[发明专利]一种聚变反应热斑区质子成像方法

说明书

技术领域

本发明属于核能科学与技术中聚变粒子诊断和束流光学领域，具体涉及一种聚变反应热斑区质子成像方法。

背景技术

在聚变反应中,内爆压缩的对称性是点火成功的关键因素。针对内爆区域、尤其是热斑区域对称性的诊断发展了许多方法,包括直接诊断方法和间接诊断方法两类。其中，直接诊断方法是通过X射线成像、中子半影成像和质子编码成像等直接诊断内爆区域产物来获得内爆区域信息的方法；间接诊断方法是利用外部产生的束流，如X射线、激光加速质子束、内爆反应质子束，对内爆区域照相的方法和通过诊断内爆区域质子下散射能谱来获取内爆的面密度。

内爆过程会产生准单能质子束，通过质子编码成像技术可以获得内爆区域的尺寸信息。质子编码成像方法步骤为：内爆产生的质子通过编码元件后在探测器上成半影像；利用空间滤波的方法，实现对半影像的重建，获得解码后的图像，即内爆区域的像。目前在10⁹质子产额下，质子编码成像可以获得16微米的空间分辨。而且由于需要编码和解码，因此具有一定程度的数字噪声。由于热斑区域通常只有几十微米的空间尺度，需要进一步提高质子编码成像的空间分辨本领。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种聚变反应热斑区质子成像方法。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的聚变反应热斑区质子成像方法包括如下步骤：

a.在标定装置中进行质子成像微型磁四极透镜的标定；

b.在实验装置中进行微型磁四极透镜的物距和像距设定；

c.在实验装置中进行等效光学透镜瞄准；

d.在实验装置中进行实验诊断。

本发明的聚变反应热斑区质子成像方法中的标定装置，包括串列静电加速器、质子输运系统、真空靶室以及位于真空靶室内的准直孔、微型磁四极透镜、标定网格和质子探测器；所述的串列静电加速器产生的质子束通过质子输运系统注入到真空靶室内，进入真空靶室内的质子束依次通过准直孔、微型磁四极透镜以及紧贴微型磁四极透镜后表面的标定网格，成像到与标定网格距离L的质子探测器上。

本发明的聚变反应热斑区质子成像方法中的实验装置，包括纳秒激光、聚变真空靶室以及位于聚变真空靶室内的聚变靶球、微型磁四极透镜、等效光学透镜、质子探测器和万向调节装置；注入到聚变真空靶室的纳秒激光压缩聚变靶球产生的质子束经过位于万向调节装置上的微型磁四极透镜后成像到质子探测器上；等效光学透镜位于微型磁四极透镜中心位置，并与微型磁四极透镜同轴，用于在线实验诊断前靶的瞄准；万向调节装置用于成像系统的瞄准。

本发明的聚变反应热斑区质子成像方法中使用的微型磁四极透镜为永磁铁材料，由四块四极磁铁组成，依次编号为四极磁铁Ⅰ、四极磁铁Ⅱ、四极磁铁Ⅲ和四极磁铁Ⅳ；四块四极磁铁同轴排列，横向磁场方向交错排布；四极磁铁Ⅰ和四极磁铁Ⅳ磁场轴向积分强度一样，四极磁铁Ⅱ和四极磁铁Ⅲ磁场轴向积分强度一样，且为四极磁铁Ⅰ的两倍；四极磁铁Ⅰ和四极磁铁Ⅱ之间的距离与四极磁铁Ⅲ和四极磁铁Ⅳ之间的距离相等，且都固定不动；四极磁铁Ⅱ和四极磁铁Ⅲ之间距离可调。

本发明的聚变反应热斑区质子成像方法中的步骤a包括以下步骤：

a1.调节微型磁四极透镜中四极磁铁Ⅱ和四极磁铁Ⅲ之间的距离，使得质子探测器记录到的标定网格的像无畸变；

a2.根据准直孔直径D_z、标定网格尺寸D_b1、网格像尺寸D_b2以及质子探测器到标定网格的距离L，计算得到微型磁四极透镜的焦距f=LD_z/（D_b1-D_b2）以及主平面到磁铁表面的距离x=L（D_z-D_b1）/（D_b1-D_b2）；

a3.固定微型磁四极透镜中四极磁铁Ⅱ和四极磁铁Ⅲ之间的距离，确定微型磁四极透镜长度为d。

本发明的聚变反应热斑区质子成像方法中的步骤b包括以下步骤：

b1.给定成像的放大倍数M，根据步骤a标定得到的焦距f以及主平面到磁铁表面的距离x，计算得到微型磁四极透镜前表面到聚变靶球的距离为L₁=f(M+1)/M-x,微型磁四极透镜后表面到质子探测器的距离为L₄=f(M+1)-x；