[发明专利]一种基于金属丝微纳加工技术的重频X箍缩负载的设计方法

说明书

本发明公开了一种基于金属丝微纳加工技术的重频X箍缩负载的设计方法，基于X箍缩，通过微纳技术处理金属丝，将粗金属丝的局部刻蚀出凹槽，利用凹槽处的线质量与驱动电流匹配，实现与一般的X箍缩相近的效果，获得软X射线的单点源，可用于高时空分辨率的点投影背光照相。此外，还提出了重频的X箍缩负载设计方案，利用送丝机构实现上述X箍缩负载的自动装配方法，该方法与重频脉冲功率源系统的工作流程适配，这种方法对于在未来的大型重频脉冲功率源上展开X箍缩相关实验也具有很大的意义，可以大大提高实验效率。

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，尤其涉及一种基于金属丝微纳加工技术的重频X箍缩负载的设计方法。

背景技术

X箍缩是1982年在俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所首次提出的，传统的X箍缩是将2根及以上的丝阵旋转一定角度构成X交叉形的负载，在一定实验条件下，X箍缩可以可靠地产生一个非常小的尺寸(约等于1 µm)、短的持续时间(小于100 ps)的X射线点源(约等于1 keV)，基于X箍缩的软X射线点投影照相系统目前已经应用于对轴向丝阵、X箍缩、径向分幅、生物组织结构等。在兆安源上的实验结果表明，X箍缩软X射线源尺寸约等于10 μm，辐射脉宽约等于1 ns，每个脉冲的软X射线产额较百千安时的结果得到显著提高，如ZEBRA装置上1-10 keV X 射线辐射产额为10-100 J，COBRA装置上3-5 keV 辐射产额约等于 2 J，“强光一号”装置上3-5 keV 辐射产额约等于 3 J。但是这时产生软X射线辐射的热斑数目通常≥3个，远未表现出单一热斑的性能，限制了点投影照相的应用。中国工程物理研究院在“阳”装置(520 kA，80 ns)的X箍缩实验，也是得到了多个脉冲X射线辐射。

目前，基于X箍缩的重频的软X射线的点源系统的设计难度较大，主要在于重频脉冲功率源（百千安培级别，前沿 1 kA/ns）的设计与负载的重频装载问题，传统的X箍缩由于需要穿多根极细金属丝和稳定的旋转电极使金属丝交叉，几乎不可能实现人工或者机械重频装载。基于金属丝微纳加工技术的X箍缩负载在电极不更换的情况下只需利用送丝机构重新穿一根金属丝，无需精细地移动电极，具有重频的可行性。送丝机构的缠丝轴和压丝轮的部位容易造成极细金属丝的断裂和压断，适用于直径为百微米级的金属丝，该量级直径的金属丝的线密度与世界现有的兆安源均不匹配，无法形成X箍缩产生X射线。因此有必要提出满足现有工艺水平的X箍缩负载构型设计，应用于重频的X箍缩软X射线的点源。

发明内容

本发明的目的在于解决X箍缩负载的重频装载问题，提供了一种基于金属丝微纳加工技术的重频X箍缩负载的设计方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于金属丝微纳加工技术的重频X箍缩负载的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，X箍缩的负载由两个相对放置的锥状固体电极和一根设置于中间的金属丝构成，利用微纳技术在金属丝上加工出凹槽，使凹槽处的线质量与驱动电流匹配；

步骤2，将加工后的金属丝由送丝机构送入X箍缩负载的轴向穿丝孔，完成X箍缩负载的自动装载。

本发明的进一步改进在于：

步骤1中电极采用的材料包括钨、钽或钨铜合金。

步骤1中线质量M_l与驱动电流I_max匹配，参考以下经验计算公式：当负载电流 1MA时，满足预测值M_l= I_max^1.8；当负载电流≧ 1 MA时，满足预测值M_l=I_max^1.3。

凹槽的周期长度即微纳技术加工后的金属丝上的每个凹槽间隔1～10 cm。

步骤1中凹槽形状为平直形、圆弧形或正弦形。