用于软X光能谱测量的Ross滤片对的设计

    (ICF),Z,X(0.1~1.5keV)能谱是大家十分关心的重要物理信息[1]。在此能段,滤片分光方法[2,3]是一种传统的宽带定量分析方法。而且,在低能道配置掠入射软X光平面反射镜[3],即可基本消除滤片高能尾部的影响。但是,较高能道的高能尾部很难通过平面镜抑制。考虑到激光等离子体产生软X光能谱的非平衡特性,如果没有关于谱形的先验信息,解谱过程必然带来较大误差。

    Ross滤片技术[4],不同于上述方法,不需要任何关于谱形的先验信息,因此更加精确可靠。Ross滤片系统是由两组滤片分别放置在两个同样的X光探测器前组成。调整滤片厚度比,使得它们的透过率在能道上下两个K边(或L边)之外匹配。因而,两个探测器的读数差与两吸收边之间能段的X光通量直接相关。

    我们选用容易找到的滤片材料来设计Ross滤片,共构成具有9个带宽在0.077~0.541keV的能道。最佳Ross对的判据是,(两个匹配探测器相减的)残余响应曲线在灵敏区内尽量平直,而在灵敏区外最小。这些要求对于给定探测器而言,毫无疑问地决定了Ross对的滤片厚度。我们为惯性约束聚变装置上常用的由X光二极管阵列组成的软X光能谱仪计算了最佳Ross滤片厚度。对宽带Ross系统而言,即使滤片厚度比最佳,在灵敏区外的残余响应也约等于灵敏区内的10%。为减小这种影响,我们在Ross对的第二组滤片上进行补偿,如增加一定厚度的第一种元素滤片(参见表1)。对多种误差影响因素进行了分析,如X光截面数据不准确、散射光和测量误差等。

   1  计算方法

   所有计算都以窄束近似的假设为基础

其中下标i指Ross对的第i组滤片,i=1,2;ij指第i组第j个滤片;xij分别是滤片厚度;μ(E)=μpho(E)+μcoh(E)+μinc(E)是滤片的衰减系数[6],μpho(E)是光电吸收系数,μcoh(E)是相干散射系数,μinc(E)是非相干散射系数;Si(E)和Ri(E)分别是二极管阴极灵敏度和探测器总响应。对于软X光能区和均匀非衍射滤片,透射光束方向外的相干散射可以忽略不计,截面数据表[6]里已经合并计算了光电吸收和相干散射截面。非相干散射影响很小,也可以忽略(见节4)。

    为得到最佳滤片厚度,我们利用自制的交互式计算程序尝试了多种材料,X光参数取自文献[6]。对于最佳滤片对,谱仪一个能道灵敏区内的X光通量Q为

其中

式中I1和I2是探测器读数;σ=σ1=σ2是探测器灵敏面积;R(E)=R1(E)-R2(E);EK和EL是滤片K边或L边能量。

    能道尾部值(灵敏区外残余响应)以δ表征

假定(Emin,Emax)能区外,没有光子到达到谱仪,并取Emin=0.03keV,Emax=2.0keV。