在激光等离子体研究中，电磁脉冲干扰对实验结果影响很大，为了减小这一影响，设计一款新的扫描晶体谱仪，整个机身设计成几乎全密闭的良导体。该晶体谱仪通过更换晶体和调整入射角可以获得较宽范围的测量窗口。在X光光谱为2.5~3.5 keV范围内的测量试验中，该扫描晶体谱仪的谱分辨能力为13(在2960 eV)，时间分辨率为10 ps。其谱分辨和时间分辨可以满足对激光等离子体的研究。

This paper explores the parameter measurement in laser produced plasma by X-ray line profile spectrscopy. The experiment was conducted on the SG-II laser facility. A 0.35 μm laser beam was focused on a solid chlorine (Cl) target in a vacuum chamber to produce a laser chlorine plasma and the high resolution X-ray elliptical bent crystal spectrograph was used to obtain the X-ray fine structure energy spectrum of the chlorine plasma radiation. The line integrated intensity ratio between H-like Cl (1s-3p) (Lyman-) and He-like Cl (1s2-1s3p) (He-) transitions was used for calculation of the electron temperature. By assuming optically thin, the Lyman-stark broadened profile was utilized to measure the electron density. Obtained experimental results show that the volume averaged electron temperature of Te is about 450 eV and the electron density of Ne is approximately 7.5×1022 cm-3. In addition, the line Full Width at Half Maximum (FWHM) was analyzed. The uncertainty in Ne due to uncertainties in the temperature and the assumed background level was also simply discussed and it is estimated to be within 25%. As a result, the experimental spectroscopic method may become a reference for diagnosing future higher-compression implosions.

开展了利用X射线特征谱轮廓诊断激光等离子体状态参数的研究。在"神光II"激光装置上, 将 0.35 μm频谱激光束聚焦于真空室内固体氯(Cl)元素靶上产生激光氯等离子体, 利用高分辨X射线椭圆弯晶谱仪获取高能谱分辨激光氯等离子体辐射的X射线精细结构能谱。用类氢(1s-3p)和类氦(1s2-1s3p)氯离子能级跃迁光谱线的光强度比率计算了激光等离子体的电子温度; 然后在假定光性为薄的情况下, 利用X射线谱线Lyman-线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽测量了等离子体的电子密度。实验获得的激光等离子体日冕区内体平均电子温度约为450 eV, 电子密度约为7.5×1022 cm-3。文中还简单分析了能谱线的半高全宽度(FWHM)值以及诊断过程引入的诊断误差, 初步预估诊断误差可控制在25%以内。该项工作为X射线特征谱轮廓法进一步应用于激光聚变靶丸压缩度精度测量等工作提供了参考。

粒子激发X射线谱仪(APXS)是我国嫦娥三号卫星月球巡视器的有效载荷之一, 其主要目的是对月面土壤和岩石完成就位探测和离线分析, 距离感知功能是保障APXS有效探测的一项重要功能。 本文首先简要介绍了APXS系统, 分析了距离感知功能的特殊要求和约束, 然后提出了一种利用响应曲线拐点的新型红外距离感知方法。 通过理论推导证明了本方法的算法可行性, 并且设计试验验证了本方法。 理论分析表明, 尽管该方法对工作温度和月面反射率不敏感, 但是强烈的太阳红外辐射环境可能引起光敏器件饱和。 解决措施是适当降低器件增益并避免太阳光直射。

粒子激发X射线谱仪(APXS)是中国探月工程二期嫦娥三号月球巡视器的有效载荷之一。 简要介绍APXS的工作原理、 组成部分, 以及它在月面的工作环境, 通过模拟及实验研究了月面热环境对APXS的影响, 结果显示, APXS将工作在显著的变温过程中。 相对恒温过程, APXS在变温过程中的能量分辨率明显变差。 为了消除该温度效应的影响, 提出了一种基于皮尔逊卡方检验(Pearson’s chi-squared test)的修正方法, 能够有效提高变温过程中的能量分辨率。 通过温度循环试验中变温阶段的数据对该方法进行了测试, 结果表明, 该方法具有很好的修正效果和较高的可靠性。

确定了影响辐射温度测量的软X光能谱仪各种光学元件、电子器件的不确定度及还原算法等不确定度来源。建立了基于蒙特卡罗随机采样的不确定度分析方法，获得了各种不确定度综合影响下的辐射温度不确定度。通过单独对谱仪各个探测通道时间对齐进行的分析，显示这一因素对辐射温度不确定度有较大影响。

介绍了采用新型软X光谱学光子筛作为分光元件的软X光谱仪的原理和结构参数设计。新谱仪理论测量范围为100 eV~2 keV，光谱分辨力达0.35 nm。应用该谱仪在SILEX-Ⅰ装置上测量了飞秒激光与固体铜靶相互作用产生的X射线发射谱。实验结果表明，该谱仪主要性能指标达到设计要求，适合于激光与等离子体相互作用产生的软X射线研究。

惯性约束聚变实验中, 14通道软X光能谱仪是测量软X射线能谱、等效积分温度和辐射能流时间过程的重要诊断设备。基函数法是还原能谱分布的一种常用方法。通过对双峰谱形的还原,对不同类型基函数的选择、基函数参数的设置和求解方法等影响解谱的因素进行了比较分析。根据大量算例的结果, 使用优化后的基函数和求解方法对实际测量辐射谱进行了计算, 并与透射光栅谱仪的测量结果进行了比较。结果显示,根据谱仪通道响应选择三次样条的节点, 能够较好还原软X射线的能谱。

使用多道软X光能谱仪测量黑腔辐射能流时间过程并使用最小二乘法将多道谱仪的响应函数线性组合为等效平响应。针对惯性约束聚变实验中软X光能谱强度分布不均匀、等效平响应局部不平带来的误差, 提出了辐射能流求解的加权改进算法。对不同谱形和等效积分温度的能谱进行了计算, 比较了不同方法得到的能流还原能力。改进后的方法应用于实验数据的处理, 得到了修正后的等效积分温度随时间的演化过程。

研制了一种椭圆弯晶谱仪用于测量0.44～0.81 nm激光等离子体X射线光谱。该谱仪采用X射线CCD作探测器,用PET(2d=0.874 nm)晶体作色散和聚焦元件,将晶体弯曲并粘贴在离心率和焦距分别为0.9586和1350 mm的椭圆形不锈钢基底上。对该谱仪在“星光Ⅱ”激光装置上进行了打靶实验,实验结果表明其光谱分辨率接近1000。