一种超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统的制作方法

本发明涉及等离子体物理和核探测技术领域，特别是涉及一种超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统。

背景技术：

强激光与等离子体相互作用的研究，需要对激光打靶产生的各种次级辐射进行诊断，包括打靶后的透射激光空间分布、打靶产生的带电粒子的空间分布及能谱、伽马射线能谱等。超强激光入射到靶表面，并离化靶物质，从而产生前向加速的超热电子；这些超热电子在靶中传输并从靶背发出，从而产生电荷分离场和自生磁场。产生的电荷分离场可以加速离子，而自生磁场的存在会约束电子束以及伴随加速的离子的运动方式。同时电子束本身在等离子体中运动，还会激发轫致辐射x射线、特征x射线以及高次谐波等。这些丰富的物理现象很难给出其解析表达，因此我们更多地是从数值模拟和实验研究中获取相关信息。

从前面的物理过程可以看出，离子加速以及x射线的产生都依赖于电子。因此，如果能诊断出从同一方位角发出的离子、x射线以及电子的参数。就能分析出电子到离子以及x射线的转换效率，以及加速物理机制。目前对激光加速多辐射源的诊断方式主要有两种，一种是把探测器放置于不同方位角，但是采用这样的诊断方式诊断到的离子和x射线与诊断到的电子的关联性不强。因此，是无法直接反映加速离子、激发的x射线与电子的关系的。另一种是为了获得更加关联的物理量数据，在同一个角度采用多次激发多辐射源的方式测量多辐射源的物理参量；但是这种测量方式，由于每次激发等离子体所辐射的等离子体辐射参数不一致，也会影响对激光靶物理过程的理解。可见现有的诊断方式无法进行单次同轴测量多辐射源，大大影响了测量的一致性和精准性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统，以解决现有的诊断方式无法同轴测量多辐射源的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统，包括：多辐射源角分布测量模块、电子-质子谱仪模块、伽玛滤片堆栈谱仪模块以及瞄准激光组件；

所述瞄准激光组件发射的激光依次穿过所述伽马滤片堆栈谱仪模块、所述电子-质子谱仪模块以及所述多辐射源角分布测量模块，形成光轴入射到靶面，使得所述多辐射源角分布测量模块、所述电子-质子谱仪模块、所述伽玛滤片堆栈谱仪模块和所述瞄准激光组件发射的激光同轴。

可选的，所述多辐射源角分布测量模块内设有堆栈组；

所述堆栈组包括：依次排列的cr39(diallyglycolcarbonates，碳本酸丙烯乙酸)膜片、rcf(radiochromicdyefilms，辐射变色膜片)膜片、铝膜、多层rcf膜片组以及多组电子记录板；所述电子记录板包括依次设置的钽片和ip(成像板，imageplate)板；所述rcf膜片、铝膜、多层rcf膜片组以及多组电子记录板的中心均设置有通孔，多个所述通孔同轴设置；所述cr39膜片的面积小于所述rcf膜片面积的四分之一。

可选的，所述多辐射源角分布测量模块还包括装配盒和第一调节支架；所述堆栈组设置在所述装配盒中；所述第一调节支架用于支撑所述装配盒。

可选的，所述rcf膜片、所述铝膜、所述多层rcf膜片组、所述钽片和所述ip板的横截面相等。

可选的，所述电子-质子谱仪模块包括准直器、二极磁铁和探测器组件；所述准直器包括依次叠放的质子准直器和电子准直器；所述质子准直器的准直孔为哑铃型；所述电子准直器的准直孔的横截面为长方形；所述质子准直器的准直孔与所述电子准直器的准直孔相对设置；所述二极磁铁位于所述准直器的一侧；所述二极磁铁用于使带电粒子发生偏转；所述探测器组件包括质子信号记录板和电子信号记录板；所述质子信号记录板位于所述光轴的一侧；所述电子信号记录板位于所述光轴的另一侧；带电粒子从所述准直器的另一侧穿过所述准直器，在所述二极磁铁的作用下偏转到所述探测器组件上。

可选的，所述电子信号记录板包括电子信号探测器夹具和电子ip板，所述电子信号探测器夹具用于固定所述电子ip板；所述质子信号记录板包括质子ip板、楔形滤片和质子信号探测器夹具；所述质子ip板的一侧设置有所述楔形滤片；所述质子ip板的另一侧设置有所述质子信号探测器夹具；所述楔形滤片在临近所述光轴的一侧厚度大。

可选的，所述电子-质子谱仪模块还包括：第一屏蔽盒和第一调节平台；所述第一调节平台用于支撑所述第一屏蔽盒；所述准直器、二极磁铁和探测器组件设置在所述第一屏蔽盒中。

可选的，所述伽玛滤片堆栈谱仪模块包括伽玛滤片堆栈；所述伽玛滤片堆栈包括多个依次排列的伽玛滤片组；所述伽玛滤片组包括依次设置的ip板和钽片。

可选的，所述伽玛滤片堆栈谱仪模块还包括第二屏蔽盒和第二调节平台；所述第二调节平台用于支撑所述第二屏蔽盒；所述第二屏蔽盒内设有所述伽玛滤片堆栈。

可选的，所述瞄准激光组件具体包括：激光笔和第二调节支架；所述第二调节支架用于支撑所述激光笔。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统，通过瞄准激光组件依次调节所述伽马滤片堆栈谱仪模块、所述电子-质子谱仪模块以及所述多辐射源角分布测量模块，使得所述多辐射源角分布测量模块、所述电子-质子谱仪模块、所述伽玛滤片堆栈谱仪模块和所述瞄准激光组件同轴；采用本发明所提供的超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统，可实现对多辐射源的透射激光角分布、质子、电子角分布和能谱，以及伽玛射线能谱等物理量的同时同轴测量，并且可以排除激光发次的抖动以及不同测量角度的影响，获得了更加关联和精准的物理量数据，对于理解激光靶物理过程具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统结构示意图；

图2为本发明提供的堆栈组结构示意图；

图3为本发明提供的准直器结构示意图；

图4为本发明提供的电子-质子谱仪剖视图。

符号说明：

1-1堆栈组、1-2装配盒、1-3第一调节支架、2-1电子-质子谱仪、2-2第一调节平台、3-1伽玛滤片堆栈谱仪、3-2第二调节平台、4-1激光笔、4-2第二调节支架、1-1-1cr39、1-1-2rcf膜片、1-1-3铝膜、1-1-4多层rcf膜片组、1-1-5钽片、1-1-6ip板、2-1-1质子准直器、2-1-2电子准直器、2-1-3第一屏蔽盒、2-1-4二极磁铁、2-1-5电子ip板、2-1-6电子信号探测器夹具、2-1-7质子ip板、2-1-8质子信号探测器夹具、2-1-9楔形滤片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统，以解决现有的诊断方式无法同轴测量多辐射源的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统结构示意图。如图1所示，一种超强激光驱动多辐射源的同轴测量系统，包括：多辐射源角分布测量模块、电子-质子谱仪模块、伽玛滤片堆栈谱仪模块以及瞄准激光组件；

所述瞄准激光组件发射的激光依次穿过所述伽马滤片堆栈谱仪模块、所述电子-质子谱仪模块以及所述多辐射源角分布测量模块，形成光轴入射到靶面，使得所述多辐射源角分布测量模块、所述电子-质子谱仪模块、所述伽玛滤片堆栈谱仪模块和所述瞄准激光组件发射的激光同轴。其中多辐射源角分布测量模块用于对透射激光、质子以及电子的角分布进行测量。电子-质子谱仪模块用于对电子和质子能谱进行诊断。伽玛滤片堆栈谱仪模块用于对伽玛射线能谱进行诊断。

实验时首先通过调节瞄准激光支架使得激光笔发出的激光打在靶点上，从而确定诊断的角度，然后依次调节伽玛滤片堆栈谱仪模块、电子-质子谱仪模块和多辐射源角分布测量模块的位置和指向，使得瞄准激光组件发射的激光由后向前依次穿过伽玛滤片堆栈谱仪模块、电子-质子谱仪模块、多辐射源角分布测量模块，从而实现整个系统的同轴瞄准。

图2为本发明提供的堆栈组结构示意图。如图2所示，所述多辐射源角分布测量模块内设有堆栈组1-1；所述堆栈组1-1包括：依次排列的cr39膜片1-1-1、rcf膜片1-1-2、铝膜1-1-3、多层rcf膜片组1-1-4以及多组电子记录板；所述铝膜厚度为25微米；所述电子记录板包括依次设置的钽片1-1-5和ip板1-1-6；所述rcf膜片1-1-2、铝膜1-1-3、多层rcf膜片组1-1-4以及多组电子记录板的中心均设置有通孔，多个所述通孔同轴设置；所述cr39膜片1-1-1的面积小于所述rcf膜片1-1-2面积的四分之一；所述rcf膜片的型号为hd-v2；所述钽片的厚度为500微米；所述ip板1-1-6型号为sr。

所述rcf膜片1-1-2、所述铝膜1-1-3、所述多层rcf膜片组1-1-4、所述钽片1-1-5和所述ip板1-1-6的横截面相等；所述堆栈组中的所述rcf膜片1-1-2、所述铝膜1-1-3、所述多层rcf膜片组1-1-4、所述钽片1-1-5和所述ip板1-1-6的尺寸宽度均为10cm，所述通孔直径为5mm；cr39的面积为4cm×4cm，位于rcf膜片的一个象限上，用于确认rcf上的信号是透射激光还是质子。由于rcf前放置有一片cr39，该cr39可以挡住质子，而激光是可以透过的，所以当被cr39挡住的rcf上有信号时，就可以确认是透射激光的信号。所述cr39也可以替换为透明塑料片。铝膜用于屏蔽激光，从而确定多层rcf膜片诊断的是质子信号。钽片作为电子滤片，从而实现ip板对不同能量电子的记录。

所述多辐射源角分布测量模块还包括装配盒1-2和第一调节支架1-3；所述堆栈组1-1设置在所述装配盒1-2中；所述第一调节支架1-3用于支撑所述装配盒1-2，所述第一调节支架1-3可调节多辐射源角分布测量模块的空间位置。所述装配盒1-2的横截面为正方形，内尺寸宽10cm，深度3cm。所述的第一调节支架1-3具有平移和升降二维调节功能；平移调节范围0-20cm，调节精度10μm，升降调节范围±1cm，调节精度10μm。

所述电子-质子谱仪模块中，电子-质子谱仪模块由依次排列的准直器、二极磁铁、探测器组件。准直器中心设置有准直孔，用于限制进入谱仪的束斑。探测器组件用于记录电子和质子信号。探测器组件与准直孔相对的位置也设置有通孔。这样的设计可以使得瞄准激光组件发射的激光穿过整个电子－质子谱仪2-1，从而实现电子－质子谱仪2-1的瞄准。电子-质子谱仪2-1具有峰值0.6t的磁场强度，磁铁宽度8cm，长度10cm。

图3为本发明提供的准直器结构示意图。图4为本发明提供的电子-质子谱仪剖视图。如图3、4所示，所述电子-质子谱仪2-1包括准直器、二极磁铁2-1-4和探测器组件；所述准直器包括依次叠放的质子准直器2-1-1和电子准直器2-1-2；所述质子准直器2-1-1的准直孔为哑铃型；所述电子准直器2-1-2的准直孔的横截面为长方形；所述质子准直器2-1-1的准直孔与所述电子准直器2-1-2的准直孔相对设置；所述二极磁铁2-1-4位于所述准直器的一侧；所述二极磁铁2-1-4用于使带电粒子发生偏转；所述探测器组件包括质子信号记录板和电子信号记录板；所述质子信号记录板位于所述光轴的一侧；所述电子信号记录板位于所述光轴的另一侧；带电粒子从所述准直器的另一侧穿过所述准直器，在所述二极磁铁2-1-4的作用下偏转到所述探测器组件上。

所述电子信号记录板包括电子信号探测器夹具2-1-6和电子ip板2-1-5，所述电子信号探测器夹具2-1-6用于固定所述电子ip板2-1-5；所述质子信号记录板包括质子ip板2-1-7、楔形滤片2-1-9和质子信号探测器夹具2-1-8；所述质子ip板2-1-7的一侧设置有所述楔形滤片2-1-9；所述质子ip板2-1-7的另一侧设置有所述质子信号探测器夹具2-1-8；所述楔形滤片2-1-9在临近所述光轴的一侧厚度大。在实际应用中，电子-质子谱仪模块的准直器，包括依次叠放的质子准直器2-1-1和电子准直器2-1-2，质子准直器2-1-1的准直孔为哑铃型，电子准直器2-1-2的准直孔为横截面6mm×2mm的长方形。哑铃长度方向和长方形的长边都沿磁场方向。哑铃型准直孔的中心窄，宽度为0.25mm，提取质子能谱时，主要利用通过哑铃型准直孔的中心位置处的质子，从而可以使质子能谱获得高能谱分辨，哑铃型准直孔的上侧和下侧宽，宽度与电子准直器宽度一致，从而满足电子能谱诊断具有足够的通量，同时也可以满足后面的伽玛滤片堆栈谱仪的测量有足够通量的伽玛光子。探测器组件包括探测器夹具以及装配于探测器夹具上的用于质子信号记录的型号为tr的ip板及楔形滤片和用于电子信号记录的型号为sr的ip板。ip板长度方向垂直于磁场方向。电子ip板2-1-5和质子ip板2-1-7分别位于瞄准激光所确定的光轴两侧。楔形滤片2-1-9的厚度在高能质子处的厚度大，在低能质子处的厚度小，从而保证质子通过，而其它重离子不能通过。

所述电子-质子谱仪模块还包括：第一屏蔽盒2-1-3和第一调节平台2-2；所述第一调节平台2-2用于支撑所述第一屏蔽盒2-1-3；所述准直器、二极磁铁2-1-4和探测器组件设置在所述第一屏蔽盒2-1-3中。所述的第一调节平台2-2具有升降、平移、俯仰和旋转四维调节功能；位置调节范围±1cm,调节精度10μm，角度调节范围±5度，调节精度0.1度。

所述伽玛滤片堆栈谱仪模块包括伽玛滤片堆栈；所述伽玛滤片堆栈包括多个依次排列伽玛滤片组；所述伽玛滤片组包括依次设置的ip板和钽片。在实际应用中，伽玛滤片组包括多片型号为sr的ip板以及夹于ip板之间的不同厚度的钽片，可以根据诊断的能量范围选择ip板数目以及钽片的数目和厚度。

所述伽玛滤片堆栈谱仪模块还包括第二屏蔽盒和第二调节平台3-2；所述第二调节平台3-2用于支撑所述第二屏蔽盒；所述第二屏蔽盒内设有所述伽玛滤片堆栈。第二屏蔽盒截面尺寸9cm×9cm，长28cm。内直径5cm。所述的调节平台具有升降、平移、俯仰和旋转四维调节功能；位置调节范围±1cm,调节精度10μm，角度调节范围±5度，调节精度0.1度。

所述瞄准激光组件具体包括：激光笔4-1和第二调节支架4-2；所述第二调节支架1-2用于支撑所述激光笔4-1。所述激光笔4-1发射绿光，发散角小于1mrad。所述的第二调节支架4-2具有升降、平移、俯仰和旋转四维调节功能；位置调节范围±1cm,调节精度10μm，角度调节范围±5度，调节精度0.1度。

本发明通过调节瞄准激光支架使得激光笔发出的激光打在靶点上，从而确定诊断的角度，并调节多辐射源角分布测量模块、电子-质子谱仪模块和伽玛滤片堆栈谱仪模块，实现透射激光角分布、质子、电子角分布和能谱，以及伽玛射线能谱等物理量的同轴测量。其中多辐射角分布测量模块利用激光、质子以及电子的穿透能力的不同，可有效实现三种辐射的角分布测量，电子-质子谱仪模块的设计，可以实现电子和质子能谱的同时测量，满足质子具有足够的能谱分辨，以及电子能谱诊断足够的通量，也可以满足伽玛滤片堆栈谱仪具有足够伽马光子通量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。