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透射光栅测量系统的研制

谢钱涛  
【摘要】: 软X射线能谱测量是ICF实验中的重要研究内容之一。通过软X射线能光谱分析,可以得到X射线总的通量,辐射温度,转换效率等重要参数,这些都是间接驱动黑腔热力学的重要参数。作为黑腔特征诊断系统,软X射线能诊断系统测量黑体腔中发射出的X射线,可得出黑腔中辐射温度的时间变化图。针对目前常用的测量系统往往存在能谱分辨差,解谱困难等缺点,本论文研制了一种基于透射光栅的软X射线能测量系统,能够使软X射线能谱的测量更高效、更精确。 根据ICF实验对软X射线诊断的物理要求,结合透射光栅自身特点,论文分析研究了现有测量系统的测量方法和工作原理,并对其中的关键技术单元进行了深入的分析。根据高温等离子体X射线诊断的实验需求,论文提出了相应透射光栅测量系统的设计方案,完成了测量系统的物理设计和工程设计,同时对系统的结构模型运用现代的有限元分析方法进行了分析与优化,最后对测量系统进行了验证性的测量实验。本文主要的创新点及完成的工作如下: ①在研究了软X射线能诊断自身的特点及具体实验要求的基础之上,结合各种常用诊断方法和当前软X射线能测量系统方面的工程实践,提出了基于透射光栅的透射光栅测量系统的设计方案。 ②根据实验需求及总体方案设计,结合结构最简单、变形最小、传动机构运动链最短和极限设计等原则,完成了透射光栅测量系统的光路设计、结构系统设计以及控制系统设计。 ③综合运用三维设计软件Pro/engineer和有限元分析软件建立关键部分的结构模型,进行了相关的静力学、动力学有限元分析,得到了主体机械结构在重力作用下的静力变形结果及前十阶固有振动频率结果,优化了整体结构设计方案。 ④在原型装置上进行了安装调试,并进行了相关的实验验证。结果表明,测量系统实现了各个关键部件的精确调节与定位,测量结果与理论结果基本相符。透射光栅测量系统达到了设计要求。 本论文研制的透射光栅测量系统基本达到了设计要求,并为进一步的工程应用研究提供了有价值的参考。


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