中子半影成像在ICF中的运用.pdfVIP

1 中子半影成像在ICF 中的运用 1,2 2 1 1 1 刘东剑 ，唐昶环 ，安竹 ，段艳敏 ，吴英 1 四川大学原子核科学与技术研究所，辐射物理及技术教育部重点实验室，成都 (610065) 2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，绵阳 (621900) E-mail: anzhu@ 摘 要：在惯性约束聚变中，聚变靶丸内爆情况的诊断，对优化靶丸设计、改进驱动手段有 重要的意义。目前，X 射线、可见光诊断等手段都已经比较成熟了，而中子诊断技术发展相 对较晚，但相对于 X 射线诊断等，它具有透明度更高，噪声小，更能反映内爆真实情况等特 点。本文将介绍中子诊断技术发展现状和我们今后的工作设想。 关键词：ICF ，半影成像 1. 引 言 随着各国对惯性约束核聚变（ICF ）研究的深入，有很多问题摆在了我们面前。激光约 束核聚变中，激光驱动靶丸内爆时，靶丸压缩的对称性是一个内爆成功与否的关键性问题， 可以利用靶丸在内爆过程中产生的穿透力很强的各种射线来对靶丸进行成像。目前比较成熟 的方法是利用 X 射线进行成像；然而，随着靶丸尺寸的增大，聚变材料的密度的增加，内 爆形成的等离子体对 X 射线的吸收大大增强，造成了靶丸不透明度的增加，这使得用 X 射 线成像技术来对靶丸内爆的对称性诊断变得困难起来。考虑到中子穿透力更强，可以利用热 核聚变中生成的快中子来对靶丸进行诊断。 2. 中子成像 目前广泛采用的中子成像技术有：针孔成像、中子波带片成像和中子半影成像等几种方 法，它们的基本原理都类似于光学中相应的成像方法。 由于中子的穿透力比较强，通常可以认为它在空气中是沿直线传播的，这样我们可以利用类 似于光学针孔成像的方法，对热核中子进行针孔成像。利用中子源发射的中子进行成像，它 的优点是成像空间分辨率高，但对中子的收集率低，这要求很高的中子产额；另外，由于中 子的穿透力很强，选择合适的针孔制作材料、合适的厚度来制备针孔比较困难。中子波带片 成像技术也是基于相应的光学波带片成像原理，这种成像技术的分辨率也比较好，但对探测 器的要求较高，而且制备起来也很不方便。 中子半影成像技术很好的克服了上述两种成像技术的缺点。半影成像是一种编码孔成像 技术，是成像孔尺度大于源的尺寸的一种成像技术。编码图像由均匀照亮的中心区域和部分 照亮的半影区域组成，半影区则是源的空间信息与孔的透过率函数的卷积，当孔的透过率函 1 本课题得到四川大学辐射物理及技术教育部重点实验室开放课题基金资助。 - 1 - 数是空间不变的，则可以通过反卷积获得源的空间分布信息。 半影成像比针孔成像立体角大、灵敏度高，对源的中子产额 Yn 要求较低。如：针孔成 像：Y 1014/shot ；而半影成像： Y 108/shot ；另外，半影成像编码孔制作较针孔简单， n n 而且半影成像瞄准较针孔瞄准容易。 考虑到我国目前的具体情况，中子半影成像技术是一种比较理想可行的内爆诊断方法。 图 1 中子半影成像示意图 3. 实验方法 [1] 中子半影成像，主要有两个步骤 ： 第一步：由中子源发射中子，经过编码孔形成编码像。 这一过程中，应当根据源的具体情况选择合适的编码孔，这时编码孔的点扩散函数孔 （PSF ）可以认为是空间不变的，半径Rc 和源半径 Rs 必须满足： R (1+L / L ) R