用于硬X光诊断的K边滤波谱仪

    0  引言

    国外大量IC卜实验表明，采用亚微米波长(0.53拜m、0.35#m、0.266拜m)激光，可以改善吸收品质，即提高逆韧致吸收效率， 降低反常吸收以及抑制超热电子对靶丸预热，提高靶丸内爆效率。因此，探求不同波长下超热电子产生规律，是激光等离子体相互作用反常吸收机制研究的重要基础 课题，同时为了寻找一种有效的途径，减少或抑制超热电子对靶丸的预热，也是激光等离子体非线性相互作用集体过程研究的前沿课题。根据目前激光器件所达到的 功率水平，“神光I”二倍频和“星光n”三倍频后的激光能量分别为E:簇230)和E:簇10盯，脉宽:约800ps，与“神光I”单束基频光相比，激光 能量降低2一4倍。另一方面倍频后的超热电子下降一至二个多量级。在该照射条件下，采用滤波一荧光(F·F法)诊断技术就要失效，因为F·F法探测效率低 (10一9)，只适合高强度硬X光谱测量。对于低强度硬X光谱测量，必须发展高探测效率硬X光诊断技术。根据实验条件和以往测试经验，推断所测谱具有单调 急剧下降的特点，适合采用K边滤波技术。在原有滤波一荧光X射线能谱仪(F.FS)的基础上加以改造，建立了多道K·F谱仪(K·FS)，探测效率可提高 三个多量级，可以实现低激光能量二倍频或三倍频实验中硬X光谱(1.5一88keV)测量，由谱推断超热电子行为。美国LLNL和LANL在七十年代末就 建立了F.FS和K·FS，至今他们一直使用该设备诊断激光等离子体硬X光谱。1993年末我们利用K.F谱仪首次成功地应用于ICF二倍频实验中Au盘 靶和黑腔靶的超热电子的诊断，取得了重要物理信息.

    2   K·F谱仪工作原理

    利用物质对X光的吸收在K边能量EK处吸收系数突变的特点(见图1)，选用一定厚度这类元素，做成带通X射线滤光片，使它在小于K吸收边能 量附近的较窄能区内较大的X射线透过率，因此可以利用若干这类滤片(可选择不同厚度的各种元素，使它们的K边能量正好位于待测的谱的不同能区)和探测器组 合(见表l)成所谓多道K边激光片X射线谱仪，实现连续谱测量。按美国海军实验室经验选取K边滤片厚度dK，使在K边处的透过率满足exp(一月 KldK)/exP(一拜KZdx)拜K，、拜K:分别是最小与最大吸收系数.

    根据本实验待测(10一88keV)硬X光谱强度低的特点，我们选用闪烁探测器(Nal(TI)晶体加XP1110型或XP1115型光电 倍增管)作为记录探头。它对于待测谱能段(10一88keV)有较高响应率15]，灵敏度nx10nx10一”C/kev(n=l一3)，比pIN二极管 灵敏度要高三个量级以上，经标定考核表明，如果注意保存，大部分探头灵敏度变化只在士5%以内。另外该探测器在10一88keV能段的响应率基本是平响 应，在IO0keV以上高能段的响应率随光子能量的升高而急剧下降，这可以简化数据处理与增大讯噪比。为确保探测器记录准确可靠，利用三个长寿命x射线放 射源:Am24，(59.5kev)、N:、”(52Ikev)和Cs”，(66IkeV)对探测器灵敏度曲线进行校核。图2是这种能谱仪其中一道的安排 示意图。待测X射线透过K边滤光片后经磁铁环、Pb准直器和米勒窗膜射人探测器，探测器输出总电荷与探测器所吸收X射线能量成正比。探测器输出电压波形由 485示波器监测，典型探测道记录波形见图3，各探测器输出总电荷由多路积分仪记录。设人射的x射线的能谱分布为I。(助，滤光片和探测器组合的谱响应函 数为R‘(E)(见图4)，则探测器的输出总电荷