圆锥条晶谱仪及其安装调节方法技术

本发明专利技术公开了一种圆锥条晶谱仪，该圆锥条晶谱仪包括五维调节架、连杆、滤片组件、晶体盒、圆锥弯晶分析器、挡光板、窗口连接法兰、相机压板、X射线条纹相机、支撑螺杆、阶梯型连接板，晶体盒固定在连杆的另一端，圆锥弯晶分析器固定设置在晶体盒中，X射线条纹相机通过相机压板固定设置在窗口连接法兰上，支撑螺杆穿过阶梯型连接板顶设在连接杆上。本发明专利技术能实现长的工作距离、好的集光效率、大谱窗、高时空和能谱分辨力X射线能谱诊断，并有效地消除强激光条件下杂散光的影响，使X射线条晶谱仪具有高信噪比应用于高温稠密等离子体、惯性约束聚变中记录光谱光强度及谱形轮廓随时间的变化，了解在瞬时过程中发生的事件和过程。

Conical crystal spectrometer and its installation and adjustment method

The invention discloses a conical bar crystal spectrometer, which comprises a five-dimensional adjusting frame, a connecting rod, a filter assembly, a crystal box, a conical crystal bending analyzer, a baffle plate, a window connecting flange, a camera pressing plate, an X-ray streak camera, a supporting screw, a ladder connecting plate, and a crystal box fixed at the other end of the connecting rod, a circle. The cone-bending crystal analyzer is fixed in the crystal box, the X-ray streak camera is fixed on the window connecting flange through the camera pressure plate, and the supporting screw is arranged on the connecting rod through the ladder connecting plate. The invention can realize X-ray energy spectrum diagnosis of long working distance, good light collecting efficiency, large spectrum window, high space-time and energy spectrum resolution, and effectively eliminate the influence of stray light under the condition of strong laser. The X-ray strip spectrometer has high signal-to-noise ratio and can be used to record the spectral light intensity in high temperature dense plasma, inertial confinement fusion and the like. The spectral profile changes with time to understand the events and processes occurring in the transient process.

【技术实现步骤摘要】
圆锥条晶谱仪及其安装调节方法
本专利技术属于X射线谱仪领域，具体涉及一种圆锥条晶谱仪及其安装调节方法，是一种可用于强激光辐照或弱光源高背景噪声条件下的高温等离子体辐射X射线能谱高时空和能谱分辨力测量的X射线圆锥条晶谱仪。
技术介绍
激光转换X射线的物理过程包括激光吸收、电子传热、非平衡辐射流体力学和原子动力学等过程问题，现象非常复杂。激光等离子体的寿命通常为纳秒(1纳秒＝1×10-9秒)乃至飞秒(1飞秒＝1×10-15秒)量级，这些过程大多发生在皮秒或更短的时间尺度，只有时间分辨力比这个时间更短时，才有可能观察到这些过程。因而在激光聚变物理实验研究中，经常要进行X射线能谱的高时间分辨力诊断，甚至要求在一发次打靶实验诊断中，能够获得大谱窗，也就是包含有多个能点的高时谱分辨力图像。事实上，时间分辨光谱测量的目的是通过记录到的光谱光强度及谱形轮廓随时间的变化，了解在瞬时过程中发生的事件和过程，从而得到积分光谱中无法得到的信息。用于时间分辨X射线的光谱测量系统主要由分光元件和时间分辨的开关装置加以实现。目前有两种途径可用于实现皮秒时间分辨的开关装置，即：门控分幅相机和条纹相机，其中门控分幅相机结构相对简单，易于使用，时间分辨能力一般是几十皮秒(1皮秒＝1×10-12秒)，另一种是X射线条纹相机，时间分辨能力一般可达10皮秒以下，最高可达几个皮秒。目前，组成X射线时间分辨测量系统中的分光元件主要有X射线掠入射镜、光栅和晶体。X射线掠入射平面镜结合选通滤光片获取一较窄波段的方法，是一项很成熟的技术，将这种光子能带选择技术和高时间分辨的条纹相机结合，从而可获取时间和能谱分辨信息。但掠入射镜受到全外反射临界角限制，在某一个截止能点Ec会发生表面全反射，高于Ec的成分可被截止，而低于Ec的成分还有较高的反射率，易形成高本底影响能谱分辨力。至于光栅分光元件，由于栅距所限，光栅主要适合于对1keV以下X射线能谱分析。利用晶体中的原子点阵进行光谱分析，它能以很好的分辨率用于2.5nm以下的X射线区。晶体作为分光元件有平晶和弯晶。利用平晶作为分光元件的晶体谱仪，其结构极为简单，操作方便，性价比高，在短波长对点光源有很好的能谱分辨能力，将平晶和条纹相机结合，可以得到时间分辨和能谱分辨的光谱图像，因此在激光等离子体实验中有良好的应用效果，一度被广泛采用。但随着激光技术的发展和实验室激光器不断升级改建，激光输出能量和辐照功率密度大幅度提高。基于平面几何光学对平晶作为分光元件的晶体谱仪的能谱诊断范围、能谱分辨力和集光效率等关键性能参数进行了理论推导，得出能谱诊断范围和工作距离(光源到晶体的距离)互为制约关系，尤其在目前强激光的条件下，平晶和条纹相机结合组成的条晶谱仪面临的困境，在打靶过程中，由于分光晶体离靶点近，激光与固体靶相互作用产生溅射物质会大幅增加，而这些大量的溅射物质对于分光晶体、条纹相机和滤波膜片具有很强的破坏力作用。其次，高功率激光尽管对自发辐射中原本不显著的特征谱线光强度要大幅增加，但相对时间分辨要求很高(如10ps以下)的X射线能谱诊断来说，激光等离子体辐射源仍然是弱发光源，而平晶先天不具有聚焦特性，因而在一定程度上局限了平晶和条纹相机结合在高能量密度物理研究中的应用，从而将会失去其比拟的优势。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种圆锥条晶谱仪及其安装调节方法，本专利技术的圆锥条晶谱仪在传统的条晶谱仪(平晶和条纹相机结合)的基础上进行改进，有效地解决了单发次能谱诊断范围和工作距离互为制约的矛盾关系，并最大限度地避免了强激光条件下打靶，溅射物质对于分光晶体、条纹相机和滤波膜片的损伤，以及大尺度面光源对能谱分辨能力的影响。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种圆锥条晶谱仪，该圆锥条晶谱仪包括五维调节架、连杆、滤片组件、晶体盒、圆锥弯晶分析器、挡光板、窗口连接法兰、相机压板、X射线条纹相机、支撑螺杆、阶梯型连接板，所述晶体盒外壳的底部固定设置在连杆上的一端，五维调节架的上端部固定在连杆的另一端，所述圆锥弯晶分析器固定设置在晶体盒中，所述晶体盒包括盒壳体前端长方形通光孔、盒壳体、盒体盖板和盒壳体后端长方形通光孔，所述盒壳体后端长方形通光孔的中心点和X射线条纹相机狭缝中心点的连线位于光源与X射线条纹相机狭缝中心点的连线上；所述圆锥弯晶分析器的一端上设有第一长方形通光孔、第二长方形通光孔、第一小孔和第二小孔，所述第一小孔中心点和第二小孔中心点的连线位于光源与X射线条纹相机狭缝中心点的连线上，所述圆锥弯晶分析器的另一端设有晶托，在晶托上粘贴有晶体材料形成圆锥弯晶元件；所述滤片组件包括滤片、滤片压板、滤片框、滤片座板和连接螺钉，滤片粘贴在滤片框上，粘贴好滤片的滤片框置于滤片座板中，用滤片压板压合成整体结构，通过连接螺钉将整体结构固定设置在晶体盒外壳的前端面，挡光板固定设置在晶体盒外壳的上端面，五维调节架的底座固定设置在阶梯型连接板的一端、阶梯型连接板的另一端与窗口连接法兰相连，所述X射线条纹相机通过相机压板固定设置在窗口连接法兰上，所述支撑螺杆穿过阶梯型连接板顶设在连接杆上。所述圆锥弯晶元件覆盖的布拉格角θ为：25°≤θ≤37°，圆锥弯晶元件对应的圆锥半角α＝30°，光源到探测器的距离为860mm。所述圆锥弯晶元件覆盖的布拉格角θ为：26°≤θ≤52°，圆锥弯晶元件对应的圆锥半角α＝42°，光源到探测器的距离为1410mm。所述第一小孔的直径为2-4mm，第二小孔的直径为1-2mm。X射线条纹相机的高压圈的内侧弧最低点O点位于圆锥弯晶元件所在圆锥的顶点上。一种圆锥条晶谱仪的安装调节方法，该方法包括以下步骤：第一步，将窗口连接法兰固定在靶室一侧窗口的外壁上，在靶室另一侧窗口的外壁上放置有平行光管，阶梯型连接板的一端固定窗口连接法兰上、其另一端与五维调节架的底座之间固定连接，将X射线条纹相机安装在窗口连接法兰上，用相机压板固定，所述X射线条纹相机高压圈的中心轴线垂直穿过靶室窗口的中心，在X射线条纹相机高压圈的中心拉丝找中心点A，在所述光源处放置定位小球，利用定位小球、中心点A和平行光管建立在线调节监视基准线x轴；第二步，将圆锥弯晶分析器、挡光板、晶体盒和连杆连接起来组成一个整体结构，并将该整体结构固定在五维调节架上；第三步，通过调节五维调节架沿基准线x轴方向的平动，使圆锥弯晶元件上B点、晶体盒外壳的后端面上弯折点C点、高压圈的内侧弧最低点O点均在圆锥的母线上，使弯折点C点到O点的距离以达到满足圆锥弯晶元件所在圆锥的顶点与O点重合的要求，锁死五维调节架中沿x轴方向的平动维；第四步，通过调节五维调节架的两维转动和两维平动，使基准线x轴依次穿过第一小孔的中心和第二小孔的中心，并使第一长方形通光孔中长边与平行光管视场中的十字叉丝所在平面的垂线相互平行，所述第一长方形通光孔中长度方向的中心线穿过十字叉丝的交点，锁死五维调节架中的全部调节维数；第五步，将粘贴好滤片的滤片框置于滤片座板中，用压板压合形成一个整体结构，该整体结构通过连接螺钉固定在晶体盒外壳的前端面上，完成圆锥条晶谱仪的安装和调节。所述第三步中弯折点C点到O点的距离以达到满足圆锥弯晶元件所在圆锥的顶点与O点重合的误差不大于1mm。所述第四步中第一长方形通光孔中长边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆锥条晶谱仪，其特征在于，该圆锥条晶谱仪包括五维调节架(2)、连杆(3)、滤片组件(4)、晶体盒(5)、圆锥弯晶分析器(6)、挡光板(7)、窗口连接法兰(8)、相机压板(9)、X射线条纹相机(10)、支撑螺杆(11)、阶梯型连接板(12)，所述晶体盒(5)外壳的底部固定设置在连杆(3)上的一端，五维调节架(2)的上端部固定在连杆(3)的另一端，所述圆锥弯晶分析器(6)固定设置在晶体盒(5)中，所述晶体盒(5)包括盒壳体前端长方形通光孔(51)、盒壳体(52)、盒体盖板(53)和盒壳体后端长方形通光孔(54)，所述盒壳体后端长方形通光孔(54)的中心点和X射线条纹相机(10)狭缝中心点的连线位于光源(1)与X射线条纹相机(10)狭缝中心点的连线上；所述圆锥弯晶分析器(6)的一端上设有第一长方形通光孔(61)、第二长方形通光孔(62)、第一小孔(63)和第二小孔(64)，所述第一小孔(63)中心点和第二小孔(64)中心点的连线位于光源(1)与X射线条纹相机(10)狭缝中心点的连线上，所述圆锥弯晶分析器(6)的另一端设有晶托(65)，在晶托(65)上粘贴有晶体材料(66)形成圆锥弯晶元件；所述滤片组件(4)包括滤片(41)、滤片压板(42)、滤片框(43)、滤片座板(44)和连接螺钉(45)，滤片(41)粘贴在滤片框(43)上，粘贴好滤片的滤片框置于滤片座板(44)中，用滤片压板(42)压合成整体结构，通过连接螺钉(45)将整体结构固定设置在晶体盒(5)外壳的前端面，挡光板(7)固定设置在晶体盒(5)外壳的上端面，五维调节架(2)的底座固定设置在阶梯型连接板(12)的一端、阶梯型连接板(12)的另一端与窗口连接法兰(8)相连，所述X射线条纹相机(10)通过相机压板(9)固定设置在窗口连接法兰(8)上，所述支撑螺杆(11)穿过阶梯型连接板(12)顶设在连接杆(3)上。...

【技术特征摘要】
1.一种圆锥条晶谱仪，其特征在于，该圆锥条晶谱仪包括五维调节架(2)、连杆(3)、滤片组件(4)、晶体盒(5)、圆锥弯晶分析器(6)、挡光板(7)、窗口连接法兰(8)、相机压板(9)、X射线条纹相机(10)、支撑螺杆(11)、阶梯型连接板(12)，所述晶体盒(5)外壳的底部固定设置在连杆(3)上的一端，五维调节架(2)的上端部固定在连杆(3)的另一端，所述圆锥弯晶分析器(6)固定设置在晶体盒(5)中，所述晶体盒(5)包括盒壳体前端长方形通光孔(51)、盒壳体(52)、盒体盖板(53)和盒壳体后端长方形通光孔(54)，所述盒壳体后端长方形通光孔(54)的中心点和X射线条纹相机(10)狭缝中心点的连线位于光源(1)与X射线条纹相机(10)狭缝中心点的连线上；所述圆锥弯晶分析器(6)的一端上设有第一长方形通光孔(61)、第二长方形通光孔(62)、第一小孔(63)和第二小孔(64)，所述第一小孔(63)中心点和第二小孔(64)中心点的连线位于光源(1)与X射线条纹相机(10)狭缝中心点的连线上，所述圆锥弯晶分析器(6)的另一端设有晶托(65)，在晶托(65)上粘贴有晶体材料(66)形成圆锥弯晶元件；所述滤片组件(4)包括滤片(41)、滤片压板(42)、滤片框(43)、滤片座板(44)和连接螺钉(45)，滤片(41)粘贴在滤片框(43)上，粘贴好滤片的滤片框置于滤片座板(44)中，用滤片压板(42)压合成整体结构，通过连接螺钉(45)将整体结构固定设置在晶体盒(5)外壳的前端面，挡光板(7)固定设置在晶体盒(5)外壳的上端面，五维调节架(2)的底座固定设置在阶梯型连接板(12)的一端、阶梯型连接板(12)的另一端与窗口连接法兰(8)相连，所述X射线条纹相机(10)通过相机压板(9)固定设置在窗口连接法兰(8)上，所述支撑螺杆(11)穿过阶梯型连接板(12)顶设在连接杆(3)上。2.根据权利要求1所述的圆锥条晶谱仪，其特征在于，所述圆锥弯晶元件覆盖的布拉格角θ为：25°≤θ≤37°，圆锥弯晶元件对应的圆锥半角α＝30°，光源到探测器的距离为860mm。3.根据权利要求1所述的圆锥条晶谱仪，其特征在于，所述圆锥弯晶元件覆盖的布拉格角θ为：26°≤θ≤52°，圆锥弯晶元件对应的圆锥半角α＝42°，光源到探测器的距离为1410mm。4.根据权利要求1所述的圆锥条晶谱仪，其特征在于，所述第一小孔(63)的直径为2-4mm，第二小孔(64...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞荣，贾果，安红海，方智恒，熊俊，谢志勇，王伟，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31