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寻找毛细管放电软X射线激光最佳产生条件的实验研究

作　者: 李岩
导　师: 赵永蓬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 毛细管放电 X射线激光雪耙模型主开关毛细管电极
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

毛细管放电软X射线激光是一种小型、台式激光方案,具有很高的研究价值与很强的实用性,本论文对毛细管放电软X射线激光产生的最佳条件进行了研究。理论研究方面,利用C语言编制的雪耙模型程序,模拟了各种管内气压与不同电流峰值条件下毛细管内等离子体半径随时间的变化情况,并通过分析等离子体第一、二、三次箍缩到半径最小的时刻与管内气压或电流峰值的关系,证明了等离子体经过了一个多次箍缩的过程实现了激光输出,与实验结果很好的吻合。装置的改造与维修方面,首先介绍了毛细管放电装置的各个主要部分的原理与特性。其次介绍了自制的罗可夫斯基线圈,并对其进行了精确标定,使对电流的测量更为精确。设计制作了新的预脉冲触发装置,提高了抗电磁干扰能力、安全性和可靠性。最后对装置各部分进行了改造,改善了装置的电气绝缘强度。实验研究方面,首先采用了使同轴电缆缠绕铁磁环后接入示波器的方案,去除了长时间困扰实验的XRD干扰信号。其次在实验中使用了三种不同形状的主开关电极,根据导通电感的估算结果,利用脉冲功率理论,计算了电流幅值和脉宽的改变情况,并与实验结果进行了比较,二者均表明,放电间隙为3cm的圆环—圆盘型主开关,最适合软X射线激光的输出。再次介绍了在实验中使用了不同结构与材料的毛细管放电电极,实验结果表明平端面的钼电极由于击穿电压适当、形成的等离子体均匀且产生的背景光较低,最适合增益测量。最后在不同的预、主脉冲延时条件下进行了实验,发现延时2~10μs的条件适合激光产生。本论文采用理论与实验相结合的方式,并辅以对实验设备的改造与维修,对毛细管放电软X射线激光最佳产生条件进行了寻找与研究,并使实验装置能够稳定的运行。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 国内外在毛细管放电泵浦软X 射线激光研究方面的进展  10-14
    1.2.1 国外研究进展  10-13
    1.2.2 国内研究进展  13-14
  1.3 本论文主要研究内容  14-15
第2章毛细管放电中等离子体箍缩过程的理论研究  15-30
  2.1 引言  15
  2.2 产生软X 射线激光的物理机制  15-18
    2.2.1 离子的电子碰撞泵浦机制  15-16
    2.2.2 离子的共振激发机制  16-18
    2.2.3 离子的三体复合泵浦机制  18
  2.3 Z 箍缩与基于雪耙模型的理论模拟  18-29
    2.3.1 Z 箍缩过程  19-20
    2.3.2 雪耙模型简介  20-21
    2.3.3 毛细管中等离子体的多次箍缩理论与数值模拟  21-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章毛细管放电软X 射线激光装置的工作原理及装置的改造与维护  30-50
  3.1 引言  30
  3.2 毛细管放电软X 射线激光装置介绍  30-39
    3.2.1 脉冲发生单元  32-34
    3.2.2 脉冲整形单元  34-36
    3.2.3 毛细管放电单元  36-37
    3.2.4 探测单元  37-38
    3.2.5 预脉冲单元  38-39
  3.3 毛细管放电装置的改造与维修  39-48
    3.3.1 对预脉冲电源及延时电路的改造  39-41
    3.3.2 对主脉冲电流测量装置的改造  41-46
    3.3.3 对Marx 发生器、主开关及放电室的改造与维修  46-48
    3.3.4 对气压表的标定  48
  3.4 本章小结  48-50
第4章毛细管放电软X 射线激光产生最佳条件研究  50-66
  4.1 引言  50
  4.2 XRD 干扰信号的消除  50-53
  4.3 主开关结构对激光产生的影响  53-56
    4.3.1 不同主开关结构对电流波形的影响  53-54
    4.3.2 电流波形对激光产生的影响  54-56
  4.4 毛细管放电电极对激光产生的影响  56-59
    4.4.1 换用铜制毛细管放电电极对激光产生的影响  57-58
    4.4.2 不同形状毛细管放电电极对激光产生的影响  58-59
  4.5 预、主脉冲延时对激光产生的影响  59-62
  4.6 预脉冲开关耦合电流对激光产生的影响  62-64
  4.7 本章小结  64-66
结论  66-68
参考文献  68-72
附录A  72-76
附录B  76-78
攻读硕士学位期间发表的学术论文  78-80
致谢  80

寻找毛细管放电软X射线激光最佳产生条件的实验研究

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