用于双通道椭圆弯晶谱仪的天然云母实验

　　激光核聚变产生大量的高温高密度等离子体,同时辐射出大量的X射线.这种离子体X射线具有高温离子体的大量有用信息,可以通过光谱测量技术来诊断激光等离子体的状态,如电子的温度和密度、等离子体的离化态、电子能量分布和X射线发射的总能量等信息[1 ].笔者研制的双通道椭圆弯晶谱仪(以下简称弯晶谱仪)就是一种获取激光惯性约束核聚变信息的重要诊断仪器.

　　1　弯晶谱仪的结构原理

　　弯晶谱仪能够分析0. 2~2 nm的激光等离子体软X射线,覆盖的布拉格角是30~67. 5°,除了在一个通道上用X-CCD作空间分辨测量外,还在另一个通道上用软X射线条纹相机作时间分辨测量,空间分辨率λ/λΔ为1 000,时间分辨率为20 ps[2 ].

　　它充分利用了晶体的布拉格衍射与椭圆光路的特点,即从椭圆一个焦点射出的光线经椭圆面反射必汇聚于另一焦点上,椭圆柱面的前焦线上是射线源,晶体固定在一个椭圆基底上,其表面构成一个椭圆柱面, X射线经晶体的布拉格衍射后会聚于后焦线上.后焦线处设置一条狭缝,透过狭缝的X射线投射到探测面上从而被记录下来.并且两椭圆弯晶分析器采用了上下错开、左右交叉布置这一特殊的光路系统设计,可满足同时获得X射线衍射的时间分辨和空间分辨的要求.具体光路如图1所示.

　　2　云母弯晶分析器的制作

　　2. 1　布拉格衍射的基本原理

　　布拉格衍射的基本原理是当X射线入射到晶体上时,晶体点阵中的原子(或离子)就成为子波的波源,向各个方向发出散射波,两列散射波经相互干涉后发生衍射[3 ].

　　在式(1)中, d是晶体的晶面间距,θ是布拉格衍射角,m是布拉格衍射级次,λ是X射线的波长.在弯晶谱仪的设计中,使用一级衍射明纹,即m= 1,则式(1)变成:

　　X射线弯晶谱仪覆盖的布拉格角是30~67.5°,对于天然云母(002)利用公式(2)计算出的晶体测量的软X射线波长范围为0.99~1.83 nm[4 ].

　　2. 2　椭圆弯晶分析器的制作

　　弯晶谱仪由椭圆弯晶分析器、谱仪真空室、光谱检测系统、定位支承调节基座、瞄准对中和测距装置、三维可调部件和与靶室连接的可换装置组成.其中,椭圆弯晶分析器是整个谱仪的核心部件,对整个弯晶谱仪能否获得谱线以及弯晶谱仪的工作性能具有决定性的作用[5 ].

　　云母椭圆弯晶分析器采用的晶体由四川甘孜州丹巴云母材料有限公司提供,晶体的衍射面为002晶面,晶面距离2d=1. 984 nm.将这种晶体切割成长度为125 mm,宽度为8mm的晶片.由于Mica晶体容易解理,所以将它剥开成厚度为0. 2 mm的薄片.又由于云母的弹性较好,可以在常温下用自制的椭圆形专用模具直接进行弯曲.将弯曲后的晶片用慢固化率的环氧树酯粘贴在椭圆形不锈钢基底上,制作的椭圆弯晶分析器如图2所示.