多通道软X射线Dante谱仪标定及实验

　  软X射线辐射能谱的测量是Z箍缩诊断的关键技术之一,在软X射线能谱绝对强度测量中,多通道滤片-反射镜Dante谱仪至今仍然为首选诊断设 备[1-3]。其中X射线二极管(XRD)与测量软X射线的光导探测器、热电探测器相比,其灵敏度介于两者之间,约10-5A/W,既可以用于低通量X射 线测量,又可以用于较高通量X射线测量,且具有体积小、响应快、使用方便等优点[4]。本文详细介绍了用于阳加速器Z箍缩内爆等离子体物理诊断中软X射线 能谱测量的多通道Dante谱仪的结构设计、参数配置,以及光学探测元器件标定结果,并给出了Z箍缩内爆物理实验中等离子体X射线辐射的测量波形曲线及解 谱结果。

    1　软X射线Dante谱仪测谱原理及结构

　  Dante谱仪的通道主要由分光器件与X射线二极管组成。分光器件包括滤片、平面镜及多层镜。其中滤片利用不同材料的K吸收边和L吸收边对X 射线能谱进行分割;平面镜在掠入射条件下使用,配置在低能通道发挥衰减X射线辐射高能尾部的作用,平面镜与相应的滤片相配合能够实现X射线能量的窄带选 通。如:在0.8μm Al滤片出射端使用表面粗糙度为2.5μm的Ti平面镜,那么通道响应计算图线就如图1所示。可见,使用“滤片+平面镜”的形式分光可以很好地进行窄带选 通和抑制高次谐波。实际应用中要求根据待测能谱的范围以及通道个数合理选择滤片组材料与厚度,要能够保证整个待测能量范围都被覆盖,并且尽可能地减少透过 率曲线之间的重合。

　  XRD是谱仪的光电转换器件,具有100 ps量级的响应速度,可用于ns级快信号的收集。XRD的内部结构如图2所示[4]。入射的X射线经由Ni网(80%以上透过率)后撞击在光阴极上产生光 电子(可能还有部分俄歇电子及荧光),光电子一部分会直接在极间强电场作用下向阳极迅速运动,另外大部分的光电子的能量会以光电子动能的形式沉积在光阴极 表面区域内,并产生大量低能的次级电子,次级电子被阳极收集的过程中,形成XRD信号电流。逸出光阴极的次级电子数量远远大于初级电子,所以,XRD信号 电流主要由次级电子贡献[5]。XRD等效电路如图3所示。XRD信号电流所携带的电荷量与X射线光子在阴极上沉积的能量成正比,所以,只要测出该探头输 出的总电荷量,即可以获得X射线入射的总能量。

　  Dante谱仪主要用于获取X射线辐射能谱。根据Z箍缩内爆的特点,谱仪共由8个通道组成,覆盖的能量范围是50~1500 eV,考虑到Z箍缩等离子体光源本身的长度远小于光源到探测器的距离,因此将光源当成点光源处理。为了方便结果处理,探测器位于以光源为球心的同一个球面 上。单通道光路示意图如图4所示,主要由偏转磁铁、准直光阑、X射线滤片、掠入射平面反射镜和XRD探测器组成,其中偏转磁铁主要起偏转带电粒子作用,准 直光阑为铅,起准直作用,并防止高能X射线散射。