技术领域
[0001] 本实用新型属于
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。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 当前，亟需发展一种适于观测ICF内爆过程的成像系统。
发明内容
[0005] 本实用新型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。
[0006] 本实用新型的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；
[0007] 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；
[0008] 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；
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 本实用新型的ICF内爆过程四通道成像系统的工作过程如下：
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 本实用新型的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。本实用新型的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
[0019] 图1为本实用新型的ICF内爆过程四通道成像系统的结构示意图；
[0020] 图中，1.内爆靶丸 2.复合球面物镜Ⅰ 3.复合球面物镜Ⅱ 4.复合球面物镜Ⅲ 5.复合球面物镜Ⅳ 6. X射线分幅相机 7.反射面Ⅰ 8.反射面Ⅱ 9.反射面Ⅲ 10.反射面Ⅳ 11.反射面Ⅴ 12.反射面Ⅵ 13.反射面Ⅶ 14.反射面Ⅷ 15. 单能像Ⅱ 16. 单能像Ⅰ 17. 单能像Ⅳ 18. 单能像Ⅲ。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图和具体
实施例对本实用新型进行详细说明。
[0022] 如图1所示，本实用新型的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；
[0023] 复合球面物镜Ⅰ2的两个反射面为反射面Ⅰ7和反射面Ⅱ8；复合球面物镜Ⅱ3的两个反射面为反射面Ⅲ9和反射面Ⅳ10；复合球面物镜Ⅲ4的两个反射面为反射面Ⅴ11和反射面Ⅵ12；复合球面物镜Ⅳ5的两个反射面为反射面Ⅶ13和反射面Ⅷ14；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；
[0024] 所述的X射线分幅相机6的竖直对称面与复合球面物镜Ⅰ2和复合球面物镜Ⅱ3的竖直对称面Ⅰ以及复合球面物镜Ⅲ4的竖直对称面、复合球面物镜Ⅳ5的竖直对称面重合；
[0025] 所述的反射面Ⅰ7，反射面Ⅱ8，反射面Ⅲ9和反射面Ⅳ10上分别涂覆有单层金属膜；所述的反射面Ⅴ11，反射面Ⅵ12，反射面Ⅶ13和反射面Ⅷ14上分别涂覆有窄能带X光多层膜；
[0026] 所述的复合球面物镜Ⅰ2的反射面Ⅰ7和复合球面物镜Ⅲ4的反射面Ⅴ11构成第一个Kirkpatrick-Baze镜通道即KB镜通道；复合球面物镜Ⅰ2的反射面Ⅱ8和复合球面物镜Ⅳ5的反射面Ⅶ13构成第二个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ3的反射面Ⅲ9和复合球面物镜Ⅲ4的反射面Ⅵ12构成第三个KB镜通道；复合球面物镜Ⅱ3的反射面Ⅳ10和复合球面物镜Ⅳ5的反射面Ⅷ14构成第四个KB镜通道；
[0027] 所述的内爆靶丸1和复合球面物镜Ⅰ2的反射面Ⅰ7的中心的连线，与内爆靶丸1和复合球面物镜Ⅱ3的反射面Ⅳ10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。
[0028] 所述的反射面Ⅴ11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Ⅶ13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Ⅵ12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Ⅷ14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。
[0029] 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。
[0030] 所述的X射线分幅相机6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。
[0031] 实施例1
[0032] 本实施例中所述的内爆靶丸1为间接驱动惯性约束聚变ICF的内爆靶丸；所述的反射面Ⅰ7，反射面Ⅱ8，反射面Ⅲ9和反射面Ⅳ10上涂覆的单层金属膜的材料分别是钼、
铁、
铜和锰；所述的内爆靶丸1和复合球面物镜Ⅰ2的反射面Ⅰ7的中心的连线，与内爆靶丸1和复合球面物镜Ⅱ3的反射面Ⅳ10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为0.9°，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为 ，这是小于每个KB镜通道的空间分辨的二分之一2.5µm的。另外，对于靶丸内爆热斑状态，考虑30～60µm尺寸，夹角θ所引入的四个KB镜通道之间的最大视场几何差异值为0.47µm，这也是小于每个KB镜通道视场中心100µm范围内的空间分辨的二分之一1.25µm的；由于空间分辨这一固有属性带来四个单能像面上每个数据点是一一对应的，因而视场差异对四个单能像一致性的显著影响（超过10%）得到消除，故能够实现高空间分辨准同视轴成像。这里本成像系统的物距为300mm，放大倍数为15倍，KB 镜单镜的尺寸在5×5mm左右。所述的能量带EⅠ为4.2±0.25keV，能量带EⅡ为6±0.25keV，能量带EⅢ为8±0.25keV和能量带EⅣ为12±0.25keV；所述的X射线分幅相机6为空间分辨率40μm量级、时间分辨率75ps的X射线分幅相机。
[0033] 这里对于消除视场差异的必要性进行一个说明，以我国神光III主机大型激光装置上的八通道KB镜成像为例，八通道KB镜通道间视角差是5.4°，靶丸半径为150μm，则由该视角差异引入的单端最大视场几何差异值为14.13μm，约为靶丸半径的9.42%，在此基础上同时考虑靶丸内爆过程成像视场几何差异当中的
温度、
密度分布的不均匀性，视场差异将明显超过10%。
[0034] 参见前述的本实用新型的ICF内爆过程四通道成像系统的工作过程，可以看出，本实用新型针对靶丸内爆压缩过程高空间分辨成像研究需求，利用KB镜成像空间分辨率高达2.5μm 5μm的优势，同时消除了成像通道间视场差异的显著影响（现有成像通道视场差异的~
影响大于10%），对整个ICF靶丸内爆压缩过程实现高空间分辨准同视轴四通道成像，具有广阔且重要应用前景。
[0035] 实施例2
[0036] 本实施例中所述的内爆靶丸1为直接驱动惯性约束聚变ICF的内爆靶丸；所述的反射面Ⅰ7，反射面Ⅱ8，反射面Ⅲ9和反射面Ⅳ10上涂覆的单层金属膜的材料分别是金、钼、铜和钨；所述的内爆靶丸1和复合球面物镜Ⅰ2的反射面Ⅰ7的中心的连线，与内爆靶丸1和复合球面物镜Ⅱ3的反射面Ⅳ10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为0.7°，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为 ，这是小于每个KB镜通道的空间分辨的二分之一2.5µm的。另外，对于靶丸内爆热斑状态，考虑30～60µm尺寸，夹角θ所引入的四个KB镜通道之间的最大视场几何差异值为0.37µm，这也是小于每个KB镜通道视场中心100µm范围内的空间分辨的二分之一1.25µm的；由于空间分辨这一固有属性带来四个单能像面上每个数据点是一一对应的，因而视场差异对四个单能像一致性的显著影响（超过10%）得到消除，故能够实现高空间分辨准同视轴成像。这里本成像系统的物距为400mm，放大倍数为18倍，KB 镜单镜的尺寸在5×5mm左右。所述的能量带EⅠ为3.5±0.25keV，能量带EⅡ为4.2±0.25keV，能量带EⅢ为8±0.25keV和能量带EⅣ为16±0.25keV；所述的X射线分幅相机6为空间分辨率40μm量级、时间分辨率90ps的X射线分幅相机。
[0037] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体
变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
