[发明专利]一种紧凑型伽马射线探测光学系统及探测方法

说明书

本发明提供一种紧凑型伽马射线探测光学系统及探测方法，解决现有技术存在聚变历程探测时间分辨能力低，及干扰相邻设备工作的问题。该系统包括密封壳体、探测器及沿伽马射线出射方向设的转换体、次反射镜、主反射镜；密封壳体内设有密封套，密封套一端通过压力密封窗密封，另一端与密封壳体连接；密封套、压力密封窗及密封壳体形成腔体内充有高压气体；主反射镜套装在密封套上；探测器设在密封套内，且探测面位于主反射镜和次反射镜之间；主、次反射镜均为凹面反射镜，两者距离满足：T1＜T＜T2；T为伽马射线入射转换体产生光子并经主、次反射镜、压力密封窗到达探测面的时间；T1为直穿伽马到达探测面的时间；T2为次生伽马射线到达探测面的时间。

技术领域

本发明涉及聚变历程探测技术，具体涉及一种应用于核聚变研究的紧凑型伽马射线探测光学系统及探测方法。

背景技术

聚变能源是一种无污染的清洁能源，世界各国都竞相对相关技术的研发投入大量人力和物力。然而实现聚变的条件极为苛刻，燃料需要达到极端高温、高压，目前激光惯性约束聚变(ICF)和磁约束聚变是实现这一条件两种最有前途的技术途径。

在激光惯性约束聚变中，高能激光入射黑腔，能量在其内壁沉积，产生X光辐射；X光经过黑腔再吸收和再辐射，最终在黑腔内形成均匀辐射场；进而辐照烧蚀靶丸，使其向心内爆，聚变燃料被压缩至极端高温、高压，发生热核聚变，以中子辐射、伽马射线辐射等形式释放大量能量。

中子、伽马射线作为聚变反应的特征产物，其辐射过程表征了聚变燃料的聚变过程。目前，在激光惯性约束聚变研究中，已经发展了基于中子发射探测的聚变历程诊断技术，并成功应用到激光聚变装置中，获得了聚变历程数据，为ICF理论研究提供了关键技术支撑。

然而，由于中子具有质量，不同能量(速度不同，能量不同)的中子其飞行速度是不一样的，即便是同一时刻辐射的中子，经过一段距离的飞行之后，也会出现大量的时间弥散，先后到达中子探测器。这样，不同时刻的辐射中子在探测器上是相互叠加的，大幅降低了聚变历程探测的时间分辨能力。在实际应用中，为了降低这种时间弥散，往往将探测器抵近聚变燃料(2cm-20cm)，以减小飞行距离。然而，抵近探测占用了较大的立体角，严重干扰了相邻设备的观测、诊断通道。

发明内容

为了解决现有技术，存在大幅降低了聚变历程探测的时间分辨能力，以及为了降低时间弥散将探测器抵近聚变燃料，导致干扰相邻设备工作的技术问题，本发明提供了一种紧凑型伽马射线探测光学系统及探测方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种紧凑型伽马射线探测光学系统，其特殊之处在于：包括密封壳体、转换体、主反射镜、次反射镜及探测器；

所述密封壳体内设有密封套，且密封套的一端通过压力密封窗密封，另一端与密封壳体的后端盖连接；所述后端盖中部设有与密封套相适配的通孔，密封套密封连接在该通孔外侧的后端盖上；密封套、压力密封窗及密封壳体形成的腔体内充有高压气体；

所述转换体、次反射镜、主反射镜沿伽马射线出射方向依次同轴设置在密封壳体内，且主反射镜套装在密封套上；所述主反射镜和次反射镜均为凹面反射镜；

所述探测器设置在密封套内，且探测器的探测面位于主反射镜和次反射镜之间；

伽马射线穿过密封壳体的前端盖，入射至转换体，与转换体的电子碰撞激发出高速电子，高速电子与高压气体产生切伦科夫光子，光子依次经主反射镜和次反射镜反射后，穿过压力密封窗，到达探测器的探测面；

主反射镜和次反射镜之间的距离需满足：T1＜T＜T2；

其中，T为伽马射线入射至转换体，产生切伦科夫光子经主反射镜、次反射镜、压力密封窗，到达探测器探测面的时间；

T1为伽马射线依次直穿转换体、次反射镜、压力密封窗，到达探测器探测面所需时间；