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用于中和離子束傳輸?shù)姆烹娡ǖ赖牡入x子體診斷
（論文部分內(nèi)容摘抄）
首先，未來大多數(shù)加速器將是提供兆瓦功率光束的機器，用于諸如裂變中子生產(chǎn)、u子對撞機、中微子工廠、核廢料變換或慣性約束聚變能(IFE)等應用。特別是在重離子驅(qū)動慣性約束聚變領(lǐng)域，空間電荷占主導地位的多千安的脈沖光束必須經(jīng)過反應器腔體數(shù)米以上運送到毫米大小的目標，需要進行某種束中和。其中可能的解決方案是等離子體通道為基礎(chǔ)的傳輸。強流放電通道為離子束傳輸提供了獨特的性能。它們可以中和極強離子束的電流和空間電荷，并沿著通道提供強方位磁場。
本文描述了在外國實驗室(LBNL)進行的實驗，以創(chuàng)建和診斷專為強離子束傳輸而設(shè)計的高電流放電通道。在實驗中，穩(wěn)定的通道是由激光脈沖創(chuàng)建的，激光脈沖在觸發(fā)放電之前沿著所需的擊穿路徑射入腔室。紫外激光通過將少量苯分子混合物與背景氣體的雙量子電離來產(chǎn)生初始電子種子，而在GSI，紅外激光器用于通過共振吸收加熱氨氣，并產(chǎn)生具有優(yōu)先條件的氣體稀薄通道擊穿。使用離子束啟動穩(wěn)定通道的替代技術(shù)已在線性加速器上成功地進行了測試。由這三種方法中任一種所產(chǎn)生的所有通道在寬參數(shù)范圍內(nèi)均未顯示出水動力不穩(wěn)定的跡象。
開發(fā)了幾種等離子體診斷方法，并用于更深入地了解放電的動力學和穩(wěn)定性為了實現(xiàn)空間分辨率的電子密度測量，研制了雙色干涉儀。峰值密度約1017至1018厘米推斷，這取決于放電條件。干涉儀還顯示存在稀釋通道和徑向膨脹的氣體壁，這被認為可以提高放電的穩(wěn)定性。利用紋影診斷方法對該壓力波進行了詳細的研究。
實驗使用（德國ExcelitasPCO 公司的pco.dicam型號）高速攝像機記錄圖像，并用抓取器數(shù)字化。相機的曝光時間為1/128秒，比較大限度地縮短了記錄激光脈沖的時間窗口。然而，時間分辨率是由激光的5納秒脈沖持續(xù)時間來設(shè)置的。因此，沒有必要使用快門相機。在1/128的整個放電時間內(nèi)，需要使用中性濾光片來阻擋通過帶通濾光片傳輸并由低速CCD攝像機集成的放電光線。每脈沖能量為激光輸出超過了剩余的等離子體自身發(fā)射的數(shù)量級，并向CCD探測器提供足夠的激光功率。相機物鏡將通道的位置成像到CCD芯片上。激光對等離子體進行兩次探測，其條紋移位是干涉儀的兩倍。
圖為信道的穩(wěn)定性和演化，用門控圖像增強相機側(cè)面記錄了主放電的一系列照片，曝光時間為100 ns，激光脈沖15us后觸發(fā)放電。畫面可以還原為直線。
入射光束和反射光束都被對準，在幾百微米范圍內(nèi)精確重疊，以確保所需的空間分辨率。參考光束的反射鏡相對于激光光束軸稍微傾斜。以這種方式觀察到的條紋數(shù)與傾斜角成正比的條紋圖案。如果角度太大，條紋就會消失。反射鏡在另一平面中的傾斜使條紋圖案旋轉(zhuǎn)。在測量中，零條紋圖案被布置成典型地顯示整個視野中垂直于通道軸線的5到10條條紋。
激光可以在兩種不同的波長下工作，因此可以區(qū)分電子密度和中性氣體密度，它們以不同的方式影響折射率，定電子密度的折射率隨激光波長的增加而增加。
德國Excelitas PCO 公司的pco.dicam像增強器相機，具備高分辨率、高感光度、快速幀重復率、精確捕捉超快速過程的優(yōu)點，將可實現(xiàn)高效的單光子檢測，為實驗提供強而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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