X射线分幅相机电脉冲时标方法研究

　　0　引言

　　X射线分幅相机(X-ray Framing Camera,XFC)能够给出X光辐射二维空间信息及其随时间的演变过程,因而被广泛应用于惯性约束聚变(Inertial Cofinement Fusion,ICF)实验内爆动力学和辐射非平衡特性研究[1-5].随着ICF实验的不断进展,诊断设备精密化要求越来越高[6-8],时间分辨的相机[9-15]需要给出拍摄像相对激光等离子体作用起始时刻的关系.同时,获得关键物理过程相对激光打靶起始时刻的时标对校准理论程序和靶优化设计具有重要的物理意义.

　　一般地,希望直接在XFC记录面上实现时间定标.直观时标可以有三种途径:第一种途径为在腔靶上开时标孔,利用相机四条微带可以分别调节延迟时间,将第一条微带记录时间提前,记录X射线辐射起始时刻.但是这种做法要浪费一条微带线,辐射驱动过程不能连续完整地记录,同时受系统晃动和曝光时间的影响,时标稳定性不好,准确度范围无法估计.第二种途径可以利用光纤阵列将主激光引到微带上,但同样存在以上问题.第三种途径为采用大面积多微带MCP,目前这类相机的研制存在很大困难.

　　本文通过电脉冲关联的方法可以简单地实现系统的时标.基于选通脉冲与分幅像有确定的关系,提出通过关联选通脉冲与主激光实现时标的方法.在系统一定的稳定性条件下,以激光打靶在微带上的第一分幅像与对应的电脉冲关系即可获得时间的基准关系,其它记录条件下的分幅图象的时间关系可以由基准关系直接给出.

　　1　电脉冲时标方法

　　XFC主要由MCP、微带线阴极、荧光屏和CCD读出系统组成.微带线阴极直接镀在MCP表面,在高压窄脉冲作用下,阴极可以对输入的X射线进行几十皮秒的分幅扫描.在多针孔阵列下,可以获得时间不同时扫描下的多分幅二维图象,并且各个图象的时间间隔由选通脉冲在微带线的传输速度决定.XFC的连续记录时间为1 ns,在神光II(SGII)实验研究中,这个时间尺度只能记录关键物理过程的二维动态信息,不能全部记录激光等离子体作用全过程.尤其在辐射驱动实验中,激光等离子体作用起始时刻在弹着点处,不在XFC针孔摄像范围,所以直接的时间定标存在很大的困难.

　　选择电脉冲进行时间定标具有更大的实际意义.选通脉冲在微带线上和同轴电缆中的传输速度恒定,同时激光脉冲的光电检测技术也很完善,所以建立选通脉冲与激光的时间关联具有很强的可行性.选通脉冲可以从微带输出端引到示波器,在一路主激光光路上取光作为时标光,利用光电二级管将信号引至同一台示波器实现关联.图1为测试系统的原理.

　　电脉冲时间定标的实验方法为:利用激光打击开放靶(如平面靶,球靶等),通过调节延迟在XFC微带上抓取激光打靶的第一动态像.同时在示波器上读取激光脉冲与该动态像输出的选通脉冲的时间差T0.在微带线空间上确定的时间零点被对应的脉冲关联关系转化为一个时间关系.由建立的时标关系可以给出其它测试条件下调节微带线延迟后,每个分幅图像相对激光与靶初始作用时刻的时间关系.