椭圆型晶体谱仪谱测量的解谱

　　1　引　言

　　在X射线激光,激光核聚变(ICF),激光等离子体X射线光源和高次谐波等实验研究中X射线能谱的测量受到广泛的关注和应用[2-4],但在X射线光谱探测中,除了谱仪之外,探测器是不可缺少的非常重要的组成部分,只有通过探测器,才能把需要的信息记录下来。在国外,曾经采用经过标定的柯达101型X射线胶片作为晶体谱仪记录介质,成功地获得激光等离子体X射线能谱。近年来,国内采用经过标定的上海产的5FW X射线胶片作为晶体谱仪的记录介质,通过对胶片记录的信息进行黑密度扫描、解谱反演,又考虑了记录胶片的响应特性以及晶体谱仪的几何参数,成功地获得所需的实验数据—X射线线谱[5]。胶片虽然具有很好的空间分辨和较宽的动态范围而被广泛地用于X射线谱测量中,但是胶片具有其自身的弱点。一是胶片是非线形介质,HD曲线是非线形的,这给解谱反演带来了很大的困难;二是胶片的响应曲线与冲洗条件密切相关,需要严格控制冲洗条件;三是实验结束以后除要冲洗外,还要在黑度计上读出黑密度值,使用不太方便。鉴于这些因素,X射线CCD正逐步取代胶片[6]。CCD属于谱响应平滑线形光电元件,可以直接与计算机配接,可用计算机在线处理X射线谱,及时得到实验结果,从而对后续的打靶条件做出有益判断。为此,本文首次在实验中采用了X射线CCD相机作为椭圆型晶体谱仪的记录介质,获得了等离子体的丰富信息和特征。但要得到真实的X射线能谱,还必须对椭圆型晶体谱仪配X射线CCD相机记录信号进行一系列解谱过程,方能得到物理上所需要的实验结果。根据这一情况,本文展开了对椭圆型晶体谱仪配X射线CCD测量系统解谱的研究。

　　2　椭圆型晶体谱仪配X射线CCD测量原理

　　激光与靶耦合相互作用形成激光等离子体X射线源,X射线通过椭圆型晶体收集后反射成像于椭圆第二焦点上(出射狭缝),并在此处用滤波片予以选通,衍射光线透过滤波片后,色散光线按波长大小序列落在探测器记录面上,从而实现谱分辨,如图1所示。

　　椭圆型弯曲晶体反射光线具有本身独特的优势,衍射后的X射线都要汇聚成一实像点,这一特点对谱线辨认、标识和反演带来了不少方便。在实验中可充分地利用这一特点有效地实现扩散反射光线,并加以限制衍射晶体在探测器面上的发散角来达到提高谱分辨率能力,同时能较容易地实现消除或截断来自衍射晶体的漫反射和荧光背景辐射杂散光的影响达到改善谱仪信噪比的目的,这一特点也可用于光路的调节或准直。

　　当X射线通过椭圆型衍射晶体时,衍射光遵从布拉格衍射定律:

　　kλ=2dsinθ, (1)

　　其中,λ为入射波长,θ为布拉格角,d为晶面间距,k为衍射级次。