《新性能MCP选通软X射线皮秒分幅相机研究》

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新性能MCP选通软X射线皮秒分幅相机研究属电子信息技术领域,兼具极高的时间、空间和谱分辨能力,涉及的技术与仪器已接近物理与技术极限,是国家科研水平的重要标志之一,也是惯性约束聚变研究的重要技术保证之一,同时是国家前沿基础研究、武器物理、高能等离子体物理等相关领域研究的关键工具和手段。主要涉及物理电子、微波技术、超短激光脉冲技术和精密机械等学科,国际上只有极少数西方国家掌握,因其复杂且难度大,应用涉及国防领域,属西方禁运技术,只能自行研制。面向国家重大战略需求,80年代中期,项目组自行部署开展二维分幅技术和一维条纹成像技术研究;90年代初得到国家攀登计划支持,研制成功首台60ps时间分辨分幅相机,达到当时国际先进水平,成为国际上第二个全面掌握该技术的国家。新世纪,在国家“863”计划的支持下完成了曝光时间35ps以及曝光时间可调分幅成像技术研究,并建立了超快光谱测量系统,有力促进了中国惯约研究物理诊断技术的精密化发展,满足了国防高科技发展需求。主要创新点:1、提出微通道板行波选通高时空分辨成像方法,突破了皮秒到纳秒大时间分辨范围、二维微米级空间分辨的分幅诊断技术,时间分辨达到60ps、空间分辨达30lp/mm。解决了国家ICF内爆动力学研究的急需,成为ICF等离子体不稳定性和聚变对称性等研究的关键技术手段;2、解决了超快高压多脉冲耦合驱动低阻抗宽微带难题,并将光谱仪与宽微带分幅成像技术相结合,建立了皮秒级时空分辨的辐射谱多维测量技术,为中国ICF辐射不透明度以及理论模型校验等研究提供了重要的诊断手段;3、使用双MCP结构及自主创新的双脉冲驱动与两微带线组正交排列,获得了国际最短的曝光时间和纳秒至微秒的超宽测量范围,拓展了该技术应用范围和领域,为ICF内爆动力学研究提供了强有力的手段和技术;4、将行波偏转和短磁聚焦原理相结合,有效抑制空间电荷效应和提高了电子束扫描速度,结合采用超薄光阴极和近贴阳极抑制电子初速弥散,在国内首次研制成功飞秒条纹相机,时间分辨达到540fs。该技术多年来在星光与神光系列激光装置,国内外Z-箍缩等装置上得到应用,其结果已成为解读核爆模拟过程最直接依据,为中国惯性约束核聚变研究的顺利开展发挥了重要作用,得到高度评价:“…是内爆动力学研究的主要诊断技术,是获取内爆压缩动态图像二维空维空间分布的唯一诊断工具…”,“…为研究激光核聚变实验中等离子体不稳定性和聚爆对称性等关键问题提供了关键依据…”等。因对该技术发展的突出贡献,项目组成员曾获第22届国际高速摄影会议沙丁奖。

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