用于ICF内爆诊断的质子成像磁透镜理论设计
ICF中子针孔成像数值模拟研究
第17卷 第6期强激光与粒子束Vol.17,No.6 2005年6月H IGH POWER L ASER AND PAR TICL E B EAMS J un.,2005 文章编号: 100124322(2005)0620883205ICF中子针孔成像数值模拟研究3陈法新1, 杨建伦1, 温树槐2(1.中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川绵阳621900; 2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 摘 要: 在激光驱动的惯性约束聚变(ICF)实验中,中子针孔成像能够为不同靶丸设计的性能提供重要的诊断信息。
为了能够在实验上获得较好的结果,需要实验前对各种针孔设计方案进行定性和定量的判断。
成像的理论计算可简单分为针孔成像和图像解谱两部分,为了解决成像的针孔设计问题,基于蒙特卡罗方法建立了一套模拟中子针孔成像过程的程序,并且通过编写的图像显示程序可以直观地观察到记录介质所成的2维图像,同时可以对图像的某些参数进行判读。
关键词: 针孔成像; 蒙特卡罗; ICF 中图分类号: O532.13;O571.523 文献标识码: A 在ICF实验中,利用激光或X光加热和压缩D T靶丸产生内爆,释放出能量为14.1MeV的中子,靶丸内的中子发射空间分布可反映燃料内爆压缩区尺寸、形状、均匀性、D T燃料离子温度随半径的分布等信息。
与X射线像比较中子针孔成像更能直观地反映聚变区空间特性,且不受靶丸面密度大小的影响。
近几年国外发表了很多在ICF实验中采用中子针孔成像技术的文章,Ress等人在1988年发表了Nova上中子针孔成像的第一篇文章[1],当时的分辨率为80μm,以后陆续在GekkoⅩⅡ[2],Phebus[3]上开展了中子针孔成像的实验,利用半影成像技术在Omega上将分辨率由45μm提高到20μm[4],国家点火装置(N IF)的目标是将分辨率做到5～10μm,并有人设计了双针孔[5];最近针孔直径做到30μm(2003年)[6],还有人设计了低能散射中子成像的实验用于揭示D T燃料非燃烧区特征[7]等。
应用于ICF等离子体诊断系统的长焦深光学元件设计
在惯 性约 束 聚变 （Ｃ ） Ｉ Ｆ 系统 的打靶 实验 中 ， 通常 采用 Ｔ ｏ ｏ ｈ ｍｓｎ散射 对 靶场 产生 的激光 等 离子 体 的 参数 进 行 测量 ， 以监 测激 光与 靶 的耦合 效率 。为 提高 等离子 体诊 断 的空 间分辨 率 ， 确测 量不 同等离 子 体 区域 的电子 精 温度和离 子漂 移速 度 ， 要求 将诊 断光 束 聚焦成 为长焦 深 、 小焦 斑且 轴 向光 强均 匀 的光 束 ， 般 的实验 中 Ｔ ｏ — 一 ｈｒ ｎ ｓｎ散射 要求诊 断 光束 焦斑 直 径小 于 １ ０ ｏ ０ ｍ 且 焦深 大 于 ５ ０ ｍ。由于通 常情况 下增 加 焦深 必 然 引起 焦 斑尺 ０ 寸 的扩大 ， 用普 通透 镜 聚焦 无法 满足 等离子 体诊 断 的要 求 。 因此寻 求 同时 满足 焦斑 大 小 和焦 深 要 求 的 聚焦 采 技术 ， 是激光 等离 子 体测 量 中一个 亟待解 决 的难题 ＿ 。 １ ］ 为 了满 足激 光扫 描 、 光刻 、 工 、 学成像 和光 学测 量 等特殊 应用 的需 求 ， 加 光 目前 已经有几 种 能够 实现 长焦深 的光 学元件 ， 如衍 射 光学 元件 ＿ 、 衍 混 合 元 件 、 息 元 件 和轴 锥 镜＿ 等 。折一 ２ 折一 ］全 ＿ ５ 衍混 合 元 件 的能 量 利 用 率 较高 ， 在一 定程 度上 能增 大 焦深 ， 但其 范 围有 限 ， 常 不超 过普 通透镜 的 １ 倍 。陈岩松 ｌ 等 人基 于 Ｇ Ｓ算法 Ｌ 通 ０ ＿ Ｅ － ７ 一 采用 系列 迭代 算法设 计 出 了一种 能 实现长焦 深 的衍射 光学 元 件 ， 元件 得到 的聚焦光 束焦 深 范 围较大 ， 该 模拟 计 算得 到 的能量 利用率 和 轴 上光强 均匀性 都较 好 ， 计 算较 复杂 ， 但 且难 以制 作加工 。孔 雀眼 波带 片等 全 息元 件 一 制作 相对 简单 ， 轴上光 强 和光 场横 向分 布的均 匀性 都不 高 ， 以满足 实际应 用需要 。 但 难 轴 锥镜是 Ｍｃ ｅ ｄ５ １ ５ Ｌ ｏ ＿ 在 ４年提 出的一种 可实现 长 焦 深功 能 的光 学 元件 。１ ８ ９ ７年 Ｄｕｎｎ８提 出无 衍 射 ９ ｒ ｉｌ ＿ 光 束并 利用轴 锥镜 等 元件 从 实验上 得 到 了一 种最 简 单 的无 衍 射 光 束—— Ｏ阶贝塞 尔 光 束 。之 后 ， 们 对轴 锥 人 镜 的研 究也更 加深 入 和广 泛 ， 展 了多种轴 锥镜 ＿ ， 发 ５ 它的应 用范 围也不 断拓 展＿ 。线性 轴 锥 镜 是其 中结构 。 ＿ ｌ 最简单 的一 种 ， 它所 产生 的横 向光 斑大小 均匀 ， 上 光 强呈 线 性 变 化 。１ ９ 轴 ９ ２年 Ｊ Ｓ ｃ ａｋｌ。 人采 用 追 迹法 ． ｏ ｈ ｃ ｉ。等 ＿ ｌ 设 计 了对数 型轴 锥镜 ， 且采 用适 当 的切趾 可以消 除轴 向光强 局 部振 荡 和 改善横 向光斑 均 匀 性 。衍 射 型 轴 锥 并 镜是采 用变 周期 光栅 来 实现 长焦深 目的的一 种光学 元件 ， 由于受 高衍 射级 次的影 响 ， 轴 向光 强均 匀性 和能 量 其 利用率 均不 高 。 对 Ｉ Ｆ驱 动器 等离 子体 诊 断 系统 而 言 ， Ｃ 目前 各 种 长焦 深 元 件 均有 其 自身 的缺 点 和局 限性 ， 因此 在 设 计 时 必须兼 顾 轴 向光 强均 匀性 、 向光 斑 大小 、 向旁瓣 峰 值 和 能 量利 用 率 等参 量 。本 文 针 对 Ｉ Ｆ等离 子 体 诊 断 横 横 Ｃ 要求 ， 选用 对数 型轴 锥镜 ， 理论 上 推导 出该 元件 的相 位分 布 ， 从 并采 用边缘 匀滑 、 中心 切趾 等 优化 方法 和选 择合 适 的设计 参数来 改 善其 长 焦深性 能 ， 而得 到 了符 合 Ｉ Ｆ高 温 等离 子体 诊 断要 求 的 长 焦 深 元 件 ， 进 一步 模 从 Ｃ 并 拟 分析 了其性 能 。
基于中子飞行时间法的ICF内爆热斑离子温度诊断技术
关键词 ： 惯性约束 聚变 ； 核诊断技术 ； 离子温度 ； 中子 飞行 时 间谱 仪
中图 分 类 号 ： ＴＬ ８ １ ６ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＨＰＬＰ Ｂ ２ ０ １ ３ ２ ５ ｌ ２ ． ３ １ ５ ３
惯 性 约束 聚变 （ Ｉ Ｃ Ｆ ） 研 究 以聚变 点火作 为 终极 目标 。根据 Ｌ ａ ｗｓ ｏ ｎ判据 ¨ １ ］ ， 离 子温度 、 燃 料面 密度 、 约束 时
等物理量十分敏感 ， 是 理解 内爆 物 理 过 程 不 可 或 缺 的 重 要 参 数 。介 绍 了一 种 基 于 中子 飞行 时 间 法 的 Ｉ Ｃ Ｆ 内爆 热 斑 离 子 温 度 诊 断 技 术 。建 立 了一 种 采 用 塑 料 闪 烁 探 测 器 作 为 中子 测 量 器 件 的 快 时 间 响 应 中 子 飞 行 时 间谱
是理解 内爆物 理过 程不 可或 缺 的重要参 数 。内爆 离子 温 度诊 断 主要 通 过测 量 内爆 热 斑核 反 应产 物 来 实现 ， 中 子飞行 时 间法是 诊 断 内爆 热斑 离子 温度 最常 用 的方法 。ｌ ９ ７ ７年 ， Ｌ ａ ｕ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｌ ｉ ｖ ｅ ｒ ｍｏ ｒ ｅ实验 室首 次在 Ａｒ ｇ ｕ ｓ 装 置上通 过 中子 飞行 时间法 诊 断 了内爆离 子温 度＿ ２ ］ 。之 后 的 ＮＯＶＡ 和 ｏＭＥ Ｇ Ａ 装 置直到 现今世 界 上最 大 的激 光装 置 ＮＩ Ｆ上都 使用 了这项 技 术诊 断离 子温度 ＿ ３ ］ 。在 国 内的神光 Ⅱ装 置上 也 使用 过 这种 方法 诊 断直 接驱 动
内爆 的离 子温度 ］ 。神光一 Ⅲ原 型装置是 目前 国内最 大规模 的 Ｉ Ｃ Ｆ装置 ， 装置 总 能量 可达 １ ０ ｋ Ｊ 验 主要 采用 间接 驱动 方 式 ， ８路激 光 同步注 入靶 腔 并在 腔 壁 上产 生 Ｘ射 线 ， 通 过 ｘ射 线辐 射
ICF玻璃靶丸化学镀磁性Ni-Co-Fe-P四元合金涂层.
３ 结 论
本文采用化学镀技术在ＩＣＦ 玻璃靶丸表面沉积了 一层 磁 性 ＮｉＣｏＦｅＰ 四 元 合 金 涂 层，涂 层 结 构 致 密、表 面平整均匀，由平均直径为５０ｎｍ 的细小颗粒组成，平均粗糙度小于 ３０ｎｍ。与化 学镀 ＮｉＰ 合 金涂层ＩＣＦ 玻 璃靶丸相比，化学镀 ＮｉＣｏＦｅＰ 四元合金涂层ＩＣＦ 玻璃靶丸的饱 和磁 化 强 度、剩 余 磁 化 强 度 和 矫 顽 力 提 高 了 １～２ 个 量 级 ，可 望 用 于 磁 悬 浮 实 验 研 究 。
２．４ 犞犛犕 分析 图４为在３００Ｋ 恒定温度下用振动样品磁强计 测得的 化学镀 ＮｉＣｏＦｅＰ 四元合 金涂层ＩＣＦ 玻 璃 靶 丸 的 磁滞回线。由图４可知：化学镀 ＮｉＣｏＦｅＰ 四元合金涂层ＩＣＦ 玻璃 靶 丸 的 饱 和 磁 化 强 度、剩 余 磁 化 强 度 和 矫 顽力分别达到了２．０４×１０－２ Ａ·ｍ２·ｋｇ－１，８．４２×１０－３ Ａ·ｍ２·ｋｇ－１和２．３６ｋＡ·ｍ－１，与 化 学 镀 ＮｉＰ 合 金 涂层ＩＣＦ 玻璃靶丸的磁性能相比提高了１～２个量级［１２］，可 望 用 于 磁 悬 浮 无 接 触 支 撑 固 定ＩＣＦ 玻 璃 靶 丸 的 实 验研究。
收稿日期：２０１００３０１； 修订日期：２０１００６１７ 基金项目：国家自然科学基金项目（１０８７６０３３）；西南科技大学核废物与环境安全国防重点学科实验室培育基金项目 （０８ｚｘｎｐ０７）；西 南 科 技 大 学 研 究 生 教 育 教 学 改 革 项 目 资 助 课 题 （０８ｘｊｊｇ２４） 作者简介：杨文彬（１９７１—），男，博士，副教授，从事ＩＣＦ 靶丸的磁性化研究；ｙａｎｇｗｅｎｂｉｎ＠ｓｗｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。
质子照相磁透镜的优化设计
的计 算 实例 ， 与蒙 特卡 罗模 拟 计 算结 果 比较 。 并
１ Ｚ ｍｂ ｏ透 镜 原 理 及 其 特 性 ｕ ｒ
Ｚ ｍｂｏ透镜 由两 个 完 全 相 同 的 磁 四极 透 镜 对 构 ｕ ｒ 成 ， 图 １所示 。每 个 四极 透 镜 对 两 端 的 漂 移 段 长 度 如
相等 ， 而 每个 四极 透镜 对是 一 个 反 射对 称 的柬 线 。 从
Ｒ －一 ｄ Ｒ 。 （ ｐ／ 。 ， ／ ｄ ｐ ） Ｒ ｚ— ｄ Ｒ ｚ （ ｐ／ 。 ／ｄ ｐ） （） ３
＊
收 稿 日期 ：０ ７０ －６ ２ ０ －６０ ｝ 修 订 日期 ：０ ８０ － １ ２０ － １１ 基 金 项 目 ： 家 自然科 学基 金 委 员 会 与 中 国 工 程 物 理 研 究 院 联 合 基 金 资助 课 题 （ ０ ７ ０ ６ 国 １５６０ ） 作 者 简 介 ： 小 中 （ ９ ９ ）男 ， 士 ， 事带 电 粒 子 加 速 器 研 究 工 作 ｝ｓ ｄ １ｈ ＠ ｇ ｉ ｃｒ。 何 １７ ～ ， 博 从 ｉ ｅ． ｅ ｍａｌ ｏ ｄ ． ｎ
Ｒ ｕ＋ Ｒ 州２ ｗ 一 ０ ， ／ （） ２
式 中 ： 一 （ ／ 为 人射 客 体之 前 质子 柬 内质子 位 置与偏 角 之 比的均 值 ， ｉｘ ＞ 将质 子 源看 作 点源 时 ， 就 是 质 子 源 Ｗ 与成 像客 体 的距 离 ； 。 Ｒ Ｒ 和 分 别代 表 Ｘ方 向（ ，） 输 矩 阵元 和 （ ，） 输矩 阵元 对 质 子 相对 动 量 偏 差 １１传 １ ２传 的导 数
中 图 分 类 号 ： ０４ ４ １ ３ ． 文献标 识码 ： Ａ
质子 照 相是 近年 世 界上 正 在积 极 发 展 的 先进 流体 动 力 学 检 测 手 段 之 一［ ］ １ 。与传 统 的 ｘ射 线 照 相 相 比 ， 质子 照 相 的优 点在 于对 厚物 体 具有 较 高 的 密度 分辨 能 力 、 固有 的 多脉 冲 能 力 以及 Ｘ射 线 照相 难 以具 备 的材 料 识别 能力 。质子 与被 测 物体 的 多次 小 角库 仑 散 射效 应 （ Ｓ效应 ） 将 造成 成像 模 糊 。Ｌ ｓＡｌｍｏ 的 Ｍｏｔｒ ＭＣ ， ｏ ａ ｓ ｔ － ｅ ｓ ｅｄ和 Ｚ ｍｂ ｏ提 出一 种质 子 照相 磁 透 镜 系统 ， 验证 明这 种 磁透 镜 系统 能 显著 减 小小 角度 多次 库仑 散 射 效 ｈａ ｕ ｒ 试 应造 成 的成 像模 糊Ｌ 。此 后 ， 们 就将 Ｚ ｍｂ ｏ提 出 的 用 于质 子 照 相 的 磁 透 镜 系 统 称 为 Ｚ ｍｂ ｏ透 镜 。本 文 ６ ］ 人 ｕ ｒ ｕ ｒ 在薄 透镜 近 似下 对 Ｚ ｍｂｏ透 镜 的优 化 设 计进 行 讨论 ， 结果 拓展 到非 薄 透 镜 近 似 下 ， 出 Ｚ ｍｂ ｏ透 镜 参 数 ｕ ｒ 将 给 ｕ ｒ
基于D 3He反应产生的单能质子对ICF内爆过程的照相模拟研究
过 程 前 后 不 同 时 刻 的 照 相 等 。模 拟 表 明 ， 。 反 应 产 生 的 １ ． Ｖ 的 准 单 能 质 子 具 有 的 脉 宽 短 、 寸 小 的 Ｄ Ｈｅ ４ ７Ｍｅ 尺
优 点 ， 用 于 Ｉ Ｆ 内爆 过 程 的动 态 照 相 。 可 Ｃ
关 键 词 ： 惯 性 约 束 聚 变 ； 单 能 质 子 ； 内爆 ； 照 相
粒 子数 目， 子 类型 和能 量 ， 粒 以及 沉 积的粒 子 和能 量 。
实 验 中 ， 用 ４束激 光均 匀照 射 充有 Ｄ Ｈｅ 体 的靶 丸 。由 于靶 丸 很 小 ， 化 很 快 ， 以产 生 几 乎 各 向 同 使 。 气 演 可
性 、 尺度 （ 小 尺度 同靶 丸 大小 ） 脉 宽 短 （ 续 时 间百 ｐ ） 、 持 ｓ 的质 子 束 。由 于 内爆 过 程 在 Ｄ 量 级 ， 以用 在 内爆 的 Ｓ 可 动态 照相 中。实 验排 布 如 图 １ 示 。图 中左边 小球 内装 有 Ｄ 和 。 所 。 Ｈｅ气体 ， 激光 打 靶 实 现 聚变 反 应 ， 以产 生 可
的 照 相 情 况 ， 析 了间 接 驱 动情 况 下 ， 属 腔 对 质 子 束 的 散 射 会 造 成 内 爆 小 球 图 像 模 糊 ， 明 质 子 照 相 不 适 合 分 金 说
间 接 驱 动 内爆 。 给 出 了 一 种 时 间 分 辨 的质 子 照 相 方 法 ， 过 调 整 质 子 产 生 和 内爆 产 生 的 时 间 差 ， 现 了 对 内爆 通 实
中 图分 类 号 ： ０５ ｌ ３ ７＿３ 文 献 标 志码 ： Ａ ｄ ｉ １ ． ７ ８ ＨＰＩＰ ０ｌ ２ ０ ． １ ７ ｏ：０ ３ ８ ／ Ｂ２ １ ３ １ ０ ３
在 惯 性 约 束 聚 变 （Ｃ ） 究 中 ， 爆 过 程 是 影 响 热 核 燃 烧 成 功 的 关 键 因 素 。实 验 中 常 规 的 诊 断 方 法 包 括 ＩＦ研 内
质子磁共振成像(MRI)
质子磁共振成像（MRI）在医学领域，质子磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种常用的无创诊断工具，其原理基于核磁共振现象。
通过使用强磁场和无害的无线电波，MRI技术可以生成人体内部详细的断层图像，提供医生对疾病和病变的准确诊断。
一、MRI的基本原理MRI技术基于核磁共振现象，通过测量原子核在磁场中的行为来获得图像信息。
在MRI过程中，人体置于强磁场中，常用的磁场强度通常为1.5或3.0特斯拉。
这个强大的磁场会将人体内的质子（氢原子核）的磁矩取向与磁场一致。
接下来，医生通过发送一系列的无线电波脉冲来扰动质子的磁矩，并接收返回的信号。
二、MRI的图像生成过程在MRI扫描中，患者被放置在医疗设备的磁共振机中。
首先，设备会利用强磁场对患者体内的质子进行定向，再向患者体内发送无线电波脉冲，以激发质子的共振。
患者体内的质子会发出特定频率的信号，这些信号通过接收线圈和放大器被检测到，并送入计算机进行处理。
三、MRI的应用领域MRI技术具有出色的解剖分辨率，在医学检查中广泛应用。
它可用于诊断各种器官和组织的病变，如脑部疾病、肿瘤、关节炎等。
与传统的X射线和CT扫描相比，MRI不使用任何放射线，并且对人体无害，因此成为了医学界的一大突破。
四、MRI的优势与局限MRI相较于其他医学成像技术具有明显的优势，首先是其无辐射特性，对于孕妇和儿童来说尤为重要。
其次，由于其高分辨率和对软组织成像的能力，MRI可以提供更详细、准确的图像，有助于医生做出准确的诊断。
但是，MRI成像时间较长，对于一些患者来说可能需要保持静止状态较长时间，这对于不适应这种环境的患者来说可能会造成不便。
五、MRI的发展前景随着技术的不断进步，MRI设备和扫描技术的质量也得到了显著提高。
磁场强度和分辨率的提升，使得MRI成像更加清晰和准确。
随着新的磁共振成像技术的出现，如功能性磁共振成像（fMRI）和磁共振波谱成像（MRSI），MRI在研究和诊断中的应用将进一步拓展。
磁透镜原理
磁透镜原理
磁透镜是一种利用磁场对带电粒子进行聚焦和偏转的装置。
它的工作原理类似
于光学透镜，但是通过磁场而不是光线来控制粒子的运动。
磁透镜在许多领域都有重要的应用，包括粒子加速器、电子显微镜和医学成像。
首先，让我们来看看磁场是如何影响带电粒子的运动的。
根据洛伦兹力的原理，带电粒子在磁场中会受到一个垂直于其运动方向和磁场方向的力。
这个力会使粒子偏转，并且其偏转的程度取决于粒子的电荷和速度以及磁场的强度和方向。
在磁透镜中，通常会使用一种称为磁透镜的装置来控制磁场的分布，从而实现
对带电粒子的聚焦和偏转。
磁透镜通常由一组磁铁组成，这些磁铁会产生一个均匀的磁场，然后通过调节磁场的强度和方向，可以实现对粒子的聚焦和偏转。
磁透镜的聚焦原理类似于光学透镜，通过调节磁场的强度和方向，可以使带电
粒子在垂直磁场方向上聚焦到一个点上。
这种聚焦效应对于粒子加速器和电子显微镜等设备非常重要，它可以帮助科学家们更好地观察和研究微观世界中的粒子和结构。
另外，磁透镜还可以实现对带电粒子的偏转。
通过调节磁场的方向和强度，可
以使粒子在磁场中偏转一个特定的角度。
这种偏转效应在医学成像中有着重要的应用，例如MRI（磁共振成像）技术就是利用磁透镜的原理来观察人体内部的结构
和病变。
总的来说，磁透镜是一种利用磁场对带电粒子进行聚焦和偏转的装置，它的工
作原理类似于光学透镜，但是通过磁场而不是光线来控制粒子的运动。
磁透镜在粒子加速器、电子显微镜和医学成像等领域都有着重要的应用，它可以帮助科学家们更好地观察和研究微观世界中的粒子和结构，同时也可以帮助医生们更好地诊断和治疗疾病。
用于ICF研究的X射线成像诊断系统设计的开题报告
用于ICF研究的X射线成像诊断系统设计的开题报告开题报告题目：用于ICF研究的X射线成像诊断系统设计研究背景：惯性约束聚变（ICF）是一种利用惯性约束将聚变反应物压缩至高密度和高温度的方法，以使其产生聚变反应。
在此过程中，物理学家需要利用各种诊断系统来获得模拟和分析实验结果的必要信息。
其中，X射线成像诊断系统是一种非常重要的工具，可为研究人员提供有关聚变反应物的结构和相互作用信息。
目的和意义：本研究旨在设计一个用于ICF研究的X射线成像诊断系统，该系统能够提供高分辨率、高灵敏度和稳定性，以帮助研究人员更好地理解聚变反应物的行为和反应过程，进一步推动ICF技术的发展。
主要研究内容：1.设计带宽高的X射线光学系统。
2.设计高灵敏、高速、高分辨的X射线探测器系统。
3.利用数字图像处理技术，对X射线成像结果进行处理，以提高成像质量和准确性。
4.利用该系统对ICF实验中的聚变反应物进行成像和分析。
预期结果：设计出一个高品质的X射线成像诊断系统，该系统将具有高分辨率、高灵敏度和稳定性等特点，可广泛应用于ICF研究中。
同时，本研究还将在ICF实验中对聚变反应物进行成像和分析，并提供有价值的实验数据。
研究方法：1.文献调研：收集相关领域的文献，了解ICF技术的最新发展，以及X射线成像诊断系统的设计原理和最新应用。
2.设计X射线分析仪：利用实验室的设备和仪器，设计并制造出一个高品质、高分辨率和高灵敏度的X射线分析仪。
3.测试和优化：对X射线分析仪进行测试和优化，以确保其稳定和可靠。
4.成像和分析：在ICF实验中对聚变反应物进行成像和分析。
研究预算：本研究预计需要以下经费：1.设备和仪器费用：100,000元2.材料费用：50,000元3.研究人员工资：80,000元总计：230,000元。
研究时间：本研究预计需要一年时间，其中前三个月为文献调研和X射线分析仪的设计，中间六个月为测试和优化，最后三个月为成像和分析。
超导技术在医学诊断中的成像模态选择与参数调节
超导技术在医学诊断中的成像模态选择与参数调节引言：随着科技的不断进步和医学技术的日益发展，超导技术在医学领域中的应用越来越广泛。
超导技术以其高灵敏度、高分辨率和低噪声的特点，成为医学影像学中重要的工具。
本文将探讨超导技术在医学诊断中的成像模态选择与参数调节的相关问题。
一、超导技术在医学成像中的应用超导技术在医学成像中的应用主要包括磁共振成像（MRI）和超导量子干涉仪（SQUID）成像。
MRI是一种非侵入性的成像技术，通过利用人体组织中的水分子在强磁场和射频脉冲的作用下发生共振现象，获取人体内部的结构和功能信息。
而SQUID成像则是一种基于超导量子干涉原理的成像技术，可以用于检测人体内部微弱的磁场变化，从而实现对脑电活动的监测和分析。
二、超导技术在医学成像中的模态选择在医学成像中，超导技术可以根据具体的临床需求选择不同的成像模态。
MRI 可以根据不同的扫描序列和参数设置，实现对不同组织和病变的成像。
例如，T1加权图像可以显示组织的解剖结构，T2加权图像可以显示组织的水分分布，而增强扫描可以提高对病变的检测率。
此外，MRI还可以结合功能成像技术，如fMRI 和DWI，实现对脑功能和弥散性病变的评估。
SQUID成像主要应用于脑电活动的监测和分析。
通过将SQUID传感器放置在头皮上，可以实时监测脑电信号的变化，并通过信号处理和分析，获得与脑功能相关的信息。
SQUID成像在神经科学研究和临床诊断中具有重要的应用价值，可以用于研究脑电活动的空间分布和时域特性，以及脑电与行为、疾病之间的关系。
三、超导技术在医学成像中的参数调节超导技术在医学成像中的参数调节对于获得高质量的成像结果至关重要。
MRI 的参数调节包括磁场强度、扫描序列、重复时间（TR）和回波时间（TE）等。
磁场强度的选择取决于成像部位和临床需求，一般可选择1.5T或3T的磁场强度。
扫描序列的选择则取决于所需的成像信息，如T1加权、T2加权或增强扫描。
ICF内爆压缩X光成像过程数值模拟
Ｊ ） （） （）ｐ （） ］ ＋ 。 ｐ ｌ ｄ］ 一 Ｂ ｅ ［ （ ｘ一 ｄ ｄ Ｊｘ－＝ ） ［ （ ｘ ｅ
的 ｅ ｐ 一 ｘ［
（ ２ ）
式 中 ： （ ） ） ｘ 是 在 Ｘ 处 ｄ 距 离 中产生 的 自发辐 射强 度 ， Ｂ（ ｄ 由于 吸 收效 应 使 它 到 达 Ｘ处 时 减 弱为 原 来 （ ） ］ ｄ 。Ｘ处辐 射强 度 由所 有 Ｘ 点（ ≤ ≤ ） 生 的辐 射强 度 经衰 减后 到达 Ｘ处叠 加组 成 ， ０ 产
维普资讯
第 １ 卷 第 １ 期 ９ １ ２０ ０ ７年 １ 月 １
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮ Ｄ ＰＡＲＴＩ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ ． ９ ＮＯ １ １１ ， ． １
Ｎ ＯＶ ２０ ７ ．， ０
１ 基 本 原 理
如 图 １所 示 ， 球 压 缩 后 ， 部 温 度 升 高 ， 射 ｘ 靶 芯 发 光 ， 光线 追踪 方法 求 解靶 球 内部 谱 线 的 吸 收和 发 射 过 用 程 ， 虚拟 的成像 面 上形 成一个 中间像 ， 后用几 何 光学 在 然 方 法计 算针 孔 对最后 成像 结果 的影 响 。假设 光线 沿 直线 传播 ， 像平 面得 到 的强度 分布 只与该 时 刻状 态有 关 ， 即可 用 定态 输运 方 程 进行 计 算 。如 果 外 源 为 Ｊ 在 Ｌ ＴＥ近 似下 ， １维平 面定 态辐 射输运 方程 为 ［ ５ ］
中 图分 类 号 ： ０５ ２ ３ 文献标识码 ： Ａ
在 惯 性 约束 聚变 （Ｃ ） Ｉ Ｆ 内爆 靶球 压缩 过程 中， 球 芯部 由于温 度 的升高 而 发射 ｘ光 ， 靶 通过 ｘ光成 像能 够诊 断 内爆 压 缩结 果 的一 些 重要信 息 ， 如燃 料 区压缩 形状 、 电子 温度 和密 度 等 。ｘ 光实 验诊 断得 到 的是 灰度 分 布 图 像， 而辐 射流 体力 学数值 模拟 结果 给 出 的是不 同时 刻温度 和 密 度分 布 数 据 。为 了实 现 数值 模 拟 和 实验 测 量 结 果 能 够相 互 比对 ， 常有 两种 做法 ： 是反 演方 法［ ， 由实验 数据 分布 推 断被诊 断物 体 的密度 分布 ； 通 一 １即 ］ 二是 后 处 理 过 程口 ］ 即数值模 拟再 现 ｘ光成 像过 程 ， ， 由辐 射 流体 力 学程 序 计 算 给 定 靶球 温 度 和 密度 分 布 ， 光 线 追 踪 用 方法 计算 靶球 ｘ光 的发射 、 收 过 程 及 其在 成 像 空 间面 上 的光 强 分 布 。本 文采 用 后 处 理 过 程 来 分 析 实 验 数 吸 据， 编写 了模 拟 ｘ光成 像过 程 的后 处 理程 序 ， 能处 理 １ ２维 轴 对 称 网格 ， 算 得 到 的 ３维 状态 空 间分 布 （ 它 ， 计 绕 柱对 称 轴旋 转生 成） 其 中物 质 的吸 收系 数采 用数 据库 形 式 。计 算 吸 收 系数 采 用局 域 热 动平 衡 （ ＴＥ 模 型 ， ， Ｌ ） 用 平均 原 子模 型计 算平 均离化 度 ， 然后 用 Ｇｉｂ 分 布计算 组态 布居 ， 算谱 线发 射过 程 。 ｂｓ 计 Ｊ
ICF系统中全息透镜聚焦特性及衍射效率分析
第15卷 第3期强激光与粒子束Vol.15,No.3 2003年3月HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Mar.,2003 文章编号:100124322(2003)0320234203ICF 系统中全息透镜聚焦特性及衍射效率分析Ξ杨春林1, 张蓉竹2, 杨李茗1, 许 乔1(1.成都精密光学工程研究中心,四川成都610041;2.四川大学光电系,四川成都610064) 摘 要: 根据全息透镜的工作原理,利用光线追迹法对其聚焦特性进行了理论分析。
使用标量衍射法分析了全息透镜的衍射效率,讨论了不同的光栅槽型对其衍射效率的影响。
对分析过程中所涉及到的有关近似处理方法的使用和影响进行了说明,讨论了全息透镜用作取样光栅的优点。
关键词: 全息透镜;ICF 驱动系统;光线追迹;衍射效率 中图分类号:O438.1 文献标识码:A 为保证ICF 驱动系统的正常、安全运行,都需要对驱动器中的每一路三倍频激光进行分光、检查抽样和整形等处理。
这些功能可以利用衍射光学原理所制备的元件来实现。
在美国的N IF 系统中,由分光光栅(CSG )、取样光栅(BSG )和整形器件(KPP )三块光栅来实现上述功能。
其中的BSG 就是一块低衍射效率的全息透镜。
另据报道,欧洲的L IL 和LMJ 系统针对基频光和三倍频光分别采用了1ω,3ω两块光栅,其中的3ω光栅为一块高衍射效率多功能的全息透镜。
因此,我们有必要仔细研究有关BSG 的理论,了解它的特性。
全息透镜的早期研究工作1970年前后有较多的报道。
Meier 导出了全息透镜的成像公式并分析了它的像差,Champagne 等人又将其工作推广到离轴情况[3],并用计算机详细分析了全息透镜的像差,还进行了波像差的分析。
在国内,近年来也有一些关于全息透镜应用的研究。
但全息透镜用于ICF 驱动器还未见相关报道,本文主要从理论上对这一应用的原理进行了分析,并对其聚焦特性进行了相应的计算,得到的结论可供我国ICF 工程实践参考。
惯性约束聚变中的快中子半影成像研究的开题报告
惯性约束聚变中的快中子半影成像研究的开题报告一、研究背景和意义在聚变反应研究领域中，惯性约束聚变（inertial confinement fusion, ICF）是目前被广泛认为是最有潜力的一种实现聚变能的技术之一。
其中，激光驱动惯性约束聚变（laser-driven ICF）是最为具有应用前景的一种模式。
在这种模式下，高能量激光束通过受限的方向稳定物（mantle）在几十皮秒（ps）的时间内将一定数量的燃料（如氘等）压缩成高密度的燃料靶，从而实现核聚变，同时产生大量的各种类型的离子、中子、光子等，这些产物将带有一定的能量和趋势向外发展。
快中子是聚变反应产生的最重要的粒子之一，其具有高能量和高穿透力，可以用于等离子体物理、缓脉冲辐射和稳定性、燃料壳和实验设备辐射损伤、诊断和能量传输等许多方面。
因此，对快中子的探测和表征对于惯性约束聚变研究是极其重要的。
传统的快中子探测手段通常采用探测器记录其位置和时间，然后通过计算得到其速度和能量等信息。
然而，这种方法难以在快中子密集的环境中实现精确、可靠的探测，而快中子半影成像技术则可以通过测量快中子的散射轨迹来获得更为精确和全面的信息。
因此，基于快中子半影成像技术研究激光驱动惯性约束聚变中的快中子特性，对于深入了解聚变反应机理、提高聚变效率以及推动聚变能的应用和发展都具有重要的意义。
二、研究内容和方法本研究将采用激光驱动惯性约束聚变实验平台进行研究。
具体的研究内容包括：1. 基于惯性约束聚变实验平台，研究快中子在不同的靶材、不同激光驱动条件下的产生和发展规律。
2. 建立快中子半影成像的实验系统，包括快中子半影成像探测器、光学透镜系统、图像处理和数据分析系统。
3. 利用快中子半影成像技术，实现对快中子的实时、非侵入式探测和表征，比如其轨迹、速度和能量等信息，同时探究其在不同靶材和激光参数下的变化规律，为后续聚变反应机理的探究提供有效的数据支撑。
4. 探究快中子对聚变反应产物（如氘等）的俘获、输运和加热过程，并研究其对聚变效率的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｏ
２１
０
３ ３
Ｍ ＝ ＝
０ ０
ｍ ４３
把 封装盒 子里 的各个 元部 件 的传输矩 阵相 乘 ， 通过 公式 推 导 ， 可 以证 明该传 输 矩 阵满足
考 虑前 后两段 漂移 段 ， 有
１ Ｚ ｌ ０ ０
一
。然后
１ Ｚ ４ ０
带 电粒子 在 ４块 四极 磁 铁 （ Ｐ ＭＱ） 组 成 的磁 透镜 中横 纵
向运 动轨迹 如 图 ２所示 。两个方 向 的质子束 轨迹 只是在 磁铁 所在 区域 不 同 ， 在前后 漂移 段都 相 同。
ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｉ ｎ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｎ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
』 。 ０ ｐ ０
度 只需要 １ ～２ ｃ ｍ。 由于 尺寸 变 为原 来 的 ｑ倍 ， 同时磁 刚度 也变 为 原来 的 ｑ倍 ， 因此 可 以在 同样 的磁 场 强 度 下， 满足 Ｋ 一Ｋ。 ／ ｑ ， 即可 以采用 与传 统磁 透镜相 同的磁性 材料来 设计 用 于 Ｉ Ｃ Ｆ内爆诊 断 的微型磁 透镜 系统 。
通过调 节磁 铁 的参 数 ， 包 括磁 铁强 度 、 尺 寸 以及磁 铁 间距 离 ， 可 以使 得 Ｍ 。 一 Ｍ。 一０ ， 这 样最 终 位 置 ｚ 一
Ｍ ｚ＋ Ｔ △＋ Ｔ ０ Ａ， 其 中 Ａ＝ 声 ／ Ｐ为 动 量 畸 离 。
Ｔ… 相 对 于 Ｔ 来 说 可 以忽 略 ， 因 此 在 设 计 中 主 要 考 虑
第 １ ２期
滕
建 等 ：用 于 Ｉ Ｃ Ｆ内爆 诊 断 的质 子 成 像 磁 透 镜 理 论 设 计
问 的距 离 ， 使得 ｍ ＝ ＝ ＝ ｍ ， 这样 ｍ。 。 一
。同时 由于 ｍ 一 。， 于是 ｍ 一 。 。这样 在前 后漂移 段上 的任 何
位 置处 ， ｚ ， Ｙ的传输矩 阵 都一致 ， 即成像 点必 然在 同一个 纵 向位 置 ， 这 就 解 释 了 图 ２给 出 的粒子 横 纵 向运 动 轨 迹 图 。要实 现成 像 ， 要求 ｚ （ ＋ｚ ） ＋ｍｉ ２ ＋ｚ 。 一０ ， 从 而可 以得 出 ｚ 一 Ｌ： ， 也就 是说 ， 在磁 铁
强 激 光
与 粒 子 束
第２ ５ 卷
中 几 种 线 形 表 示 不 同 的 初 始 角 度 。相 同 初 始 角 度 的 带 电 粒 子 会 汇 聚 到 一 个 点 ， 然后再 分 开 ， 最 后 各 自成 像 到 与
物点 相应 的像点 上 。这些不 同初 始角度 的带 电粒 子汇 聚成 的 点组 成一 个 平面 ， 即通 常所 说 的傅 里 叶平 面 。在 这个 平面上 放置 限孔 ， 就可 以排 除角度 较大 的质子 束 ， 从 而提 高成像 的空间分 辨力 。
磁透 镜结 构来设 计用 于 内爆 Ｄ Ｄ反应产 生 ３ ． ６ Ｍｅ Ｖ 质子 成像 的磁 透 镜 。假设 Ｅ 。 一８ ０ ０ Ｍｅ Ｖ， Ｅ ＝ ＝ ＝ ３ ． ６ Ｍｅ Ｖ，
口 一
于是 计算 得到 ｑ 一
一１ ／ １ ７ ． ８ ， 即用 于 ３ ． ６ Ｍｅ Ｖ 质 子 的 磁 透 镜 系 统 只有 原 来 尺 寸 的 １ ／ １ ７ ． ８ ， 因此 磁透 镜长
图 ２ 带 电 粒 子在 磁 透 镜 系 统 中的 横纵 向运 动 轨 迹 示 意 图
２ 束 流 输 运 线 设 计 的 比例 定 律 ［ １ ０ ］
在束 流输运 线设计 中 ， 有一 个重 要的 理论有 利于 我们 的设计 ， 那就 是 比例 定律 。假设 有一 个 已经设 计 好 的 能量 为 的输运 线 （ 相 应 的量 下边 都用 ０表 示 ） 。要 设 计 一个 针 对 能量 Ｅ 的输 运线 （ 相应 的量 下边 都 用 １表
减小 Ｔ ／ Ｍ 来 提 高成像 的空 间分 辨 力 ， 这可 以通 过减
小源 到第 １块 磁 铁 的距 离 ， 以及 增 加 磁 场 梯 度 来 实 现 。
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎｄ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ
０ ０
０ Ｏ
０
０ Ｍ 一 ０
０
０ ０
０
０
０
０
０
Ｍ１ ＝ ＝
１ Ｚ １ Ｏ ｌ
０ ０
（ ２ ）
１ Ｚ ４ Ｏ １
于 是 总 的 传 输 矩 阵
ＭＭ ＝Ｍ Biblioteka Ｍ Ｍ １＝ ｍＩ 】＋ Ｚ ４ ２ １
ｍ ２ １
０ ０
（ ３）
０ Ｏ
３３
＋ Ｚ ４ ｍ４ 。
ｍ ４ ３
可 以证 明 １ ７ ｌ 】 １ ＋ ２ ２ 一ｍ３ ３ ＋ ｍ４ ４， 并 且 ｍｌ ｌ ２ ２ 一 Ｉ ２ ２ １ —１ ， ｍ３ ３ ｍ４ ４ 一ｙ ｒ ｌ ３ ４ ４ ３ —１ ， 因 而 只要 调 解 好 磁 铁 之
一
示） 。存在 一个 比例值 ｑ 一
Ｊ０ｐＯ
， 其 中 为 磁刚度 。输 运线 中 的所 有元件 尺寸 都按 ｑ 倍 比例变 化 ， 弯铁磁 场强
度 Ｂ 一Ｂ 。 ／ ｑ ， 四极 铁聚 焦强度 Ｋ 一Ｋ。 ／ ｑ 。根 据上 面 的 比例关 系 ， 可 以参 考 ８ ０ ０ Ｍｅ Ｖ 高能质 子照 相装 置 中的
３ 物 像 关 系
磁 透 镜 系 统 可 以 划 分 成 ９段 ， 即 ５ 段 漂 移 段 与 ４段 磁 铁 段 。 其 中 １ ， ４段 磁 铁 一 样 ， ２ ， ３段 磁 铁 一 样 ， 只是
相互 绕轴 旋转 了 ９ ０ 。 ， 即满 足 ＋Ａ—Ｂ ＋Ｂ —Ａ构 型 ， 如 图 １所示 。２ ， ４段 漂移段 一样 长 ， 都为 ｚ 。先不考 虑 前后 两段 漂 移段 ， 把 ４ 块 四极 磁铁放 置 在一个 盒子 中封装 起来 ， 这一 部分 组成传 输矩 阵