一种ICF内爆过程四通道成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种ICF内爆过程四通道成像系统，所述的成像系统包括位于竖直方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅰ和复合球面物镜Ⅱ，位于水平方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅲ和复合球面物镜Ⅳ，以及X射线分幅相机；复合球面物镜Ⅰ和复合球面物镜Ⅱ的反射面分别和复合球面物镜Ⅲ和复合球面物镜Ⅳ的反射面构成四个KB镜通道。通过具有选通功能的X射线分幅相机，对靶丸压缩过程四个KB镜通道成像时间及时间间隔进行选取。该成像系统利用KB镜成像空间分辨率高达2.5μm~5μm的优势，消除了成像通道间大于10%的视场差异的影响，可对整个ICF靶丸内爆压缩过程实现高空间分辨率的准同视轴四通道成像，具有广阔且重要的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种ICF内爆过程四通道成像系统
本专利技术属于X射线成像领域，具体涉及一种ICF内爆过程四通道成像系统。
技术介绍
获取惯性约束聚变（ICF）靶丸内爆过程高空间分辨时变X光成像信息是深入研究内爆辐射烧蚀、向心驱动以及热斑演化等细致物理过程的基础和难点。这是因为该高空间分辨时变信息反应了惯性力做功以及电子热传导、辐射热传导等能量输运带来的靶丸流体状态的时空演化情况，这些演化情况将直接影响聚变点火的成败。常用X射线时变成像系统包括针孔+分幅相机，弯晶+分幅相机以及多通道KB镜+分幅相机。但是，上述成像系统存在以下问题：1、目前针孔成像能够提供的空间分辨在10µm以上，这对于研究尺寸仅30～60µm的内爆热斑演化是明显不足的；2、而弯晶采用的是近轴反射的原理，碎片屏蔽较难，易损坏，同时弯晶压弯过程加工难度较大不适合广泛应用；3、尽管多通道KB镜的空间分辨高，100µm视场范围内能达到2.5µm分辨率，然而由于多通道KB镜各通道之间较大的视角差异所引入的视场差异（该视场差异达10%以上）难以消除，这会带来对应不同时间段的不同通道的成像结果成像目标高度不一致，换句话说靶丸内爆的时变过程是不能观测到的。当前，亟需发展一种适于观测ICF内爆过程的成像系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种ICF内爆过程四通道成像系统。本专利技术的ICF内爆过程四通道成像系统，其特点是，所述的成像系统包括位于竖直方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅰ和复合球面物镜Ⅱ，位于水平方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅲ和复合球面物镜Ⅳ，以及X射线分幅相机；复合球面物镜Ⅰ的两个反射面为反射面Ⅰ和反射面Ⅱ；复合球面物镜Ⅱ的两个反射面为反射面Ⅲ和反射面Ⅳ；复合球面物镜Ⅲ的两个反射面为反射面Ⅴ和反射面Ⅵ；复合球面物镜Ⅳ的两个反射面为反射面Ⅶ和反射面Ⅷ；内爆靶丸为间接或直接驱动惯性约束聚变ICF的内爆靶丸；所述的X射线分幅相机的竖直对称面与复合球面物镜Ⅰ和复合球面物镜Ⅱ的竖直对称面Ⅰ以及复合球面物镜Ⅲ的竖直对称面、复合球面物镜Ⅳ的竖直对称面重合；所述的反射面Ⅰ，反射面Ⅱ，反射面Ⅲ和反射面Ⅳ上分别涂覆有单层金属膜；所述的反射面Ⅴ，反射面Ⅵ，反射面Ⅶ和反射面Ⅷ上分别涂覆有窄能带X光多层膜；所述的复合球面物镜Ⅰ的反射面Ⅰ和复合球面物镜Ⅲ的反射面Ⅴ构成第一个Kirkpatrick-Baze镜通道即KB镜通道；复合球面物镜Ⅰ的反射面Ⅱ和复合球面物镜Ⅳ的反射面Ⅶ构成第二个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ的反射面Ⅲ和复合球面物镜Ⅲ的反射面Ⅵ构成第三个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ的反射面Ⅳ和复合球面物镜Ⅳ的反射面Ⅷ构成第四个KB镜通道；所述的内爆靶丸和复合球面物镜Ⅰ的反射面Ⅰ的中心的连线，与内爆靶丸和复合球面物镜Ⅱ的反射面Ⅳ的中心的连线之间的夹角θ，即两个KB镜通道相对内爆靶丸的夹角θ，夹角θ为四个KB镜通道之间的最大夹角，在内爆靶丸内爆压缩初始时刻，夹角θ所引入的两个KB镜通道之间的最大视场几何差异值小于每个KB镜通道的空间分辨的二分之一。所述的反射面Ⅴ上的窄能带X光多层膜为依据Bragg衍射原理截取能量带EⅠ的X射线的X光多层膜，反射面Ⅶ上的窄能带X光多层膜为依据Bragg衍射原理截取能量带EⅡ的X射线的X光多层膜，反射面Ⅵ上的窄能带X光多层膜为依据Bragg衍射原理截取能量带EⅢ的X射线的X光多层膜，反射面Ⅷ上的窄能带X光多层膜为依据Bragg衍射原理截取能量带EⅣ的X射线的X光多层膜。所述的能量带EⅠ、能量带EⅡ、能量带EⅢ和能量带EⅣ的宽度均小于等于0.5keV，能量带EⅠ、能量带EⅡ、能量带EⅢ和能量带EⅣ之间的间隔大于0.5keV。所述的X射线分幅相机为空间分辨率40μm量级、时间分辨率大于等于70ps并小于等于100ps的X射线分幅相机。本专利技术的ICF内爆过程四通道成像系统的工作过程如下：内爆靶丸为间接或直接驱动惯性约束聚变ICF的内爆靶丸，在内爆靶丸内爆压缩过程中，内爆靶丸发射的X射线沿光路Ⅰ、光路Ⅱ、光路Ⅲ和光路Ⅳ分别入射到复合球面物镜Ⅰ的反射面Ⅰ和反射面Ⅱ、复合球面物镜Ⅱ的反射面Ⅲ和反射面Ⅳ上，再分别反射至复合球面物镜Ⅲ的反射面Ⅴ、复合球面物镜Ⅳ的反射面Ⅶ、复合球面物镜Ⅲ的反射面Ⅵ和复合球面物镜Ⅳ的反射面Ⅷ，反射面Ⅰ和反射面Ⅴ截取能量带EⅠ的X射线，反射面Ⅱ和反射面Ⅶ截取能量带EⅡ的X射线，反射面Ⅲ和反射面Ⅵ能量截取带EⅢ的X射线，反射面Ⅳ和反射面Ⅷ截取能量带EⅣ的X射线，在X射线分幅相机的Au微带上分别成单能像Ⅰ、单能像Ⅱ、单能像Ⅲ和单能像Ⅳ，单能像Ⅰ、单能像Ⅱ、单能像Ⅲ和单能像Ⅳ经X射线分幅相机的选通电压脉冲选通后分别在不同时间段被记录；至此，纳秒时间尺度的靶丸内爆过程中四个70～100ps时间段依次被选通成像，并且是单能像，则该过程的相关物理特征得以连续记录。另外，由于KB镜成像空间分辨高，300µm视场范围内达5µm左右，100µm视场范围内达2.5µm左右，因而单能像的空间分辨高。尤其是，复合球面物镜Ⅰ的反射面Ⅰ和复合球面物镜Ⅲ的反射面Ⅴ构成第一个Kirkpatrick-Baze镜通道即KB镜通道；复合球面物镜Ⅰ的反射面Ⅱ和复合球面物镜Ⅳ的反射面Ⅶ构成第二个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ的反射面Ⅲ和复合球面物镜Ⅲ的反射面Ⅵ构成第三个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ的反射面Ⅳ和复合球面物镜Ⅳ的反射面Ⅷ构成第四个KB镜通道，四个KB镜通道能够获得四个单能像。内爆靶丸和复合球面物镜Ⅰ的反射面Ⅰ的中心的连线，与内爆靶丸和复合球面物镜Ⅱ的反射面Ⅳ的中心的连线之间的夹角θ，即两个KB镜通道相对内爆靶丸的夹角θ，夹角θ为四个KB镜通道之间的最大夹角，在内爆靶丸内爆压缩初始时刻，夹角θ所引入的两个KB镜通道之间的最大视场几何差异值小于每个KB镜通道的空间分辨的二分之一，这个方法称为准同视轴方法，准同视轴方法使得成像器件具有空间分辨这一固有属性带来视场差异的影响得到消除，因此四个单能像对应的目标是区分不开的，也就是说四个单能像均为同一个目标，即靶丸内爆过程的高空间分辨率成像得以真正实现。本专利技术的ICF内爆过程四通道成像系统针对靶丸内爆压缩过程高空间分辨率成像研究需求，利用KB镜成像空间分辨率高达2.5μm~5μm的优势，同时在KB镜成像中采用了掠入射离轴反射原理具有的容易屏蔽打靶碎片的优点，消除了成像通道间高达10%以上的视场差异的影响，可对ICF靶丸内爆压缩整个过程实现高空间分辨率的时变单能四通道成像。本专利技术的ICF内爆过程四通道成像系统具有广阔且重要的应用前景。附图说明图1为本专利技术的ICF内爆过程四通道成像系统的结构示意图；图中，1.内爆靶丸2.复合球面物镜Ⅰ3.复合球面物镜Ⅱ4.复合球面物镜Ⅲ5.复合球面物镜Ⅳ6.X射线分幅相机7.反射面Ⅰ8.反射面Ⅱ9.反射面Ⅲ10.反射面Ⅳ11.反射面Ⅴ12.反射面Ⅵ13.反射面Ⅶ14.反射面Ⅷ15.单能像Ⅱ16.单能像Ⅰ17.单能像Ⅳ18.单能像Ⅲ。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术的ICF内爆过程四通道成像系统包括位于竖直方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅰ2和复合球面物镜Ⅱ3，位于水平方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅲ4和复合球面物镜Ⅳ5，以及X射线分幅相机6；复合球面物镜Ⅰ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ICF内爆过程四通道成像系统，其特征在于：所述的成像系统包括位于竖直方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅰ（2）和复合球面物镜Ⅱ（3），位于水平方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅲ（4）和复合球面物镜Ⅳ（5），以及X射线分幅相机（6）；复合球面物镜Ⅰ（2）的两个反射面为反射面Ⅰ（7）和反射面Ⅱ（8）；复合球面物镜Ⅱ（3）的两个反射面为反射面Ⅲ（9）和反射面Ⅳ（10）；复合球面物镜Ⅲ（4）的两个反射面为反射面Ⅴ（11）和反射面Ⅵ（12）；复合球面物镜Ⅳ（5）的两个反射面为反射面Ⅶ（13）和反射面Ⅷ（14）；内爆靶丸（1）为间接或直接驱动惯性约束聚变ICF的内爆靶丸；所述的X射线分幅相机（6）的竖直对称面与复合球面物镜Ⅰ（2）和复合球面物镜Ⅱ（3）的竖直对称面Ⅰ以及复合球面物镜Ⅲ（4）的竖直对称面、复合球面物镜Ⅳ（5）的竖直对称面重合；所述的反射面Ⅰ（7），反射面Ⅱ（8），反射面Ⅲ（9）和反射面Ⅳ（10）上分别涂覆有单层金属膜；所述的反射面Ⅴ（11），反射面Ⅵ（12），反射面Ⅶ（13）和反射面Ⅷ（14）上分别涂覆有窄能带X光多层膜；所述的复合球面物镜Ⅰ（2）的反射面Ⅰ（7）和复合球面物镜Ⅲ（4）的反射面Ⅴ（11）构成第一个Kirkpatrick‑Baze镜通道即KB镜通道；复合球面物镜Ⅰ（2）的反射面Ⅱ（8）和复合球面物镜Ⅳ（5）的反射面Ⅶ（13）构成第二个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ（3）的反射面Ⅲ（9）和复合球面物镜Ⅲ（4）的反射面Ⅵ（12）构成第三个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ（3）的反射面Ⅳ（10）和复合球面物镜Ⅳ（5）的反射面Ⅷ（14）构成第四个KB镜通道；所述的内爆靶丸（1）和复合球面物镜Ⅰ（2）的反射面Ⅰ（7）的中心的连线，与内爆靶丸（1）和复合球面物镜Ⅱ（3）的反射面Ⅳ（10）的中心的连线之间的夹角θ，即两个KB镜通道相对内爆靶丸（1）的夹角θ，夹角θ为四个KB镜通道之间的最大夹角，在内爆靶丸（1）内爆压缩初始时刻，夹角θ所引入的两个KB镜通道之间的最大视场几何差异值小于每个KB镜通道的空间分辨的二分之一。...

【技术特征摘要】
1.一种ICF内爆过程四通道成像系统，其特征在于：所述的成像系统包括位于竖直方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅰ（2）和复合球面物镜Ⅱ（3），位于水平方向且反射面相对的复合球面物镜Ⅲ（4）和复合球面物镜Ⅳ（5），以及X射线分幅相机（6）；复合球面物镜Ⅰ（2）的两个反射面为反射面Ⅰ（7）和反射面Ⅱ（8）；复合球面物镜Ⅱ（3）的两个反射面为反射面Ⅲ（9）和反射面Ⅳ（10）；复合球面物镜Ⅲ（4）的两个反射面为反射面Ⅴ（11）和反射面Ⅵ（12）；复合球面物镜Ⅳ（5）的两个反射面为反射面Ⅶ（13）和反射面Ⅷ（14）；内爆靶丸（1）为间接或直接驱动惯性约束聚变ICF的内爆靶丸；所述的X射线分幅相机（6）的竖直对称面与复合球面物镜Ⅰ（2）和复合球面物镜Ⅱ（3）的竖直对称面Ⅰ以及复合球面物镜Ⅲ（4）的竖直对称面、复合球面物镜Ⅳ（5）的竖直对称面重合；所述的反射面Ⅰ（7），反射面Ⅱ（8），反射面Ⅲ（9）和反射面Ⅳ（10）上分别涂覆有单层金属膜；所述的反射面Ⅴ（11），反射面Ⅵ（12），反射面Ⅶ（13）和反射面Ⅷ（14）上分别涂覆有窄能带X光多层膜；所述的复合球面物镜Ⅰ（2）的反射面Ⅰ（7）和复合球面物镜Ⅲ（4）的反射面Ⅴ（11）构成第一个Kirkpatrick-Baze镜通道即KB镜通道；复合球面物镜Ⅰ（2）的反射面Ⅱ（8）和复合球面物镜Ⅳ（5）的反射面Ⅶ（13）构成第二个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ（3）的反射面Ⅲ（9）和复合球面物镜Ⅲ（4）的反射面Ⅵ（12）构成第三个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ（3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：江少恩，任宽，曹柱荣，董建军，穆宝忠，黄天暄，张继彦，杨家敏，王峰，丁永坤，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51