太阳耀斑放能机制的讨论——评《太阳高能物理》

本文对《太阳高能物理》所表述的太阳耀斑流行理论作了讨论,给出一种新的太阳耀斑放能机制——"电子—离子束缚态及其引发核过程"模型。并指出太阳耀斑中存在两个独立过程,有～12.5keV(p-e-p～12.5keV)、～25keV(p-e-A ～25keV)、～25keV(d -e-d ～25keV)线发射和(d,d)聚变。对太阳耀斑的一些主要现象作了分析,给出了太阳耀斑中X射线和高能粒子与流行理论不同的产生机制。     

低速Xe~(q+)与Mo表面作用产生的Xe M X射线

利用Si(Li)探测器测定了动能350~600keV的Xe~(q+)(q=26,28,29,30)离子入射Mo表面发射的X射线谱.当q分别为28,29,30时,谱线中出现了峰位分别为1.572,1.592和1.611keV的射线,该射线是Xe~(q+)在Mo下表面形成的空心原子中性化过程发射的,射线峰位能量与离子电荷态、靶原子电子束缚能、探测器能量下限及Be窗衰减等因素有关.1.592keV附近X射线产额与离子动能无明显关系,但随离子M壳层空穴数目的增大显著增大.     

椭球单毛细管高能X射线微焦斑透镜模拟表征

为了使单毛细管透镜在X射线微区分析中获得高能X射线微焦斑,设计并模拟了基于椭球单毛细管的高能X射线微焦斑透镜,并模拟透镜内表面镀金属氧化膜,氧化膜主要成分为HfO₂.结果表明：镀膜透镜和普通玻璃透镜都可以将能量为100 keV的X射线会聚成<10.0μm的焦斑;与普通玻璃透镜相比,透镜镀膜后X射线聚焦能量上限提高了约2倍.为增加镀膜透镜光通量,重新设计了镀膜透镜,该新透镜相比于最初设计的普通玻璃透镜,在相同的实验室光源条件下聚焦能量为100 keV的X射线,在焦斑处光通量提高了3.8倍,功率密度增益提高了1个数量级,这表明透镜镀膜对聚焦高能X射线有一定的应用价值.模拟结果对椭球单毛细管高能X射线透镜的研制和应用具有指导意义.     

氢气辉光放电的非伦琴X-射线发射

通过氢气放电实验中有无磁场情况下(去掉电子的韧致辐射)X射线谱的比较,指出氢气辉光放电会产生非伦琴X射线发射,X射线能量范围与"电子-离子束缚态及其引发核过程"模型预言的p-e-p～12.5keV、p-e-A+～25keV X射线发射不矛盾.     

在Xe~(q )(q=25,29)离子与Mo金属表面相互作用过程中离子动能及电荷态的作用

测量了Xe25 和Xe29 入射Mo金属表面发出的L壳层的X射线谱,观测入射离子动能范围在350～600keV之间的X射线强度.研究了X射线强度与入射离子动能及电荷态的关系,并给出了初步解释.     

Xe~(30+)在Au下表面退激辐射的X射线谱

报导了1.0~3.0MeV的Xe~(30+)离子与1.0MeV的Xe~(26+)离子入射Au表面发射的X射线谱,考虑到探测器Be窗对射线的非均匀衰减,还原了1.0MeV的Xe~(30+)离子产生X射线谱。通过用经典过垒模型及两体碰撞模型的分析表明:动能1.0~3.0MeV的Xe~(30+)离子入射Au靶,下表面空心原子M壳层空穴退激发射了能量0.7~1.75keV的Xe M X射线,下表面空心原子N壳层空穴退激发射了能量0.5~0.7keV的Xe N X射线。     

爱因斯坦探针:探索变幻多姿的X射线宇宙

爱因斯坦探针(Einstein Probe,EP)是一颗面向时域天文学的、发现型的X射线天文探测卫星,是中国科学院空间科学战略性先导专项十三五规划的空间科学卫星系列任务之一.展望未来十年,时域天文学将进入一个前所未有的、多波段和多信使的大视场监测的黄金时代.在软X射线窗口,灵敏且快速的全天监测为我们提供了一个难得的科学机遇.EP卫星将在这一能段窗口开展时域巡天监测,旨在发现和探索宇宙中的X射线暂现源和爆发天体,并发布预警以引导其他天文设备进行后随跟踪观测.EP的科学载荷包括一台宽视场软X射线监视器(3600平方度,0.5–4 keV)和一台后随观测X射线望远镜(0.3–8 keV).卫星具有快速机动反应能力以及暂现源警报的快速下传功能.由于采用了新颖的微孔龙虾眼X射线聚焦成像技术,其探测灵敏度和空间分辨率比目前在轨运行设备提高了1个数量级,将能监测更远、更大的宇宙空间范围.预期EP将在以下三方面做出贡献:高能暂现天体的系统性巡天监测,发现隐身的沉寂黑洞并测绘宇宙黑洞的分布、研究其形成演化和物质吸积过程,搜寻来自引力波事件的X射线信号并精确定位等.此外,EP的探测目标还将包括从中子星、白矮星、超新星、宇宙早期伽玛暴、X射线闪到恒星耀发等众多的天体和现象,涉及广泛的天体物理学分支.卫星计划于2022年底左右发射.运行寿命为3年,目标5年.     

^129Xe^30＋入射Au靶表面的X射线辐射

当不同动能（350-600keV）高电荷态离子129Xe30＋入射Au表面过程中,发出了1.65keV的X射线和靶原子的Mα特征X射线.分析表明：高电荷态离子与Au表面相互作用过程中,Xe离子3d壳层的电子被激发,形成空穴,4f电子偶极跃迁辐射1.65keVM-X射线.同时,靶原子Au的3s电子被激发,退激辐射M-X射线.利用经典过垒模型解释了Xe的M-X射的产额随入射离子的动能增加而减小,靶原子的特征X射线产额随入射离子的动能增加而增加的原因.     

X 射线超反射镜设计、制作与表征

探讨了 X 射线波段超反射镜的设计, 采用了周期膜堆作初始条件加单纯形局域优化和模拟退火全局优化方法, 设计了工作能量为Cu的Kα(8.0 keV)线的不同掠入射角和不同角度带宽的宽角度X射线超反射镜和8~25 keV范围内不同掠入射角和不同能量带宽的宽带X射线超反射镜. 同时, 还系统研究了非周期多层膜超反射镜的制备工艺, 解决了多层膜制备过程中遇到的一些工艺性问题和精确定标的问题, 进行了不同膜层材料对组合的超反射镜制备实验, 成功制备了相应的多层膜样品. 利用高分辨率X射线衍射仪测量了样品的反射率, 所得结果与设计值基本相符.     

高电荷态离子Arq＋与Nb作用产生的X射线谱

利用光谱技术在超导离子源SECRAL上研究了10～20keV．q的Arq＋（q=16,17）离子入射在金属Nb表面产生的X射线谱．实验结果表明,高电荷态Ar16＋离子在金属表面中性化过程中存在着多电子激发,Ar16＋的K壳层电子被激发产生空穴,级联退激发射Ar的Kα特征X射线．Ar空心原子的K层发射X射线的强度随入射离子的动能减弱,靶原子Nb的L层发射X射线强度随入射离子动能的增加而增强．Ar17＋单离子的Kα-X射线产额比Ar16＋单离子的Kα—X射线产额大3个数量级．     

特殊伽玛暴及伽玛暴的特殊辐射成分

伽玛射线暴(伽玛暴)的探测从其被发现以来,已经获得了大量的伽玛射线观测结果以及多波段的余辉观测结果,但是X射线能区的爆发阶段的瞬时辐射还比较缺乏观测数据.爱因斯坦探针(EP)是软X射线能区(0.5–4 keV)的大视场(1.1 sr)望远镜,为伽玛暴的X射线瞬时辐射的观测带来全新的时间窗口.本文讨论了EP对富X射线辐射的特殊伽玛暴或伽玛暴的特殊辐射成分进行了预期研究,特别是研究了X射线闪、低光度伽玛暴、超长伽玛暴和伽玛暴的先兆辐射.我们发现,EP预期能每年探测到约810个伽玛暴类爆发事件,其中95%为能谱较软的X射线闪,将近1%为典型伽玛暴;EP预期能每年探测到0.2–8个低光度伽玛暴,具体探测率依赖于低光度暴能谱硬度的分布;EP预期每年至少能探测到20–200个超长伽玛暴;EP有望探测到大量的、目前人们非常缺乏了解的伽玛暴先兆辐射,至少每年80个事件.综合这些情况,预计EP将对伽玛暴的分类、前身星特性、爆发机制和喷流特性等方面的研究具有重要意义.     

基于DCM模型与同步辐射CT的煤直接液化残渣物理结构表征

利用多能量同步辐射CT与数据约束模型(DCM)对煤直接液化残渣样品物理结构进行了可视化表征。对残渣样品组分X射线吸收特性进行了分析。分别在14keV、16keV、20keV的X射线能量下获得三组残渣样品的CT实验数据并进行了重构。研究发现,基于DCM方法可区分残渣样品CT图像中未转化的煤基质与重油及沥青类物质,而重油与沥青类物质不可相互区分。DCM计算结果表明残渣中未转化的煤基质与重油及沥青类物质交错分布,黄铁矿呈聚集状态分布,样品中部分区域可见弥散分布的含铁催化剂颗粒。     

低能光子源含水率-密度计复合源的研究

本文报导了利用~(241)Am激活银产生的22keV低能X射线和~(238)Pu经0.5mm厚的钼片吸收后放出的100keVγ射线组成的复合源取代~(109)Cd源作成的低能光子源含水率-密度计。它具有半衰期长、成本低、不需经常调整仪器参数和更换放射源,同时又满足所需的精度要求等优点。     

两种典型结构强流自箍缩二极管技术研究

主要介绍了箍缩聚焦二极管和自箍缩离子束二极管的研究进展。重点介绍了近几年发展的阳极杆箍缩聚焦二极管的理论模拟和实验结果,在“闪光二号”加速器和2 MV脉冲功率驱动源上进行了阳极杆箍缩二极管实验,二极管输出电压1.8~2.1 MV,电流40~60 kA,脉宽(FWHM)50~60 ns,1 m处的脉冲X剂量约20~30 mGy,焦斑直径约1 mm,X射线最高能量1.8 MeV。在“闪光二号”加速器上开展了高功率离子束的产生和应用研究,给出了自箍缩反射离子束二极管的结构和工作原理,实验获得的离子束峰值电流~160 kA,离子的峰值能量~500 keV,开展了利用高功率质子束轰击19F靶产生6~7 MeV准单能脉冲γ射线,模拟X射线热—力学效应等应用基础研究。     

医疗诊断X射线场的MC模拟及复合屏蔽材料优化设计

X射线在医疗领域用途广泛,对人体的危害也不可忽视;传统屏蔽材料含铅,不仅有毒且十分沉重,研究一种轻质无毒的防护材料很有必要。利用MCNP5模拟100 kV电子束打在钨靶上产生的X射线,探究屏蔽X射线的复合材料。选择K吸收边处于钨特征峰区的稀土元素La、Sm、Er与Hf进行组合,利用WinXCom软件对100 keV内的质量衰减系数进行了计算,利用遗传算法计算最优组合比例,并通过MCNP程序进行模拟验证。模拟结果表明,La、Sm、Er、Hf以(0. 36∶0. 19∶0. 22∶0. 23)的质量比进行组合对低于100 keV的诊断X射线屏蔽效果最佳,密度显著降低,当厚度为0. 6 mm时,可以屏蔽掉99%的射线。     

X射线质量厚度测量研究

拟合了能量在200 keV以下的中低能光子质量减弱系数的实验数据,发现基于光电效应,瑞利散射和康普顿散射的半经验公式能够精确地模拟光子质量减弱系数的实验数据.计算了X射线管发出的连续能谱X射线经过吸收片过滤后的能谱分布,发现能谱呈峰形.将它用作物质的透射模拟实验,发现在一定厚度范围内,它与某单能光子的强度减弱规律相同而等效.利用拟合求得的减弱系数半经验公式,求出并讨论了这一等效能量的数值和规律.讨论了X射线束的光电流和光子计数两种探测方式,计算发现经过低能过滤后的X射线,两者都能够反映强度减弱规律.进行了吸收实验,证明低能过滤X射线束的能量探测的确可以用来进行物质的质量厚度测量.     

Xe30+在Au下表面退激辐射的Ｘ射线谱

报导了1.0-3.0MeV的Xe₃₀₊离子与1.0MeV的Xe₂₆₊离子入射Au表面发射的X射线谱,考虑到探测器Be窗对射线的非均匀衰减,还原了1.0MeV的Xe₃₀₊离子产生X射线谱。通过用经典过垒模型及两体碰撞模型的分析表明：动能1.0-3.0MeV的Xe₃₀₊离子入射Au靶,下表面空心原子M壳层空穴退激发射了能量0.7-1.75keV的Xe M X射线,下表面空心原子N壳层空穴退激发射了能量0.5-0.7keV的Xe N X射线。     

Hf同位素新衰变γ射线的观测

利用14MeV中子轰击天然钨靶,通过^180,182,183,184,186W（n,2pxn）反应,产生铪的放射性同位素,以γ（X）谱学方法鉴别出铪,观测到了能量为75．2keV和88．7keV的2条新1射线,测定其半衰期为（3．6±0．6）min。     

141Nd中的粒子-核芯耦合

通过^130Te(^16O,5nγ）^141Nd反应研究了141^Nd的高自旋态．建立了激发能达7614．5keV的141^Nd能级纲图，新发现了12条γ射线和15个能级．用粒子—振子模型和半经验壳模型分别计算了141^Nd的集体和单粒子激发的能级位置．根据计算的能级位置以及实验测量得到的γ跃迁强度和多极性信息，讨论了141^Nd激发态的能级结构．     

爱因斯坦探针探测keV能段暗物质信号的展望

探索暗物质的物理本质是当前天体物理学与粒子物理学的共同核心任务之一.质量落在keV能区的惰性中微子是热门的暗物质候选粒子之一,在粒子物理、天体物理和宇宙学中均扮演重要的角色.通过辐射衰变,keV惰性中微子释放出一个单色光子,其能量恰为惰性中微子能量的1/2,这一性质对惰性中微子的探测提供了可行的途径.2014年,一个国际合作团队利用XMM-Newton卫星数据在近邻星系团中探测到了峰值能量为3.5 keV的弱发射线信号,并提出这是惰性中微子暗物质的衰变信号.然而,对此发现的后续研究由于现有X射线数据信噪比的限制无法得到一致的结论.爱因斯坦探针卫星独特的大视场巡天将覆盖若干近邻大质量星系、星系团,对3.5 keV信号获得高置信度的探测或有效排除,并可对暗物质在keV能段的可能信号开展高灵敏度搜寻.