CIS Systems: Получение изображения плазмы Z-пинч с использованием IsCMOS-камеры, работающей по принципу «light-by-light»
Явление Z-пинч относится к физике плазмы и представляет собой использование сильных импульсных токов с целью генерации высоколокализованного магнитного поля для эффективного сжатия и нагрева веществ, содержащих заряженные частицы.
Результаты эксперимента подтверждают практическую ценность IsCMOS-камеры TRC411 в исследовании плазмы Z-пинч, а ее отличная производительность и точный синхронный контроль времени обеспечивают значительную техническую поддержку для изучения динамического поведения плазмы.
Камера с усилением изображения, в которой используется фотокатод 2-го поколения Hi-QE и GaAs-усилитель изображения 3-го поколения с высокой квантовой эффективностью и низким уровнем шума.
Явление Z-пинч относится к физике плазмы и представляет собой использование сильных импульсных токов с целью генерации высоколокализованного магнитного поля для эффективного сжатия и нагрева веществ, содержащих заряженные частицы.
Результаты эксперимента подтверждают практическую ценность IsCMOS-камеры TRC411 в исследовании плазмы Z-пинч, а ее отличная производительность и точный синхронный контроль времени обеспечивают значительную техническую поддержку для изучения динамического поведения плазмы.
Камера с усилением изображения, в которой используется фотокатод 2-го поколения Hi-QE и GaAs-усилитель изображения 3-го поколения с высокой квантовой эффективностью и низким уровнем шума.
Общие сведения для применения
Явление Z-пинч относится к физике плазмы и представляет собой использование сильных импульсных токов с целью генерации высоколокализованного магнитного поля для эффективного сжатия и нагрева веществ, содержащих заряженные частицы.
При прохождении высоковольтного тока через цилиндрическую или кольцевую проводящую среду образующееся осевое магнитное поле способствует перемещению положительных и отрицательных ионов внутри плазмы к центральной оси под действием силы Лоренца, что приводит к сильному радиальному сжатию, при котором плазма за очень короткое время достигает состояния чрезвычайно высокой температуры и плотности (рисунок 1).
В таких экстремальных условиях плазма не только генерирует высокоинтенсивное рентгеновское излучение, но и становится идеальной платформой для изучения инерциального термоядерного синтеза (ICF), физических явлений с высокой плотностью энергии и разработки новых источников рентгеновского излучения.
При прохождении высоковольтного тока через цилиндрическую или кольцевую проводящую среду образующееся осевое магнитное поле способствует перемещению положительных и отрицательных ионов внутри плазмы к центральной оси под действием силы Лоренца, что приводит к сильному радиальному сжатию, при котором плазма за очень короткое время достигает состояния чрезвычайно высокой температуры и плотности (рисунок 1).
В таких экстремальных условиях плазма не только генерирует высокоинтенсивное рентгеновское излучение, но и становится идеальной платформой для изучения инерциального термоядерного синтеза (ICF), физических явлений с высокой плотностью энергии и разработки новых источников рентгеновского излучения.
Рисунок 1 - Явление Z-пинч; 1 - Прохождение высоковольтного тока, 2 - Перемещение ионов под действием силы Лоренца, 3 - Радиальное сжатие, 4 - Состояние черезвычайно высокой плотности
В практических приложениях метод Z-пинча широко используется при создании источников рентгеновского излучения для использования в различных областях исследований, таких как материаловедение и астрофизика. В то же время Z-пинч рассматривается как возможный способ получения управляемого ядерного синтеза, однако, достижение этой цели требует новых открытий в науке.
Для изучения динамики плазмы Z-пинч необходимо точное диагностическое оборудование, при этом большое значение имеют IsCMOS-камеры с временным разрешением. Сверхбыстрое временное разрешение (диапазон от наносекунд до пикосекунд) позволяет фиксировать изменения структуры плазмы, что необходимо для понимания процессов сжатия, нагрева, стабилизации и изучения свойств радиационного излучения. Сочетание высокой чувствительности и большой площади пикселя позволяет получать высококачественные изображения в экстремальных условиях для исследования эволюции плазмы Z-пинч, оптимизации экспериментальной установки, повышения эффективности имплозии и интенсивности рентгеновского излучения, что важно для развития соответствующих научных исследований и технологий. Для визуализации плазмы Z-пинч используется IsCMOS-камера TRC411 с высоким временным разрешением.
Для изучения динамики плазмы Z-пинч необходимо точное диагностическое оборудование, при этом большое значение имеют IsCMOS-камеры с временным разрешением. Сверхбыстрое временное разрешение (диапазон от наносекунд до пикосекунд) позволяет фиксировать изменения структуры плазмы, что необходимо для понимания процессов сжатия, нагрева, стабилизации и изучения свойств радиационного излучения. Сочетание высокой чувствительности и большой площади пикселя позволяет получать высококачественные изображения в экстремальных условиях для исследования эволюции плазмы Z-пинч, оптимизации экспериментальной установки, повышения эффективности имплозии и интенсивности рентгеновского излучения, что важно для развития соответствующих научных исследований и технологий. Для визуализации плазмы Z-пинч используется IsCMOS-камера TRC411 с высоким временным разрешением.
Экспериментальная программа
Оборудование: IsCMOS-камера TRC411 компании CISS с временным разрешением
Объект исследования: плазма, генерируемая путем приложения импульсного тока
Характеристики нагрузки нити накала
Процесс эксперимента:
1. Заряженная плазма помещается внутрь вакуумной камеры для уменьшения воздействия воздуха.
2. Съемка плазмы осуществляется IsCMOS-камерой TRC411 и регистрируется морфологическая эволюция плазмы.
3. Камера настраивается с учетом высокой температуры. Коэффициент усиления составляет 1600, время экспозиции 4 нс для быстрой регистрации изменений морфологии плазмы.
4. Используется цифровой генератор задержки импульсов STC810 для точной синхронизации камеры и регулировки времени экспозиции.
5. Время стробирования определяется с помощью рассеивания света от наносекундного лазера для обеспечения высокой точности изображения.
2. Съемка плазмы осуществляется IsCMOS-камерой TRC411 и регистрируется морфологическая эволюция плазмы.
3. Камера настраивается с учетом высокой температуры. Коэффициент усиления составляет 1600, время экспозиции 4 нс для быстрой регистрации изменений морфологии плазмы.
4. Используется цифровой генератор задержки импульсов STC810 для точной синхронизации камеры и регулировки времени экспозиции.
5. Время стробирования определяется с помощью рассеивания света от наносекундного лазера для обеспечения высокой точности изображения.
Результаты эксперимента:
Рисунок 3 - Изображение плазмы Z-пинч с двойной нитью накала
Проволока нагревается импульсным током, который создает структуру свечения Гало. Вскоре после этого, формируется поток аблированной плазмы, который начинает двигаться к нити накала. В результате плазма сталкивается с алюминиевой проволокой через 130-140 наносекунд воздействия импульсного тока, в результате чего образуется сигнальный столб плазмы (рисунок 2).
Сигнальный столб плазмы является отправной точкой всего процесса Z-пинч и отвечает за направление и инициирование последующего процесса сжатия и нагрева плазмы. Формирование и эволюция плазмы на этом этапе оказывает существенное влияние на последующую динамику имплозии и генерацию рентгеновского излучения, поэтому точная диагностика процесса имеет большое значение.
Сигнальный столб плазмы является отправной точкой всего процесса Z-пинч и отвечает за направление и инициирование последующего процесса сжатия и нагрева плазмы. Формирование и эволюция плазмы на этом этапе оказывает существенное влияние на последующую динамику имплозии и генерацию рентгеновского излучения, поэтому точная диагностика процесса имеет большое значение.
Заключение
Результаты эксперимента демонстрируют значительные преимущества IsCMOS-камеры TRC411 при исследовании плазмы Z-пинч:
- IsCMOS-камеры TRC411 компании CIS Systems обладает высокой квантовой эффективностью и высоким соотношением сигнал/шум, что подходит для съемки плазмы Z-пинч.
- IsCMOS-камеры TRC411 имеет высокую точность синхронизации и может точно взаимодействовать с наносекундным лазером.
- Технология соединения оптоволоконных панелей стабильна и не создает дополнительных помех изображения.
Предлагаемое решение
IsCMOS-камера TRC411 компании CISS, работающая по принципу «light-by-light», использует фотокатод 2-го поколения Hi-QE и GaAs-усилитель изображения 3-го поколения с высокой квантовой эффективностью и низким уровнем шума.
Преимущества IsCMOS-камеры TRC411
1. 500 пикосекундный оптический затвор
Съемка быстропротекающих явлений с пикосекундной точностью и значительное снижение фонового шума.
2. Сверхвысокая частота регистрации кадров
IsCMOS-камера TRC411 с частотой кадров 98 к/с при полном разрешении обеспечивает высокую скорость сбора данных и повышает эффективность эксперимента. Кроме того, частота регистрации кадров может достигать более 1300 кадров в секунду в области 16 линий.
3. Точное управление синхронизацией
Камера для усиления изображения, работающая по принципу «light-by-light», имеет три независимых входа и выхода контроллера синхронизации времени с минимальным временем задержки до 10 пикосекунд, а также настройкой внутреннего и внешнего триггера для достижения точной синхронизации с лазерами и другими устройствами. Программное обеспечение SmartCapture полностью подходит для наблюдения разрешенных во времени быстрых явлений.
4. Инновационная технология «нулевого шума»
Благодаря точному распознаванию однофотонных сигналов, темновой шум камеры и шум считывания полностью устраняются.
Съемка быстропротекающих явлений с пикосекундной точностью и значительное снижение фонового шума.
2. Сверхвысокая частота регистрации кадров
IsCMOS-камера TRC411 с частотой кадров 98 к/с при полном разрешении обеспечивает высокую скорость сбора данных и повышает эффективность эксперимента. Кроме того, частота регистрации кадров может достигать более 1300 кадров в секунду в области 16 линий.
3. Точное управление синхронизацией
Камера для усиления изображения, работающая по принципу «light-by-light», имеет три независимых входа и выхода контроллера синхронизации времени с минимальным временем задержки до 10 пикосекунд, а также настройкой внутреннего и внешнего триггера для достижения точной синхронизации с лазерами и другими устройствами. Программное обеспечение SmartCapture полностью подходит для наблюдения разрешенных во времени быстрых явлений.
4. Инновационная технология «нулевого шума»
Благодаря точному распознаванию однофотонных сигналов, темновой шум камеры и шум считывания полностью устраняются.