子C(k)j,因此得到的谱形状都会受响应函数的滤片吸收边影响。主要的解决办法是每隔几次迭代对谱曲线进行平滑,例如三次样条平滑[1]和Gauss平滑技术[2]。

　　传统的辐射温度处理程序是最大熵迭代和三次样条平滑技术结合[1],该程序只能处理7道软X光能谱仪。在该激光装置上首次使用15道软X光能谱仪,因此编写了两个解谱程序以及一个非解谱程序对处理方法进行系统研究。这3种方法的核心思想是:方法Ⅰ,基于最大熵法和Gauss平滑技术的解谱程序;方法Ⅱ,计算每个窄能道的平均谱强度,拟合得到能谱,通过改进加入了迭代的过程,同时考虑到响应函数高能尾部的影响[4];方法Ⅲ,最小面积法计算辐射温度[5],构造响应函数等同于Ri(E)为常量,就不需要解积分方程式(2),避免解谱过程直接计算辐射温度。