在激光間接驅動慣性約束聚變（ＩＣＦ）研究中，金是目前最常用的腔壁材料，因此金Ｍ帶輻射（光子能量１．６～４．５ｋｅＶ）的相關物理問題是ＩＣＦ中重要的研究內容。而激光與金腔壁作用中產生的Ｍ帶輻射會預熱靶丸燃料，最終降低內爆過程中的流體力學效率，因此，抑制金Ｍ帶輻射預熱靶丸，一直是ＩＣＦ研究的重點。由于金Ｍ帶輻射功率在激光打靶過程中變化較大，為達到最佳的內爆燒蝕和壓縮效率，通常燒蝕層中會分層摻雜不同濃度的中Ｚ材料，這就需要較精確的金Ｍ帶輻射份額及其時間行為數據。在激光與金材料作用中產生的Ｍ帶輻射受電子熱傳導、材料不透明度和狀態方程等多種因素影響，目前還很難建立準確的數值模擬，這就需要通過實驗數據來獲得準確的Ｍ帶輻射特性，并完善點火靶設計及理論模擬。目前金Ｍ帶輻射的實驗測量主要采用軟Ｘ光能譜儀（Ｄａｎｔｅ），軟Ｘ光能譜儀可以實現對金Ｍ帶的時間分辨測量，但是在金Ｍ帶能區譜響應較差，較難定量測量，而且軟Ｘ光能譜儀結構復雜，只能獲得一至兩個觀測角度的實驗結果，難以在靶室上多點排布，而金Ｍ帶輻射主要來自于激光焦斑，因此較難定量還原整個黑腔內部的金Ｍ帶輻射特性。針對目前的實驗情況，課題組研發了一種新型的金Ｍ帶平響應探測器。這種探測器具備譜響應特性好、較高的時間分辨、體積較小便于安裝等特點，能夠在同一次金Ｍ帶測量中獲取多個角度的數據。其主要創新點是設計了一種特殊的復合濾片，這種濾片與通用的Ａｌ陰極ＸＲＤ探測器結合后實現了１．６～４．４ｋｅＶ之間的帶通平響應特性；同時特殊的微孔陣列結構也滿足了在北京同步輻射光源上進行精密標定的要求。利用這種新型探測器與高速示波器等探測設備組成的測量系統在ＩＣＦ實驗中獲得了腔外金Ｍ帶的能量份額、時間行為及其空間角分布，為優化設計靶丸和了解腔內等離子體填充特性等提供了實驗基礎。
１金Ｍ帶診斷技術原理
在過去的實驗中金Ｍ帶測量通常采用Ａｌ陰極ＸＲＤ加１５μｍ的Ｂｅ濾片和４μｍ的Ｔｉ濾片測量，圖１給出了組合濾片加ＸＲＤ探測器整體響應曲線，可以看出組合濾片加ＸＲＤ探測器抑制了２ｋｅＶ以下和５ｋｅＶ以上的Ｘ射線，但整個金Ｍ帶能量響應平整度較差，較難實現準確的定量測量。
為了改善金Ｍ帶的帶通能區平響應特性，我們重新考慮了探測器的配置。首先，由于實際黑腔輻射譜大部分能量集中在低能部分，而Ａｌ材料吸收邊在１．６ｋｅＶ附近，因此選用Ａｌ陰極ＸＲＤ可以抑制低能區的影響。其次，為了配合Ａｌ陰極ＸＲＤ的響應曲線，使整個探測器的靈敏度為平響應，我們采用了多種材料或材料組合進行了大量計算，最后采用了復合濾片的方式，即采用３．９μｍ的Ｓｃ濾片和７２０ｎｍ的Ｂ濾片一起作為前濾片，用３４μｍ厚的帶針孔陣列的Ｓｃ濾片作為后濾片，針孔陣列空占比為１８％，針孔直徑９５μｍ，孔間距２００μｍ。使用Ｓｃ濾片是因為其在４．５ｋｅＶ附近有吸收邊，可以作為帶通響應曲線的下降邊，而采用微針孔陣列的優點是能夠在空間并不均勻的光源下進行絕對標定。
圖２給出了經北京同步輻射光源絕對標定獲得的特殊復合濾片與Ａｌ陰極ＸＲＤ配合的整體響應曲線，其平響應較好的能量區間為１．６～４．５ｋｅＶ。
２實驗條件和布局
腔靶結構和探測器排布示意圖如圖３所示，腔靶位于真空靶室中央，實際的腔靶幾何尺寸很小，示意圖中腔靶尺寸人為放大。腔靶注入口為南北朝向，八路激光對稱均勻入射。在黑腔物理實驗中主要診斷設備有：一臺時空分辨可見光譜儀（ＳＯＰ）測量臺階樣品背側可見光信號的時空分辨圖像，給出沖擊波傳播速率；三臺軟Ｘ光能譜儀（ＳＸＳ）測量腔內時間分辨Ｘ光譜、腔內輻射溫度；八支新型金Ｍ帶帶通平響應ＸＲＤ測量金Ｍ帶時間演化行為、角分布和能量份額；八支新型平響應ＸＲＤ（ＰＸＲＤ）測量輻射流角分布。
經過優化不同復合濾片與不同Ａｌ陰極ＸＲＤ探測器組合得到的配置參數見表１所示。表中偏離平整度（ｒｅｌａｔｉｖｅｍｅａｎｓｑｕａｒｅｅｒｒｏｒ）定義為在相關能區譜響應標準方差與平均值之比值。我們在實驗中在靶室上布置了八個金Ｍ帶帶通平響應探測器測量腔外的金Ｍ帶能量份額及其空間角分布，它們的位置分別為：北緯２５°在東經２２．５°，北緯１５°在西經９０°，北緯６５°、５５°、４５°、３５°、２５°、１５°在西經０°。
３金Ｍ帶診斷結果與分析
圖４給出了靶室上不同位置的探測器觀察標準腔靶的三維視圖?？梢钥吹?，若不考慮腔內激光焦斑的移動和膨脹，離焦注入時各個角度只能看到很小的激光彈著點，或完全看不到；聚焦時則完全看不到激光彈著點。
從左至右分別為西經０度線上與軸線夾角為６５°，５５°，４５°，３５°，２５°，１５°時的視角。
圖５和圖６分別給出了大腔和輸運（Ｒ－Ｔ）腔不同方向金Ｍ帶發射功率時間曲線和金Ｍ帶強度角分布。
大腔柱端直徑１ｍｍ，長２．１ｍｍ，激光注入孔（ＬＥＨ）\ue788０．６ｍｍ，實驗中入射激光總能量１．７２ｋＪ，脈寬１ｎｓ；輸運腔尺寸\ue788１．０ｍｍ×１．７ｍｍ，ＬＥＨ為\ue788０．５ｍｍ，入射激光總能量２．２７ｋＪ，脈寬２ｎｓ。圖中零時刻為激光注入時刻（時間已經根據短脈沖激光打靶定標）。
金Ｍ帶帶通平響應探測器測量的信號主要是激光焦斑或等離子體聚心后進入探測器視場的Ｍ帶Ｘ射線。因此角度較大的探測器測量的是接近ＬＥＨ處腔壁等離子體聚心后所發射的Ｘ射線，離激光焦斑較遠，其腔壁的離化緣自焦斑處的熱傳導，等離子體溫度較低，而且隨著角度增加，透過ＬＥＨ的視場減小，所以金Ｍ帶Ｘ光較弱，即探測器角度越大其測量值越小。相反，隨著角度減小，探測器視場中測量的是焦斑及附近區域的等離子體聚心運動發光，其溫度更高，并且同時探測器視場范圍較大，所以探測器與腔軸夾角越小金Ｍ帶測量值越大。
從圖６可以明顯看出，對于輸運腔在１．７ｎｓ左右，所有探測器測得的金Ｍ帶信號都開始迅速增大，我們分析在１．７ｎｓ之后腔內已經出現了Ａｕ等離子體堵腔效應，在這之前的金Ｍ帶輻射是探測器通過ＬＥＨ測得的腔內壁激光焦斑附近等離子體發射的Ｘ光。當腔內充滿等離子體后，即堵腔以后，激光能量沉積區域移動到ＬＥＨ附近，此時相當于四束激光重疊打Ａｕ平面靶，所以激光功率密度迅速升高，激光到金Ｍ帶能量的轉換份額也同時升高。
另外，從圖５和圖６中也可以看出存在方位角相同而測量結果不同的現象。這是由于實驗中腔靶每端只有四路激光注入，無法在環繞腔軸的方向上達到均勻分布，四路激光入射條件稍有不平衡，便會影響到測量結果。而方位角同為２５°，在東經２２．５°探測器的測量值要比在西經０°的大得多，還與視場有關，前者比后者更加接近經度為４５°和１３５°的激光入射方位，在整個打靶過程中都要比后者看得到更多的激光焦斑，因此在東經２２．５°的探測器測量的Ｍ帶能量份額要大于在西經０°的探測器。
４結論
通過復合濾片的優化設計，與通用Ａｌ陰極ＸＲＤ配合能夠實現金Ｍ帶Ｘ光能區的帶通平響應特性，大部分探測器整體偏離平整度小于１０％。利用新型金Ｍ帶帶通平響應探測器在神光系列實驗中獲得了腔外金Ｍ帶的能量份額和空間角分布規律。在針對大腔和輸運腔的金Ｍ帶Ｘ光實驗中，通過對腔內等離子體的運動和探測器視場的分析，很好地解釋了實驗現象。實驗結果為靶丸優化設計和腔內等離子體填充特性等相關物理的進一步研究奠定了實驗基礎。
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