一种多通道空间分辨弯晶谱仪及其装调方法技术

本发明专利技术涉及一种多通道空间分辨弯晶谱仪及其装调方法，其装调方法包括等离子体X射线辐射源的定位过程，具体包括以下步骤：S1：以可见激光照射的定位物点作为模拟等离子体X射线辐射源，调节多通道弯晶器件至可见激光反射光路上，调节分幅相机至多通道弯晶器件的像面位置；S2：通过多光路瞄准镜头确定定位物点关于多通道弯晶器件的相对位置，其中所述的多光路瞄准镜头相对于多通道弯晶器件固定设置；S3：根据多光路瞄准镜头所确定的定位物点位置，采用等离子体X射线辐射源替换定位物点，完成等离子体X射线辐射源的定位。与现有技术相比，本发明专利技术具备了时间分辨的X射线能谱测量功能同时实现了快速精准的离线装配和在线调试。实现了快速精准的离线装配和在线调试。实现了快速精准的离线装配和在线调试。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道空间分辨弯晶谱仪及其装调方法


[0001]本专利技术属于激光等离子体诊断用X射线成像
，涉及一种多通道空间分辨弯晶谱仪及其装调方法。

技术介绍

[0002]高能量密度条件下等离子体演化过程是激光驱动和重离子驱动等可控聚变科学研究的重要内容。对等离子体在复杂环境下X射线辐射能谱的高分辨探测，借助相关的原子物理模型，是有效获取等离子体演化关键信息的重要诊断方法。具有空间分辨能力的弯晶谱仪在某些特殊需求的物理实验中具有重要的应用价值，已经被证明是开展高分辨X射线能谱测量的核心诊断设备，可以确定电子温度、电子密度、电荷态、电子能量分布和等离子体离化态等关键信息。特别是对于重离子驱动聚变实验研究，空间分辨的X射线能谱测量能提供沿离子束流停止路径方向上发生的电荷交换过程的基本信息，是研究离子
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原子碰撞中的电荷交换过程的有力诊断手段。
[0003]目前常用的空间分辨弯晶谱仪(Focusing Spectrographs with Spatial Resolution,FSSR)在1977年由L.M.Belyaev等人提出，该类弯晶谱仪能够同时获得很高的空间分辨和能谱分辨。由于探测亮度高，且兼具高能谱分辨和空间分辨等功能，该类弯晶谱仪在激光等离子体诊断中被广泛采用，例如使用FSSR结合X射线光谱研究了复杂等离子体流体动力学的实验，可以推断等离子体壳层的形成和围绕与恒星表面碰撞位置的吸积柱，从而解决了目前由X射线和光辐射天文观测得出的质量吸积率之间的差异。但是已经发展的FSSR光谱仪存在以下关键问题亟待解决。首先，目前FSSR光谱仪多为单通道结构，获得的图像多为时间积分的X射线光谱，无法反映X射线辐射能谱的时间变化信息。为了获得多个时刻的X射线辐射能谱信息，需要在探测面放置分幅相机等时间分辨探测设备。利用分幅相机的多条微带在不同时刻的高压脉冲选通记录信号。由于每一个X射线能谱对应一个探测时刻，因此弯晶谱仪普遍需要采用多块弯晶协同工作的方式，此时其光学结构排布是需要解决的第一个问题。其次，多块弯晶协同工作时，X射线辐射能谱的一致性是在不同时刻标定辐射能谱强度的重要保障，根据布拉格公式，探测的具体能量与弯晶的工作布拉格角直接相关，因此需要通过良好的离线装配方式将多块弯晶集成装配成一个整体，以确保其探测能量一致，并且各个探测能谱信号在像面的排布位置能够与分幅相机的不同微带相匹配。最后，由于弯晶的高能谱分辨特性，轻微的角度变化都将会造成其工作能量的漂移。为了保证在线实验获得的X射线辐射能谱标定数据与离线装配一致，需要离线装配切换的弯晶谱仪在进行在线调试时具有很高的复现精度。
[0004]中国专利CN111781797A公开了一种多通道弯晶成像系统及其装调方法，成像系统包括弯晶组件、模拟定位物点、通道底板、底座、碎片防护组件和像面指示激光，弯晶组件对称装载于通道底板上，模拟定位物点通过滑块从通道底座后端延伸至理想物点位置，碎片防护组件设有滤片窗口，多路像面指示激光指示理想像面，首先装调模拟定位物点位于一精密转台中心轴线上，通过X射线成像实验，控制弯晶组件工作表面向轴线倾斜特定角度和
距离，使得各通道成像分辨率最高，弯晶响应能点符合设计要求，且像点准确分布于分幅相机微带上，最后固化弯晶组件，用激光指示像面。多通道弯晶成像系统的研制难点大无法通过可见光等传统光学装调方式进行装调，只能通过x射线装调的方式，而传统x射线装调方式难以满足多通道系统的装调，无法解决共视场问题。现有技术虽解决共视场问题但是往往结构复杂、成本较高，而本专利技术具有可靠性好、结构简单、装调精度高等优点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服空间分辨弯晶谱仪为单通道结构，而无法反映X射线辐射能谱的时间变化信息的这一缺陷，提供一种多通道空间分辨弯晶谱仪及其装调方法，具体为一种对激光等离子体X射线辐射能谱进行时间分幅诊断的多通道弯晶谱仪及其装调方法，该谱仪通过多通道弯晶的优化排布，实现了其与分幅相机微带的有效耦合，并且基于一系列连续的离线装配和在线调试步骤和机构，实现了高精度的装配和调试，为激光等离子体诊断研究提供了一种新型的时间分辨X射线辐射能谱测量方法和装备。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种多通道空间分辨弯晶谱仪的装调方法，包括等离子体X射线辐射源的定位过程，该过程包括以下步骤：
[0008]S1：以可见激光照射的定位物点作为模拟等离子体X射线辐射源，调节多通道弯晶器件至可见激光反射光路上，调节分幅相机至多通道弯晶器件的像面位置；
[0009]S2：通过多光路瞄准镜头确定定位物点关于多通道弯晶器件的相对位置，其中所述的多光路瞄准镜头相对于多通道弯晶器件固定设置；
[0010]S3：根据多光路瞄准镜头所确定的定位物点位置，采用等离子体X射线辐射源替换定位物点，完成等离子体X射线辐射源的定位。
[0011]进一步地，所述的多通道弯晶器件包括多个并列设置的弯晶元件。
[0012]进一步地，步骤S1中，当弯晶元件的结构为聚焦形式时，在子午方向上，所述的定位物点、多通道弯晶器件、分幅相机的相对位置关系符合聚焦公式1/a+1/b＝2sinθ/R，其中a为定位物点至弯晶元件中心的距离，b为弯晶元件中心至像面位置的距离，θ为弯晶元件中心位置的布拉格衍射角，R为弯晶元件的曲率半径。
[0013]进一步地，步骤S1中，所述的分幅相机中的多个成像微带沿以定位物点为圆心的圆弧排列，相邻成像微带中心间距记为L；
[0014]在弧矢方向上，多个弯晶元件沿以定位物点为圆心的圆弧排列，相邻弯晶元件中心间距m＝aL/a+b。
[0015]一种采用如上所述的装调方法得到的多通道空间分辨弯晶谱仪，包括沿光路方向依次设置的可见光激光源、定位物点、多通道弯晶器件、分幅相机，以及与定位物点传动连接的定位物点移动装置、与多通道弯晶器件传动连接的整体姿态调整组件，和设于整体姿态调整组件上的多光路瞄准镜头。
[0016]进一步地，所述的多通道弯晶器件包括多个并列设置的弯晶元件，所述的弯晶元件采用球面、超环面或非球面形状。
[0017]进一步地，所述的定位物点移动装置包括直线导轨。
[0018]进一步地，所述的整体姿态调整组件包括纵移导轨、设于纵移导轨上的滑块，以及
设于滑块上的横移底座，所述的多通道弯晶器件与多光路瞄准镜头设于横移底座上。
[0019]进一步地，所述的多光路瞄准镜头包括一上一下并列设于多通道弯晶器件两侧的可见光CCD监视镜头。
[0020]进一步地，所述的定位物点为直径的金属定位球。
[0021]在离线装配中，整套系统利用定位物点，即定位球为点位，将可见光激光照射在定位球，根据弯晶反射的可见光完成离线装配，在此基础上通过双路可见光CCD监视镜头定义定位球在两个观测视角下的空间坐标位置；之后在线装调中，通过整体姿态调整组件调整整套系统，使得待实验目标中心，即等离子体X射线辐射源与两个观测视角下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道空间分辨弯晶谱仪的装调方法，其特征在于，包括等离子体X射线辐射源的定位过程，该过程包括以下步骤：S1：以可见激光照射的定位物点(1
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3)作为模拟等离子体X射线辐射源，调节多通道弯晶器件(5)至可见激光反射光路上，调节分幅相机(3)至多通道弯晶器件(5)的像面位置；S2：通过多光路瞄准镜头确定定位物点(1
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3)关于多通道弯晶器件(5)的相对位置，其中所述的多光路瞄准镜头相对于多通道弯晶器件(5)固定设置；S3：根据多光路瞄准镜头所确定的定位物点(1
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3)位置，采用等离子体X射线辐射源替换定位物点(1
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3)，完成等离子体X射线辐射源的定位。2.根据权利要求1所述的一种多通道空间分辨弯晶谱仪的装调方法，其特征在于，所述的多通道弯晶器件(5)包括多个并列设置的弯晶元件。3.根据权利要求2所述的一种多通道空间分辨弯晶谱仪的装调方法，其特征在于，步骤S1中，当弯晶元件的结构为聚焦形式时，在子午方向上，所述的定位物点(1
‑
3)、多通道弯晶器件(5)、分幅相机(3)的相对位置关系符合聚焦公式1/a+1/b＝2sinθ/R，其中a为定位物点(1
‑
3)至弯晶元件中心的距离，b为弯晶元件中心至像面位置的距离，θ为弯晶元件中心位置的布拉格衍射角，R为弯晶元件的曲率半径。4.根据权利要求3所述的一种多通道空间分辨弯晶谱仪的装调方法，其特征在于，步骤S1中，所述的分幅相机(3)中的多个成像微带沿以定位物点(1
‑
3)为圆心的圆弧排列，相邻成像微带中心间距记为L；在弧矢方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊圣振，王占山，杜慧瑶，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：