一種多波段晶體譜儀及其調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種晶體譜儀，具體涉及一種多波段晶體譜儀及其調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 晶體譜儀是測(cè)量短波長(zhǎng)輻射的線性譜和連續(xù)譜的重要儀器，它使人們能夠在原子 尺度上去深入了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)及高能密度物理?xiàng)l件下的物理過程。它是高能密度物理實(shí)驗(yàn) 研究領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的也是最重要的診斷手段之一。晶體譜儀利用晶體中原子的 點(diǎn)陣進(jìn)行光譜分析，晶體中原子間距與X光波長(zhǎng)相近，當(dāng)X光束的入射角滿足晶體布拉格 (Bragg)條件時(shí)，在特定方向會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)反射，最終不同入射角的連續(xù)譜在不同的方向上形成 不同波長(zhǎng)的單色X射線，通過對(duì)高溫等離子體輻射所產(chǎn)生的能譜進(jìn)行分析，對(duì)于了解等離 子體狀態(tài)參數(shù)、分析強(qiáng)場(chǎng)激光作用下的物理過程具有重要意義。
[0003] 晶體譜儀是基于X光在晶體表面形成布拉格衍射原理，利用晶體中的原子點(diǎn)陣進(jìn) 行光譜分析，其工作原理及光路圖如附圖1所示：靶點(diǎn)a處的X光，經(jīng)狹縫板b照射到晶體 c表面，形成布拉格衍射，在底片d上形成等間距的平行平面，晶體中的原子組成各種有規(guī) 律排布的空間點(diǎn)陣，可分解為一些等間距的平行平面。若一束平行的相干光束沿著與晶面 的夾角為Θ的方向入射到晶面時(shí)，使得晶體原子內(nèi)的電子受激振動(dòng)而陳偉次級(jí)波的振源， 向各個(gè)方向發(fā)出與入射波同頻率的次級(jí)波，這就是相干散射過程。當(dāng)某些同相散射波滿足 布拉格衍射條件λ i=2dsin Θ (n為衍射級(jí)數(shù)n=l，2, 3, . . . ； 2d為晶格常數(shù)；Θ為X光入 射角；λ為入射X光波長(zhǎng)）時(shí)，散射波會(huì)就會(huì)構(gòu)成強(qiáng)反射X光束，不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)反射角不 同，這樣就通過晶體分光的方法分辨入射X光光譜。
[0004] 在高能量密度物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，如何診斷超強(qiáng)激光產(chǎn)生高溫稠密的等離子體狀態(tài)， 是實(shí)驗(yàn)研究開展的重要基礎(chǔ)。高溫等離子體會(huì)發(fā)射X光譜，其中包含了大量的等離子體狀 態(tài)參數(shù)信息。利用晶體譜儀等元件對(duì)輻射源進(jìn)行解譜分析，結(jié)合一定的理論模型，從而獲得 等離子體的信息，應(yīng)用于各類高能密度物理實(shí)驗(yàn)研究。
[0005] 傳統(tǒng)的晶體譜儀即以單塊大尺寸的平面晶體作為分光元件，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn) 單，測(cè)量精度高，測(cè)譜應(yīng)用范圍寬(可從IOOeV到十幾個(gè)keV)。但在使用中也會(huì)存在諸多限 制。
[0006] 衡量晶體譜儀性能的重要參數(shù)有能譜分辨率及攝譜范圍，在傳統(tǒng)的晶體譜儀中這 兩個(gè)參數(shù)均受到輻射源尺寸、晶體性能、探測(cè)器接收面到晶體以及晶體到輻射源的距離影 響。對(duì)于同一種晶體來說，分光晶體的對(duì)應(yīng)輻射源(假設(shè)為理想點(diǎn)源）所張立體角的大小決 定了能譜測(cè)量范圍，如果在實(shí)驗(yàn)中需要獲得較大的測(cè)譜范圍，必須將晶體譜儀靠近輻射源。 但晶體與輻射源之間的距離減小，輻射源展寬帶來的能譜展寬將導(dǎo)致能譜分辨率下降，高 能雜散信號(hào)也會(huì)顯著增強(qiáng)，并會(huì)占據(jù)靶機(jī)構(gòu)周圍較大的空間，不利于大型綜合實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的 光路設(shè)計(jì)排布。
[0007] 除此，傳統(tǒng)的晶體譜儀還存在以下不足：一方面整個(gè)設(shè)備大多采用機(jī)械連接，因而 設(shè)備的光密性不好，影響X光譜的測(cè)量；另一方面，傳統(tǒng)晶體譜儀通常采用針尖瞄準(zhǔn)的方 式，針尖的安裝和取下費(fèi)時(shí)，而且影響瞄準(zhǔn)的精確性和穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種多波段晶體譜儀及其調(diào)節(jié)方 法，本發(fā)明簡(jiǎn)化了晶體譜儀的調(diào)節(jié)步驟、保證了較高的精度，大幅拓寬了單次實(shí)驗(yàn)下的能譜 測(cè)量范圍。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種多波段晶體譜儀，它包括晶體分光系統(tǒng)、激光輔助瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和靶室懸臂調(diào)節(jié)系 統(tǒng)； 所述晶體分光系統(tǒng)包括一個(gè)設(shè)有上底面的空心圓錐臺(tái)外殼，所述上底面上設(shè)有狹縫 板，在該狹縫板的中心處設(shè)有狹縫板通孔，在狹縫板上徑向設(shè)有狹縫，狹縫的背面設(shè)有金屬 濾片，所述金屬濾片將相對(duì)應(yīng)的狹縫完全覆蓋，在上底面上設(shè)有上底面通孔和上底面狹縫， 所述上底面通孔與狹縫板通孔相通并同軸設(shè)置，所述上底面狹縫與狹縫相對(duì)應(yīng)設(shè)置， 所述空心圓錐臺(tái)外殼圍成的腔體包括第一腔體和第二腔體，所述第一腔體的下底面和 第二腔體的上底面之間設(shè)有凸塊，所述凸塊上設(shè)有遮光板，該遮光板與上底面狹縫相對(duì)應(yīng) 設(shè)置； 所述空心圓錐臺(tái)外殼的側(cè)壁上開設(shè)有暗盒座，所述暗盒座與遮光板相對(duì)應(yīng)設(shè)置，并且 暗盒座與第二腔體相通，在暗盒座的頂角均設(shè)有卡槽，所述暗盒座中卡設(shè)有暗盒，所述暗盒 的腔體中依次鋪設(shè)有濾片框、底片和墊片，所述濾片框上貼有暗盒濾片，暗盒濾片置于底片 上，底片置于墊片上，暗盒上設(shè)有暗盒的光密封蓋，在暗盒上設(shè)有暗盒濾片窗，所述暗盒濾 片窗朝向第二腔體內(nèi)部，所述暗盒濾片朝向第二腔體內(nèi)部； 所述晶體分光系統(tǒng)還包括套設(shè)在空心圓錐臺(tái)外殼內(nèi)的晶體基座，所述晶體基座上表面 設(shè)有分光晶體，分光晶體的上表面與晶體基座的上表面平行，在分光晶體周邊卡設(shè)有帶有 卡槽的晶體壓板，所述晶體壓板上設(shè)有固定孔，晶體壓板的兩條邊上通過固定孔有側(cè)向遮 光板，所述側(cè)向遮光板包括左側(cè)遮光板和右側(cè)遮光板； 所述激光輔助瞄準(zhǔn)系統(tǒng)包括激光器，所述激光器設(shè)置在激光器座中，所述激光器座通 過螺紋連接與環(huán)形內(nèi)螺紋基座相連，所述環(huán)形內(nèi)螺紋基座上設(shè)有過渡筒，所述過渡筒與環(huán) 形內(nèi)螺紋基座相通并同軸設(shè)置，過渡筒上部設(shè)有激光定位桿，在激光定位桿上設(shè)有晶體擋 板，在激光定位桿的中部設(shè)有激光通孔，所述激光通孔與過渡筒相通并同軸設(shè)置，所述環(huán)形 內(nèi)螺紋基座、過渡筒和激光定位桿均同軸設(shè)置，所述空心圓錐臺(tái)外殼套設(shè)在在環(huán)形內(nèi)螺紋 基座上，所述空心圓錐臺(tái)外殼和環(huán)形內(nèi)螺紋基座之間通過螺栓連接，所述激光器座的外部 設(shè)有接筒， 所述靶室懸臂調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括三維調(diào)整機(jī)構(gòu)和支架，靶室懸臂調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過連接筒與激 光器座相連。
[0010] 所述狹縫板為圓形。
[0011] 所述狹縫的數(shù)量為3-6個(gè)，狹縫均勻分布在狹縫板上，所述狹縫的寬度為 0. 8-1. 2mm〇
[0012] 所述狹縫板通孔的直徑為I. 0mm。
[0013] 所述第一腔體為空心圓錐臺(tái)形腔體；第二腔體為空心圓錐臺(tái)形腔體。
[0014] 所述遮光板粘接在凸塊上。
[0015] 所述凸塊為連續(xù)分布的圓環(huán)形凸臺(tái)或間隔分布的凸點(diǎn)。
[0016] 所述暗盒座為長(zhǎng)方體槽狀基座，暗盒為中空的長(zhǎng)方體腔體。
[0017] 所述晶體基座與中心軸線的夾角α為25-30°。
[0018] -種多波段晶體譜儀的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟： 第一步、將狹縫板3通過螺栓連接固定在上底面1上，在暗盒14的腔體中依次鋪設(shè)有 濾片框141、底片15和墊片16,在濾片框141上貼有暗盒濾片，然后將暗盒濾片置于底片15 上，將底片15置于墊片16上，使暗盒濾片朝向第二腔體8內(nèi)部； 第二步、將激光器安裝到激光器座上，將靶室懸臂調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過連接筒與激光器座相 連，在靶位放置定位小球，通過三維調(diào)整機(jī)構(gòu)將晶體譜儀進(jìn)行俯仰、左右兩維轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)和前 后調(diào)節(jié)，調(diào)整晶體譜儀姿態(tài)及對(duì)應(yīng)到靶點(diǎn)的距離，打開激光器的激光電源，使激光依次穿過 過渡筒、激光定位桿，最終從狹縫板中心的狹縫板通孔射出，作為瞄準(zhǔn)激光束，使狹縫板通 孔中射出的瞄準(zhǔn)激光束照在定位小球上即可，由于機(jī)械部件已經(jīng)保證激光出射位置在光軸 上，因此調(diào)節(jié)量很小。
[0019] 本發(fā)明中狹縫5的個(gè)數(shù)、上底面狹縫51的個(gè)數(shù)、遮光板10的個(gè)數(shù)、暗盒座11的個(gè) 數(shù)、暗盒14的個(gè)數(shù)、分光晶體18的個(gè)數(shù)均為一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，即：當(dāng)在狹縫板上設(shè)有3個(gè)狹縫 時(shí)、在上底面上對(duì)應(yīng)設(shè)有3個(gè)上底面狹縫、每個(gè)狹縫對(duì)應(yīng)設(shè)有一個(gè)遮光板，空心圓錐臺(tái)外殼 的側(cè)壁上開設(shè)有3個(gè)暗盒座，每個(gè)暗盒座上對(duì)應(yīng)卡設(shè)有一個(gè)暗盒，在晶體基座上設(shè)有3塊分 光晶體，依次類