一种紧凑型质子能谱测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种紧凑型质子能谱测量装置，解决现有采用堆栈探测器对质子能谱探测，效率低且具有接触污染物风险的问题。该装置包括沿质子出射方向依次同轴设置的楔形滤片、闪烁体、成像镜头及探测器；楔形滤片的薄边厚度为0.2mm～2mm，厚边厚度为1.0mm～10mm；成像镜头采用物方远心系统；质子束入射楔形滤片，经楔形滤片能谱过滤后入射闪烁体，激发出可见光子并入射至成像镜头，成像镜头将可见光子的空间分布图像成像到探测器的像增强靶面上。楔形滤片不同厚度位置透过的质子能量不同，因而通过楔形滤片可以获得质子的连续能谱信息，实现质子能谱的高效测量。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型质子能谱测量装置
本专利技术属于激光聚变领域，涉及质子探测技术，具体涉及一种应用于核聚变研究的紧凑型质子能谱测量装置。
技术介绍
聚变能源是一种无污染的清洁能源，世界各国都竞相对相关技术的研发投入大量的人力和物力。然而实现聚变的条件极为苛刻，燃料需要达到极端高温、高压，目前激光惯性约束聚变和磁约束聚变是实现这一条件两种最有前途的技术途径。在激光惯性约束聚变中，为了达到燃料的“中心热斑”DH(DianHuo)条件，世界各国都建设或规划了规模庞大的激光驱动装置，例如：美国已经建成的NIF装置，其具有192束高能激光，输出能量1.8MJ；法国在建的LMJ装置，具有240束高能激光,输出能量1.8MJ；俄罗斯正在建设的KaЛbMep,输出能量2.0MJ。近年来，除了不断扩大激光驱动装置的规模外，还提出了基于高能质子束实现快DH的方案，即在聚变燃料被压缩到最大密度时，将一束超短超强激光脉冲聚焦在靶丸表面，极高的有质动力在靶丸表面的等离子体临界密度面上打洞，并将临界密度面压向靶芯的高密核，在这个过程中产生大量的Mev能量高能质子束，质子束穿透临界密度面射入高密核，使离子温度迅速升温，实现快速DH。由于快DH方案将大幅降低驱动激光能量，而受到了广泛关注；超强激光驱动薄膜靶产生的高能质子束，也成为研究的热点。目前，通常采用堆栈探测器进行质子照相图像记录，堆栈探测器由一叠辐射变色膜片(RCF)及滤片组成。质子束辐照到RCF堆栈探测器上，高能质子运动速度快、射程长，能量主要沉积在后面的RCF层上；而低能质子运动速度慢、射程短，能量主要沉积在前面的RCF层上，通过比较不同层RCF记录的图像，获取质子能谱信息。该方法需要实验后对不同层的膜片进行图像分析，效率低，且人员容易沾染辐射污染。因此，迫切需要设计一种质子探测设备，实现对超短超强激光脉冲与靶丸表面作用产生的质子束的方向性、能谱等特性进行实验测量和研究。
技术实现思路
为了解决现有采用堆栈探测器对质子能谱探测，存在效率低、具有接触污染物风险的技术问题，本专利技术提供了一种紧凑型质子能谱测量装置。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种紧凑型质子能谱测量装置，其特殊之处在于：包括沿质子出射方向依次同轴设置的楔形滤片、闪烁体、成像镜头及探测器；所述楔形滤片的薄边厚度为0.2mm～2mm，厚边厚度为1.0mm～10mm；所述成像镜头采用物方远心系统；质子束入射楔形滤片，经楔形滤片能谱过滤后入射闪烁体，激发出可见光子并入射至所述成像镜头，成像镜头将可见光子的空间分布图像成像到所述探测器的像增强靶面上。进一步地，所述楔形滤片的薄边厚度为0.4mm，厚边厚度为2.0mm，面型尺寸为40mm×40mm。进一步地，所述成像镜头的物方数值孔径NA为0.164。进一步地，还包括密封窗；所述成像镜头包括沿质子出射方向依次同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；所述密封窗设置在第六透镜和第七透镜之间，所述第七透镜、第八透镜以及探测器共同密封在大气舱或大气包中。进一步地，所述第一透镜前表面的球面半径为-81.65，后表面的球面半径为-54.41；所述第二透镜前表面的球面半径为153.46，后表面的球面半径为-150.34；所述第三透镜前表面的球面半径为59.16，前表面的二次曲线系数k、二阶系数α1、四阶系数α2、六阶系数α3分别为0.5313、7.983×10-5、-3.125×10-7、-1.996×10-11；所述第四透镜前表面的球面半径为-153.46，后表面的球面半径为52.24；所述第五透镜前表面的球面半径为153.46，后表面的球面半径为-150.34；所述第六透镜前表面的球面半径为153.46，后表面的球面半径为-150.34；所述第七透镜前表面的球面半径为31.9，后表面的球面半径为30.57；所述第八透镜前表面的球面半径为-57.15，后表面的球面半径为141.88。进一步地，所述闪烁体、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、密封窗、第七透镜、第八透镜的厚度分别为2.0mm、13.1mm、12.3mm、13.5mm、6.20mm、12.3mm、12.3mm、12.0mm、12.1mm、3.2mm。进一步地，所述闪烁体后表面到第一透镜前表面的距离为51.78mm；所述第一透镜后表面到第二透镜前表面的距离为146.22mm；所述第二透镜后表面到第三透镜前表面的距离为0.63mm；所述第三透镜后表面到第四透镜前表面的距离为2.83mm；所述第四透镜后表面到第五透镜前表面的距离为47.83mm；所述第五透镜后表面到第六透镜前表面的距离为24.19mm；所述第六透镜后表面到密封窗前表面的距离为23.40mm；所述密封窗后表面到第七透镜前表面的距离为12.37mm；所述第七透镜后表面到第八透镜前表面的距离为8.5mm；所述第八透镜后表面到像增强靶面的距离为9.91mm。进一步地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、密封窗、第七透镜、第八透镜、像增强靶面的直径分别为70mm、70mm、64mm、64mm、70mm、70mm、100mm、44mm、40mm、28mm。进一步地，所述第一透镜的折射率nd为1.58，色散vd为41.3；所述第二透镜的折射率nd为1.50，色散vd为81.6；所述第三透镜的折射率nd为1.50，色散vd为81.6；所述第四透镜的折射率nd为1.58，色散vd为41.3；所述第五透镜的折射率nd为1.50，色散vd为81.6；所述第六透镜的折射率nd为1.50，色散vd为81.6；所述密封窗的折射率nd为1.46，色散vd为67.8；所述第七透镜的折射率nd为1.58，色散vd为41.3；所述第八透镜的折射率nd为1.58，色散vd为41.3。进一步地，所述闪烁体的材质为BC422；所述探测器为ICCD。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术测量装置采用楔形滤片对质子束能谱过滤，并入射至闪烁体，激发出可见光子，然后由成像镜头将可见光子的空间分布信息成像到探测器的像增强靶面上，由于楔形滤片不同厚度位置透过的质子能量不同，因而通过楔形滤片可以获得质子的连续能谱信息，实现质子能谱测量；本专利技术成像镜头采用物方远心系统，在光强空间分布成像过程中具有很高的保真度，使得闪烁体每一点的收光立体角一致、收集光束方向一致。2、本专利技术成像镜头的物方数值孔径NA为0.164，使得闪烁体每一点的收光立体角一致性、收集光束方向一致性好，对物面(闪烁体)各点的收集效率不一致性为2％。3、本专利技术成像镜头能够在聚变辐射环境下长期稳定运行，对大面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑型质子能谱测量装置，其特征在于：包括沿质子出射方向依次同轴设置的楔形滤片(1)、闪烁体(2)、成像镜头及探测器；/n所述楔形滤片(1)的薄边厚度为0.2mm～2mm，厚边厚度为1.0mm～10mm；/n所述成像镜头采用物方远心系统；/n质子束入射楔形滤片(1)，经楔形滤片(1)能谱过滤后入射闪烁体(2)，激发出可见光子并入射至所述成像镜头，成像镜头将可见光子的空间分布图像成像到所述探测器的像增强靶面(12)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型质子能谱测量装置，其特征在于：包括沿质子出射方向依次同轴设置的楔形滤片(1)、闪烁体(2)、成像镜头及探测器；
所述楔形滤片(1)的薄边厚度为0.2mm～2mm，厚边厚度为1.0mm～10mm；
所述成像镜头采用物方远心系统；
质子束入射楔形滤片(1)，经楔形滤片(1)能谱过滤后入射闪烁体(2)，激发出可见光子并入射至所述成像镜头，成像镜头将可见光子的空间分布图像成像到所述探测器的像增强靶面(12)上。


2.根据权利要求1所述紧凑型质子能谱测量装置，其特征在于：所述楔形滤片(1)的薄边厚度为0.4mm，厚边厚度为2.0mm，面型尺寸为40mm×40mm。


3.根据权利要求2所述紧凑型质子能谱测量装置，其特征在于：所述成像镜头的物方数值孔径NA为0.164。


4.根据权利要求1至3任一所述紧凑型质子能谱测量装置，其特征在于：还包括密封窗(9)；
所述成像镜头包括沿质子出射方向依次同轴设置的第一透镜(3)、第二透镜(4)、第三透镜(5)、第四透镜(6)、第五透镜(7)、第六透镜(8)、第七透镜(10)和第八透镜(11)；
所述密封窗(9)设置在第六透镜(8)和第七透镜(10)之间，所述第七透镜(10)、第八透镜(11)以及探测器共同密封在大气舱或大气包中。


5.根据权利要求4所述紧凑型质子能谱测量装置，其特征在于：所述第一透镜(3)前表面的球面半径为-81.65，后表面的球面半径为-54.41；
所述第二透镜(4)前表面的球面半径为153.46，后表面的球面半径为-150.34；
所述第三透镜(5)前表面的球面半径为59.16，前表面的二次曲线系数k、二阶系数α1、四阶系数α2、六阶系数α3分别为0.5313、7.983×10-5、-3.125×10-7、-1.996×10-11；
所述第四透镜(6)前表面的球面半径为-153.46，后表面的球面半径为52.24；
所述第五透镜(7)前表面的球面半径为153.46，后表面的球面半径为-150.34；
所述第六透镜(8)前表面的球面半径为153.46，后表面的球面半径为-150.34；
所述第七透镜(10)前表面的球面半径为31.9，后表面的球面半径为30.57；
所述第八透镜(11)前表面的球面半径为-57.15，后表面的球面半径为141.88。


6.根据权利要求5所述紧凑型质子能谱测量装置，其特征在于：所述闪烁体(2)、第一透镜(3)、第二透镜(4)、第三透镜(5)、第四透镜(6)、第五透镜(7)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫亚东，刘霞刚，高炜，李奇，王军宁，何俊华，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61