高温等离子体X射线谱学[按需印刷]

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    本书属高温高密度等离子体x射线谱学的专著。它完整地描述了等离子体x射线谱学的理论与实践相结合的体系。主要包括：等离子体x射线产生机制；高温等离子体x射线诊断技术基础；x射线能谱测量技术；x射线的时间与空间分布的高分辨测量技术；离子源的分类、原理、构造与应用技术和等离子体x射线谱学的应用技术等。本书可供从事热核聚变、惯性约束聚变、磁约束聚变、高温等离子体物理和天体物理及其诊断技术工作的科研人员、教学人员参考。

第一章 绪论.
第二章 等离子体X射线产生机制
2.1 等离子体
2.2 原子结构与光谱
2.3 完全电离等离子体中的库仑碰撞
2.4 轫致辐射
2.5 复合辐射
2.6 线辐射
2.7 同步辐射（碰轫致辐射）
2.8 离子激发的X射线谱
2.9 激光等离子体的X射线辐射
2.10 在托卡马克装置中的热X射线谱
参考文献
第三章 高温等离子体X射线诊断技术基础
3.1 X射线针孔照相
3.2 费涅尔波带片
3.3 高温等离子体X射线测温技术
3.4 利用共振线与伴线测量度与密度
3.5 利用等电子谱线强度比测量激光产生的等离子体电子温度
3.6 用冲击波速度测量辐射温度

　　目前，随着高温高密度等离子体物理的长足进展，无论热核聚变研究方面还是惯性约束聚变与磁约束聚变以及天体物理的研究工作都得到了迅猛的发展，从而为高功率激光器、离子束和脉冲功率设备的发展奠定了坚实的技术基础。.
　　当前，在实验室里的高温等离子体中的电子温度与离子温度]108K、压力]1.01×10(16)Pa、辐射温度]3.5×106K。为了精确地诊断高温高密度等离子体的物理状态，时间分辨的等离子体X射线谱学是研究热稠密等离子体的一种强有力的技术。这种技术在研究激光驱动的惯性约束聚变(ICF)过程中是极其重要的，而X射线发射与中子是压缩的芯子条件的仅有的可观测的特征信号。由于X射线测量使用了快速探测器，则可提供关于皮秒时间尺度在
　　爆聚小丸中测量迅速演变的等离子体条件的一种手段。在间接驱动的内爆试验中可以使用X射线谱学，因为从X射线能谱和X射线成像的测量数据中可以提供关于等离子体的电子温度、电子密度、温度梯度与密度梯度以及等离子体的不透明度等物理参数。借助于点火具有高Z气体的氘燃料，我们可以推论与时间相关的燃料密度(根据斯塔克(Stark)增宽发射线轮廓测量)和电子温度(根据X射线能谱的斜率或谱线强度比)。另外，通过在推进器中包含高Z掺杂剂，利用X射线发射谱学与吸收谱学技术我们可以研究推进器的条件。对于具有相对低的不透明度的推进器的内爆，我们可以观测作为燃料掺杂剂所包含的A r的发射和来自塑料推进器的C l的发射。这些测量指出峰值芯子的电子温度为1keV～1.6keV和电子(与氘核)密度在(1.0～2.0)×10(24)cmˉ 3范围。为了在等离子体压缩期间把燃料保持在较低的等熵线，利用先进的激光脉冲整形技术可得到高性能靶，从而增加了推进器不透明度，迫使人们去研究来自高Z元素的X射线发射，它们的谱学特征在较高光子能量处出现。
　　在ICF实验期间，在次稠密等离子体围绕烧蚀聚爆的聚变靶过程中产生参量不稳定性。在这些不稳定性中，人们特别关心受激喇曼散射(SRS)和激光等离子体的丝状作用。对于这些非线性现象，必须要超过一定的阈值功率。入射光波衰变成散射波和电子等离子体波，这种现象产生入射激光的能量损失并且产生超热电子，超热电子可以预热燃料阻止压缩并且因此减少激光聚变靶的增益。
　　研究这些热电子可以在等离子体中由轫致辐射产生的高能X射线谱的研究开始。这种硬X射线谱代表热电子的一种速度—空间分布。..
　　激光等离子体的丝状作用产生入射激光束的破裂和流体动力学不稳定性，阻止燃料的对称性压缩。为了确定由丝状作用发展的热斑位置，硬X射线成像是有用的工具。这些X射线图像可能让聚变靶几何学和激光束平滑技术得到重要进展。
　　此外，在使等离子体成像技术方面，由于各种理由利用软X射线辐射具有亚微米的分辨能力。第一，软X射线辐射的空间分辨能力极限要比光学系统的好得多；其次，利用软X射线辐射而不是可见辐射能够贯穿折射介质如像等离子体进入更高的密度。如利用激光辐照Au靶产生热X射线后向照明源可使空间分辨达到0.8μm。
　　利用时间分辨超紫外光谱学可测量5×10(10)Pa～10(13)Pa以上的高压激光冲击波的辐射温度(20eV～70eV)。这种技术可在这种高压范围获得材料的状态方程数据。
　　本书的目的在于全面阐述高温高密度等离子体X射线的产生机制、高温等离子体X射线的诊断技术基础，包括测量X射线能谱、时间谱、总能量以及高分辨的时间与空间分布的基本方法、主要的离子源和等离子体X射线谱学的应用。
　　全书共分七章：第一章绪论概括地描述了强激光、离子束和脉冲功率设备取得的重大进展以及等离子体X射线谱学在诊断惯性约束聚变与磁约束聚变高温高密度等离子体中的重要作用；第二章重点讨论等离子体X射线的产生机制，包括轫致辐射、复合辐射、线辐射、磁轫致辐射和离子X射线；第三章为高温等离子体X射线诊断技术基础，包括X射线针孔照相、菲涅尔波带片、各种测量等离子体电子温度与电子密度的相关技术、热稠密等离子体的不透明度测量方法和X射线编码孔成像技术；第四章详细地阐述了测量X射线能谱的各种谱仪与分光技术；第五章讨论了X射线时间谱与空间分布的测量技术；第六章重点介绍了强带电离子的X射线辐射，包括各种离子源、电子束离子阱；第七章详细介绍了等离子体X射线谱学的应用。
　　本书属高温高密度等离子体X射线谱学的专著，可供从事热核聚变、惯性约束聚变、磁约束聚变、高温等离子体物理和天体物理及其诊断技术工作的科研人员、大学教师和研究生以及高年级大学生参考。
　　尽管笔者在编写过程中尽力结合本人与同事们的科研成果，但是由于本人的学识水平有限，又疏于讨论，文中难免有谬误之处，敬请读者热心指正。通讯地址为：四川省绵阳市919信箱805分箱；邮编：621900；电话号码：(0816)2485223。
　　最后，作者诚挚地感谢老科学家方正知教授和淳于书泰研究员为本书的初稿提了许多宝贵意见，使本书增辉不少。本书在编写和出版过程中，中国工程物理研究院科学技术委员会主任彭先觉院士和科技信息中心主任李志民高级工程师与编辑部研究员吴衍斌均热情鼓励和支持本书的出版，在此一并表示感谢。...
　　中国工程物理研究院
　　孙景文 于绵阳科学城