2-69 Z-pinch物理诊断与测量

李正宏 徐荣昆

　　电磁内爆模拟技术物理诊断及测量的工作重点是建立和完善X光参数和时空分辨测量系统，通过喷气Z-pinch实验，一方面对赴俄C-300装置进行中俄Z-pinch联合实验的参试测量系统进行考核，另一方面对多项X光参数的测量获得一批有价值的实验数据。

　　X光参数（包括X光辐射功率、强度- 时间谱）测量系统设计的关键点是，由于光电闪烁探测器对可见光也灵敏，设计中，为避免本底光直接照射探测器，将X光探测器设置在与主测量管道成45° 和90° 角的分测量管道中，并选用无色透明的ST- 401闪烁体为X光/荧光转换材料，使本底光透过闪烁体而不在闪烁体中有沉积能量，这样就在不削弱系统能量响应平坦性的基础上实现对本底光屏蔽。喷气Z- pinch测量表明，与同期国内外采用的X光功率测量方法相比，上述设计思想先进，X光功率测量达到了预期的效果，同时，在主管道闪烁体后侧设置的本底探测器测量结果显示对可见光进行屏蔽的必要性。

　　时空分辨X光辐射功率测量系统是为获取Z-pinch过程的X光辐射图像、不稳定性发展数据而研制的，系统由狭逢、X光/红光转换体、光纤面板、光纤传输线、可见光条纹相机、像增强器等元件组成，设计时考虑了平X光能量响应、光谱匹配、抗可见光干扰和时间响应等因素。装置中狭缝方向垂直于z轴设置，则诊断等离子体z轴方向的一维时空分辨X光辐射功率图像，而狭缝方向平行于z轴设置，则诊断等离子体径向一维时空分辨X光辐射功率图像。狭缝缝隙宽度、物距、像距和像增强器增益等参数则根据要求进行调节。喷气Z- pinch表明，时空分辨X光辐射功率测量仪获得了多组关于稳定性、等离子体在阴阳极漂移和X光辐射功率时空分布的宝贵数据，其中X光辐射区域与等离子体密度分布区域呈分离的实验事实在Z-pinch的研究中是第一次获得。这些测量结果已经证明了时空分辨X光辐射功率测量系统设计的先进性，测量系统不仅避免了本底光的干扰，同时还保证了有平坦的能量响应特性；测量系统不仅适合于国内强光1号装置的相关物理参数诊断，也适合于俄C-300和Angra-5装置的相关Z- pinch物理参数诊断。

　　MCP选通分幅相机是数纳秒内连续拍摄多幅等离子体X光辐射区域的高速诊断设备，可以获得有关RT不稳定性和X光辐射过程的关键数据。已经进行考核的分幅像测量系统是曝光时间为60~100ps、间隔时间为0~2ns的9分幅像的测量装置，系统由针孔阵列调节系统、高低真空度隔离膜、选通MCP、电控箱和真空机组组成。喷气Z- pinch实验中，在解决了系统装校、光路对中、电磁屏蔽等系列工程技术问题后，该系统性能考核取得了良好结果，在国内首次得到了ps级爆光时间图像，表明该系统可以用于今后的丝阵内爆的图像测量。

　　该项目还使用北京同步辐射装置软X光工作站X光源，对光栅X光色散特性、闪烁体发光效率和X光感光灵敏度特性进行了标定，通过对标定器件在爆光时间精度和光路对中上的改进，标定精度有了提高。标定中，由实验选择获得了能量响应较为平坦的红光闪烁体，这种闪烁体既可用于时空分辨X光功率测量系统，也可用于其它X光参数测量系统。