固定角度平面镜标定方法与不确定度分析

　  在惯性约束聚变(ICF)物理研究中,辐射温度是黑腔辐射源最重要的特征物理量,是了解激光腔靶能量耦合物理过程以及辐射源应用实验设计的基础。准确地测量黑腔辐射温度是一项重要的实验诊断工作,测量辐射温度的主要设备是Dante谱仪,绝对标定Dante谱仪的响应曲线是进行黑腔诊断的基础。在软X光能区,美国的NOVA,OMEGA和NIF均采用了平面镜进行分光,以截止高能X射线。由于平面镜的截止边与入射光的角度之间的依赖关系较强,因而Dante谱仪标定的难点主要集中于平面镜。以往进行平面镜标定主要是利用反射率计自准直后转动的方法进行定角标定[1-3],这种方法需要将平面镜从平面镜筒内拆出进行单独标定,完成标定后需重新调整恢复安装角度后固定,从而带来平面镜标定前后的安装角度和姿态存在较大的偏差,其复原精度较低。反射率计上采用白光进行自准直的方法,由于反射率计内部空间有限,所以其自准距离较短,从而自准直的精度较低,可靠性也较低,无法从实验获得完整的数据不确定度,在2009年刚建成的北京同步辐射4B7B束线上也暂不具备安装反射率计的条件。2004年美国OMEGA的Dante平面镜的标定采用了一种双针孔X光自准的方法对谱仪固定角度平面镜进行了直接标定[4-6],从其标定原理图可看出,其在X光出射方向使用激光笔进行X光路的还原,这种方法的还原精度受到激光指向和光斑大小的限制,无法保证标定角度与实际应用的角度的一致性。本工作采用三光束瞄准方法完成了X光基准还原,建立了一种新的平面镜标定方法,同时从标定实验中得到了平面镜标定角度不确定度。

    1　实验原理

　  平面镜标定实验采用两个硅光二极管,分别为D1(测量源强)和D2(测量经平面镜反射后光强)。首先将D1放置于光路,测量源强i1,并记录初始时刻和测量结束时刻的电子束流强度。然后将D1移出光路,用D2测量反射后的光强i2,同样记录初始时刻和测量结束时刻的电子束流强度,如图1所示。

　实验前期不安装平面镜筒,标定两个探测器的响应一致性,即

式中:η表示探测器的一致性;S1和S2为D1和D2探测器响应因子;I1和I2分别为测量源强和反射光强时X射线总强度,其中,I1=I0(E)+I0(E′), I2=I(E)+I(E′),E是同步辐射X光能量,E′是高次谐波能量。I0(E)和I(E)分别为能点E的X射线源强和反射光强。

　　平面镜反射率为

考虑标准探测器的响应不一致以及受光源强度变化和高次谐波的影响,平面镜反射率实验值为

式中:χ为高次谐波修正系数,χ=β1/β2,其中β1和β2分别为测量源强和反射光强时的电子束流强度。因此,修正后平面镜的反射率为