神光Ⅲ主機大動態(tài)范圍X射線掃描相機研制

　　根據(jù)神光Ⅲ主機的特點和要求，配套研制了一種大動態(tài)范圍X射線掃描相機。該相機與以往有很大不同。對核心部件掃描變像管進行了新的優(yōu)化設計，以獲得更好的空間分辨率和動態(tài)范圍。在結(jié)構(gòu)方面采用了獨特的密閉氣室結(jié)構(gòu)，變像管、CCD和所有的電控設備都寄宿在氣室內(nèi)，維持常溫和一個大氣壓狀態(tài)。在控制上，通過內(nèi)嵌式計算機和以太網(wǎng)線實現(xiàn)了掃描相機所有功能的遠程控制。在性能指標上也有較大的提高。動態(tài)測試表明，該相機系統(tǒng)對比度有顯著提高，動態(tài)范圍大于2000，時間分辨率優(yōu)于10ps。相機已經(jīng)完成了現(xiàn)場打靶，將應用于X射線的高時間分辨診斷和神光Ⅲ主機48束激光的同步性檢驗。

　　隨著慣性約束聚變(ICF)研究的不斷深入，對激光能量的要求也越來越高。神光Ⅲ主機是神光Ⅲ原型裝置基礎上發(fā)展起來的巨型激光裝置，擁有48束三倍頻激光，總能量達到了百萬焦耳級，是我國規(guī)模最大的ICF研究主力裝置。神光Ⅲ主機在靶室結(jié)構(gòu)尺寸和實驗運行方式上同神光Ⅱ和神光Ⅲ原型裝置差別巨大，對診斷設備的外形、性能指標和工作模式的要求也有很大的不同。在外形方面，主機配套建設了公共診斷搭載平臺，X射線掃描相機的結(jié)構(gòu)設計必須適應搭載平臺的送入、退出靶室的精密運動和精密指向調(diào)節(jié)功能。隨著激光能量的大幅提高，在性能指標上要求掃描相機擁有更大的動態(tài)范圍和更強的抗輻射干擾能力。6m的靶室直徑遠大于掃描相機的診斷距離，在工作模式上要求實現(xiàn)相機系統(tǒng)所有控制功能的遠程計算機控制。

　　本文介紹了專門為神光Ⅲ主機研制的大動態(tài)范圍X射線掃描相機。該相機采用了氣室結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了全部控制功能的遠程控制，在動態(tài)范圍和空間分辨上也有較大提升。它既可以用于檢驗神光Ⅲ主機各束激光到達靶點的同步性，也可以用于各項物理實驗的X射線診斷測量。

　　1、掃描變像管

　　在前期研究的基礎上，針對提高空間分辨率和動態(tài)范圍的要求，通過合理調(diào)整參數(shù)，重新優(yōu)化了變像管電子光學系統(tǒng)如圖1和表1所示。

　　(1)適當減小狹縫高度(L=25mm)，增大了放大倍率(M=1.6)；

　　(2)適當提高了變像管工作電壓；

　　(3)改進了后加速技術，兼顧高的電光轉(zhuǎn)換效率和高的偏轉(zhuǎn)靈敏度。增大了后加速系統(tǒng)工作面積(Φ42mm)。解決了后加速系統(tǒng)影響空間分辨率及制作工藝的技術問題，驗證了后加速系統(tǒng)可顯著提高電光轉(zhuǎn)換效率并兼顧提高偏轉(zhuǎn)靈敏度的有效性。

圖1　X射線掃描變像管電子光學結(jié)構(gòu)

表1　變像管設計參數(shù)比較

　　圖2是研制的X射線掃描變像管實物，聚焦區(qū)已經(jīng)用環(huán)氧樹脂灌封，以防止高壓打火。

圖2 X射線條紋變像管實物

　　4、結(jié)論

　　根據(jù)神光Ⅲ主機的特點和要求，配套研制了一種大動態(tài)范圍X射線掃描相機。在結(jié)構(gòu)方面采用了獨特的密閉氣室結(jié)構(gòu)，變像管、CCD和所有的電控設備都寄宿在氣室內(nèi)，維持常溫和一個大氣壓狀態(tài)。氣室搭載在公共診斷搭載平臺上，由搭載平臺完成相機的進出靶室和指向瞄準動作。氣室的屏蔽作用同相機內(nèi)部的電磁屏蔽措施一道也大大加強了相機的抗電磁干擾能力。在控制上，通過內(nèi)嵌式計算機和以太網(wǎng)線實現(xiàn)了掃描相機所有功能的遠程控制。在性能指標上也有較大的提高。動態(tài)測試表明，該相機系統(tǒng)對比度有顯著提高，動態(tài)范圍大于2000，時間分辨率優(yōu)于10ps。

　　目前本相機已經(jīng)在實驗室內(nèi)完成了所有重要指標的標定和測試工作，隨后將在神光Ⅲ主機上進行現(xiàn)場試驗，以檢驗相機的抗干擾能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及同公共診斷搭載平臺的配合。