吸收法在强激光与固体靶所致脉冲X射线能谱测量中的研究进展

宋鸿鹄，衣宏昌，魏朔阳，武 祯，张 辉，李君利，邱 睿

(1.清华大学工程物理系，北京 100084；2.清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京 100084)

在超短超强激光与固体靶相互作用过程中，激光通过不同物理机制(如共振吸收[1]、真空加热[2]等)将能量传递给电子，超热电子穿过高密度固体靶时发生轫致辐射产生光子，能谱形式表现为具有单(双)温结构的连续轫致辐射谱与特征X射线的叠加。此类脉冲X射线具有持续时间短(～ps)、射线注量大(～1012keV-1·sr-1)、能谱范围宽(～数十MeV)等特点，普通的脉冲测量技术往往受到探测器死时间和堆积效应的限制而无法适用。近年来，研究人员联合吸收法、活化法以及康普顿散射法等多测量手段对全能区脉冲X射线能谱进行测谱[3-5]。高能光子穿透能力更强，无法被滤片区分，常用康普顿散射法与活化法测量。对于激光驱动惯性约束聚变装置，轫致辐射X射线能谱分布在5 MeV以下，中低能X射线能谱的准确测量是研究的重点。中国工程物理研究院[6]、美国劳伦斯利弗莫尔实验室[7-9]等机构开展了相关研究，基于吸收法的X射线能谱测量方法适宜于此类数keV～数MeV范围内连续谱测量，可得到X射线绝对强度，方法较为稳定有效[10-12]。轫致辐射光子穿透能力强、注量大，存在潜在人员电离辐射风险，能谱测量对于屏蔽设计以及工作人员辐射防护具有重要意义，本文将主要阐述吸收法相关的技术要点。

1 吸收法原理

Siberstein[13]首次提出吸收法，该方法利用不同能量X射线穿过不同材料透过率有差异这一特征，选择不同材料作为X射线吸收片，结合响应函数，通过对吸收片后探测器测量到的剂量、电流或电压等信号进行数学反解得到X射线能谱。针对不同能量范围，进一步分为Ross Pair法(罗斯滤片对法、K边吸收法或荧光法)和衰减法(透射法、滤片堆栈法或多层堆栈法[14])。

1.1 Ross Pair法

罗斯滤片对法由Ross[15]提出，系统包括若干组滤片对及置于滤片对后的X射线探测器，如图1所示，其中滤片1、2组成一组滤片对。

图1 罗斯滤片对法原理示意图Fig.1 Schematic diagram of Ross pair method

通过调节滤片对的厚度，保留两个滤片K边之间的窄能带，在滤片K边外响应基本一致，则滤片后两个探测器测量数据差值正比于窄能带内X射线的沉积能量。设两种滤片材料原子序数分别为Z1和Z2，K边能量分别为EK1和EK2，keV。探测器均以热释光(TLD)探测介质为例：

(1)

式中，φEave为K边能带内的X射线注量,keV-1·cm-2；A为探测器的面积，cm2；R(E)为TLD的响应函数，每个光子沉积在TLD上的能量，MeV；ΔTLD为两个探测器读数(每个光子转化成的TLD上的发光光子数)的差值，PSL(photostimulated swines cence)，定义如下：

ΔTLD=TLD1-TLD2

(2)

T1(E)和T2(E)分别为X射线通过两种滤片材料后的透射率，定义如下：

T1(E)=e-μ1(E)d1

(3)

T2(E)=e-μ2(E)d2

(4)

式中，μ(E)为材料对能量为E的X射线的线性衰减系数，cm-1;d为滤片材料的厚度，cm。近似认为K边内透射率为一常数，式(1)简化为：

(5)

式中，C为透射系数。

滤片对法的能量下限在1 keV左右，上限在116 keV，即铀的K吸收限[16]。随着原子序数的增加，相邻元素条件下的能谱分辨能力逐渐下降，Moseley定律[17]指出对元素的K边吸收限与其原子序数Z近似有：

λKZ2=M

(6)

式中，M为常数；λK为可分辨光子对应波长，nm。对相邻元素有：

(7)

则相邻元素的能谱分辨能力可表示如下：

(8)

探测器的一致性是使用本方法的前提，可通过激光与固体靶相互作用产生的X射线对探测器的一致性进行统一标定，选择响应曲线相近的探测器组成探测单元[18]。本方法的优势在于不需要谱型的先验信息，可以给出绝对注量和能谱信息，无需解谱，测量准确，也可从脉冲X射线能谱中对准单色X光进行测量[19-21]；局限是对于连续能谱的测量能量分辨率低，测谱范围有限。

1.2 衰减法

圣地亚哥实验室[22]提出并设计了一款基于衰减法的堆栈滤片谱仪，谱仪由数十片原子序数与厚度依次增大的金属衰减片以及夹在金属衰减片间的探测介质组成。图2为圣地亚哥实验室设计的滤片堆栈谱仪。

图2 圣地亚哥实验室首个滤片堆栈谱仪实物图[22]Fig.2 San Diego lab’s first filter stack spectrometer[22]

谱仪中，第k层记录介质所测得信号Nk(PSL/γ)，由式(9)给出：

(9)

式中，R(k,E)是能量为E的X射线将能量沉积在第k层记录介质上的概率，即每个光子在第k层记录介质上沉积的能量，MeV；φ(E)为入射能量为E的X射线通量，cm-2。对于M层探测介质的吸收谱仪，可得到m个类似式(9)的公式：

(10)

通常为了表达方便和数值求解的需要，上述方程组写做以下矩阵形式：

N=Rφ

(11)

本方法的优势在于测量稳定可靠，具有较高的空间分辨精度，可获得角分布；局限在于能谱分辨率不足，解谱获得结果不确定度难以量化。

2 吸收法测X射线关键问题

对强激光与固体靶作用产生的脉冲X射线探测时，除时间短、注量大、能谱范围宽等特点外，在探测时还应考虑强激光装置靶室内存在的强电磁场，主动式脉冲测量技术往往受到探测器死时间、堆积效应以及电磁干扰的限制而无法适用。目前国内外实验室致力于建设高功率密度和重频的激光装置，脉冲X射线的诊断和监测对于新型辐射源的调参、优化以及对物理过程的理解具有重要意义[23-24]。基于吸收法的探测器广泛应用于激光装置内中、低能段的X射线谱测量。随着激光装置功率密度与打靶频次的不断升级与提高，基于吸收法的X射线谱仪也在不断发展，以下就基于吸收法的探测器结构设计、滤片材料选择、探测器介质选择、散射控制与解谱方法几方面进行讨论。

2.1 探测器结构

基于衰减法的探测器一般由准直器和多个探测单元构成，单个探测单元由滤片衰减材料和探测介质共同组成。激光装置中通常存在高能电子和电磁干扰，靶室内探测器通常需增设电子偏转模块和电磁屏蔽模块。电子偏转模块通常由永磁铁组成，可避免高能电子在探测介质内沉积能量，电磁屏蔽模块主要考虑对主动式探测器的信号干扰。从探测器布局形式而言，可分为单通道堆栈式谱仪和多通道阵列式谱仪。

2.1.1滤片堆栈式探测器

1999年德国联邦物理技术研究院(PTB)Nolte等[25]研制了一款12道探测器，可用于测量15 keV～1 MeV X射线能谱，图3为滤片堆栈谱仪实物图。2002年Behrens[26]基于Nolte设计进行优化，在谱仪前端增加CR-39径迹探测器，谱仪长度21 cm，直径7 cm，重7 kg，可用于测量混合辐射场中离子能谱、400 keV～9 MeV以及50 keV～2 MeV的光子能谱信息，并对激光致脉冲X射线和标准辐射场进行了测试[27-28]。此设计的优势在于谱仪尺寸小，可用于离子和X射线混合辐射场的能谱测量，考虑质子射程较短，谱仪可同时给出质子与X射线能谱信息，但无法应用于电子、光子混合辐射场的测量。

图3 德国联邦物理技术研究院滤片堆栈谱仪实物图[25]Fig.3 Filter stack spectrometer of PTB[25]

2004年四川大学陈豪[29]设计加工了单通道硬X射线能谱仪，共计19个探测单元，LiF(Mg、Ti)作为探测介质，如图4所示。在中国工程物理研究院激光装置上进行了实验测试，获得了100～900 keV能量范围的脉冲X射线能谱，测得X射线温度(141 keV)与电子谱仪给出数据(154 keV)相当。该谱仪尺寸小(64 cm3)，重量轻，操作简单，但无法给出能量低于100 keV的X射线谱。相较文献[25-28]中设计,此谱仪理论上具有更高的能量分辨率。在测量高功率激光装置靶室内的脉冲X射线能谱时，高能电子可能透过铝制准直孔，导致X射线信号被高能电子所覆盖，严重影响测量脉冲X射线谱的精度。

图4 陈豪X射线谱仪实物图[29]Fig.4 Hard X ray spectrometer of Chen’s[29]

图5 滤片堆栈谱仪的示意图[30]Fig.5 Filter stack spectrometer diagram of Chen’s[30]

滤片堆栈法结构简单，呈一直线，对光源张角较小，光场的均匀性容易得到保证，可测量各个角度的微分能谱。堆栈式谱仪面临一些挑战：无法给出高能段能谱，经过多层吸收片衰减，低能光子基本完全衰减，高能光子透射率高，导致末个测量单元的沉积能量较第一个探测单元可能小3～4个量级，不确定度过大；另外，能量分辨率有待提高，探测单元的数量与测量结果的精度是密切相关的，为准确详细地反映各能量段谱值的变化情况，探测单元越多越好，同时测量装置也不能太长，否则各探测单元间的的区分度和同轴度难以保证。

2.1.2阵列式探测器

2013年Scott等[32]设计了一款25通道的紧凑型轫致辐射X射线谱仪，单通道面积仅为0.5 cm×0.5 cm，滤片衰减片及准直材料均为铅，衰减片厚度1～65 mm不等，可以测量能量100 keV～2.5 MeV能量的光子能谱，如图6所示。相较于文献[25-31]中所述谱仪设计，本设计主要不同在于使用一整块成像板作为探测介质，数据处理与测量更加方便，不足主要在于不同通道间散射造成的串扰可能会导致解谱的不稳定。另外由于靶室空间有限，此设计在平面尺寸上较大，更适应于均匀性较好的非混合辐射场X射线能谱测量。

图6 25通道阵列式轫致辐射谱仪原理示意图[32]Fig.6 Schematic diagram of 25-channelarray bremsstrahlung spectrometer[32]

2018年中国工程物理研究院张思群等[33]设计了一个7通道的硬X射线能谱仪，滤片衰减材料(1.5～24.8 mm)为铅，探测介质为Si-PIN，谱仪的金属主体及测量装置均置于铜屏蔽网中，实物图如图7所示。结合最大熵法，获得了200～500 keV的脉冲X射线能谱，验证了该方法的可行性。此设计的改进在于使用主动式探测器完成了对X射线能谱的测量，可在线获得单发次(single-shot)X射线能谱，不足之处在于能谱分辨率不足。

图7 多通道硬X射线能谱仪主体结构[33]Fig.7 Main structure of multi-channelhard X ray spectrometer[33]

2011年Maddox[34]等设计了一款12通道的X射线能谱测量仪，谱仪滤片由12种不同厚度金属材料搭配组合，平面尺寸为81 mm×100 mm，对拍瓦激光装置产生18～88 keV能量范围内的靶背光X射线谱及注量进行了测量，谱仪的数据处理相对简单，无需解谱，可直接给出脉冲X射线的注量水平。由于Ross Pair探测器是将金属滤片配合使用，12通道的谱仪只能给出6个能量点，能谱分辨率较差。图8和图9分别为对应的谱仪原理示意图及能谱测量结果，可以看出谱仪的能量分辨率主要受制于滤片对的K边能量值。

图8 12通道罗斯滤片对谱仪[34]Fig.8 12-channel Ross Pair spectrometer[34]

图9 使用罗斯滤片对法测量到的18～88 keV X射线能谱[34]Fig.9 18-88 keV X ray spectrum measuredby Ross Pair method[34]

阵列式谱仪通过对谱仪结构针对性的优化，一定程度上可控制散射带来的影响，例如在滤片与探测器增加准直通道，但阵列式谱仪对各通道响应的一致性有较高的要求，文献[32]指出对于单通道面积0.5 cm×0.5 cm的25通道阵列探测器，40 cm距离方可满足一致性的要求。相对于堆栈式谱仪，阵列式谱仪在空间尺寸上略大，对于激光装置靶室内有限的测量空间而言可能是一个不足。而罗斯滤片对法相较于堆栈谱仪法则能准确给出低能X射线谱分布，通过对滤片的合理选择，甚至可以获得粗略的特征X射线分布。

2.2 滤片材料

2.2.1Ross Pair 滤片材料

对适用于低能X射线能谱测量的Ross Pair法而言，滤片选择主要考虑滤片的K边吸收限，最简单的方法是选择相邻元素或相近元素作为滤片，基于能谱范围和靶材料计算了最佳滤片厚度并完成了能谱测量，部分滤片材料及厚度信息列于表1。滤片对材料响应在K吸收边两侧并非完全一致，在计算中近似认为EK1与EK2内的响应为一常数，之外为零，实际“抬头”和“拖尾”都可能导致测量结果的偏差，一般认为K边外的响应约为K边区间内响应的10%，如图10所示。

图10 残余响应示意图[36]Fig.10 Schematic diagram of residual response

表1 罗斯滤片对滤片材料及厚度[35]Tab.1 Ross Pair filter material and thickness

为量化这一影响，文献[36]定义了滤片材料K边以外的残余响应δ，以此表征滤片选择的质量：

证法1 不妨设a>0,b<0,c>0.如图1，在平面直角坐标系中，确定两个固定点以线段AB为直径作⊙P，设⊙P与x轴相交于点C和点D，与y轴相交于点E，作PF⊥x轴，BG⊥x轴，垂足分别为F、G，连结AC、BC、AD、BD和BE.

(12)

式中各物理量定义及单位与公式(1)一致。

文献[35]未能对响应的残差进行分析，文献[36]指出通过在第二个滤片材料后增加一层轻Z材料的方法将其制作为复合滤片，可以将K边外的残余响应降低80%以上，并基于上述方法完成了滤片选配和残差的分析，部分滤片材料、厚度等信息列于表2。

表2 复合滤片选配及残差分析[36]Tab.2 Compound filter selection and residual response[36]

实际使用过程中，要得到μm 级别且厚度均匀的金属箔片是较为困难的，会对能谱结果带来一定误差。

2.2.2滤片堆栈材料

滤片选择应适当考虑下列原则：(1)通过理论计算或粗测等方式，了解脉冲X射线场特征，如能谱范围等；(2)基于模拟或经验选择滤片材料，保证响应函数有区分度；(3)应考虑材料对于光子的散射影响；(4)在确定材料厚度时应兼顾光子注量的衰减和对低能光子的测量精度。

选择了部分文献中的滤片材料等信息将其进行比对，列于表3。

表3 不同文献中的滤片材料对比[26-27,34]Tab.3 Comparison of filter materials in different literature[26-27,34]

1)材料及质量分数：Pb(92.5)、Fe(3.75)、镍(3.75)。

三种滤片堆栈谱仪中，元素种类10～11种不等，厚度0.1～18.8 mm不等，且前七种滤片材料及厚度基本一致，主要差别体现在对高能部分光子的区分，具体表现为材料厚度的不同。透射率差异[32]是选择滤片厚度的主要考虑因素，厚度的增加在透射率降低的同时对探测器灵敏度与线性测量范围提出了一定要求，文献[17]对准直X射线束经厚度为x的吸收体后的穿透系数T(x)定义如下：

(13)

式中，μ(E)为吸收体对能量为E的X射线的线性衰减系数，cm-1；F(E)是中值能量为E的单位能量间隔的X射线未经任何吸收体减弱的情况下探测器中产生的信号，PSL。

目前滤片堆栈材料及厚度的选择大多延承Nolte的设计，也有少数探测器仅使用一种金属元素作为衰减材料[14,32]，未在文献中见到相关的谱仪设计分析或定量评价标准。文献[14]指出测量装置中最后一个探测器接受的照射量应不小于0.029 C/kg，对应空气中的吸收剂量1 Gy，以保证高于大多数探测器的测量下限；文献[33]建议各通道滤片厚度差异要确保相邻通道间透射率差异超过10%；文献[37]指出为顺利解谱，要确保最后一个探测单元所接受到的剂量高于10 μGy。谱仪的设计要综合考虑多方面因素，既要使相邻探测单元间对光子区分度足够大，还应确保探测单元数量足够多，使解谱能点间隔足够小，以保证能量分辨率，同时还应兼顾探测器的线性测量范围。

2.3 探测介质选择

从20世纪40年代至今，绝大多数情况下基于吸收法的探测介质均使用TLD探测器，具有抗电磁干扰能力强，尺寸小，对中子不敏感的优势，且在较大范围内(10 μSv～10 Sv)对吸收剂量的响应几乎是线性的，无剂量率依赖性[38]，非常适宜于激光装置的靶室内复杂环境的测量，具有较好的适用性和可靠性[39]。文献[12]指出工业化生产的LiF剂量片具有出色的一致性，探测器响应的线性偏差一般不超过8%，文献[40]指出同一批次TLD标准差一般为6%～8%之间。相对于TLD，成像板(image plate, IP)简化了逐片退火以及读数的过程，可通过扫描仪一次性直接读出，方便快捷，且具有较好的一致性，因此在目前的测量中使用更为广泛。

被动式探测器的一个主要不足是无法提供实时测量数据，近年来研究者们尝试使用主动式探测器，如Si-PIN和闪烁体等，完成对激光致脉冲X射线能谱的单发次能谱测量甚至是具有时间分辨的X射线谱仪[41-42]。但目前仍面临一些问题，靶室内源项涵盖脉冲X射线、高能电子、质子、重离子、中子等，且注量较大，在靶室内测量需要考虑电磁屏蔽问题以及辐射损伤效应，现有实验数据表明激光装置的剂量率水平甚至超过108Gy/s，较高的瞬时剂量率以及累积剂量对探测器的寿命提出了要求。2016年，易义成等[43]在“强光I号”对溴化澜晶体的剂量率线性响应范围进行了测定，实验结果表明该晶体在106Gy/s剂量率水平以上可能出现非线性响应，“强光I号”装置输出的脉冲γ射线平均能量在0.8 MeV，最大辐射剂量率不小于2×108Gy/s，与激光装置的辐射环境相近，具有一定参考意义。对于闪烁体而言，灵敏度较高，但一般不适合测量高能X射线，后端匹配的光电管或光电倍增管体积较大，且对电磁信号敏感，不宜用于有限空间的激光装置内。Rusby等[44]使用锗酸铋闪烁体(BGO)及CCD相机在靶室外对脉冲X射线能谱进行了测量，BGO晶体具有较高的密度和发光效率，可同时作为衰减器和探测器，考虑到该晶体的发光衰减系数和CCD成像速度，目前可用于100 Hz打靶频率的激光装置X射线能谱测量，该探测器体积较大，且CCD对可见光敏感，测量需要大尺度遮光屏蔽。

为了屏蔽各类射线，靶室壁通常为4～7 cm的铝镁合金，对X射线有较大衰减，靶室外测量脉冲X射线能谱则可能面临注量不足的问题，尤其对最后一节探测单元影响较大。目前激光器的打靶频率在10-5～10 Hz[45]不等，随着激光装置的升级，打靶频率也随之增加，对于主动式探测器而言，需要有快的衰减速度或载流子收集速度。

2.4 散射控制

在实际测量过程中散射的影响是不可避免的，材料和距离是控制散射的两个关键因素。在选择衰减材料时应考虑材料对于光子的散射影响，包括对前一个探测器和后一个探测器的影响。如钽的衰减能力强于铁，响应函数具备更好的区分度，但钽对光子的散射影响也高于铁，对后一探测器平面散射的贡献程度是铁的近2倍[14]。增加探测器与衰减材料间距离可迅速降低散射影响，文献[14]设计了一种堆栈谱仪形式的能谱测量装置，通过调整探测器与衰减滤片以及测量单元之间距离，将散射的影响控制在5%以内。Goldin等[46]研制了一台阵列式25通道的准直楔式谱仪，可用于100 keV～1 Mev脉冲X射线的测量，每个通道由前、后准直器、金属滤片、闪烁体和CCD组成，如图11所示。该谱仪最大的特点是通过结构设计将通道间的散射干扰降到最低，该设计增大了准直器与吸收片之间的距离来减小散射的影响，选择铝材作为支撑架进一步减小散射。通过求解逆矩阵的方法获得X射线谱，解谱结果出现了震荡。

图11 25通道准直楔式谱仪原理示意图[14]Fig.11 Schematic diagram of 25 channelcollimation wedge spectrometer[14]

2019年Stoeck等[47]设计了一款9通道硬X射线谱仪，铜和铝组成的阵列滤片放置于固体靶与成像板之间，由于通道间无有效屏蔽，相互干扰的现象较为显著。

散射可能会造成测量能谱偏软[48]甚至无法获得能谱信息，关于散射的影响，可采用模拟的方法进行评估。以阵列探测器为例，让脉冲X射线穿过某一个包括衰减器和探测器单元的通道，模拟其他探测通道内探测器上的能量沉积。定义非信号通道与信号通道中探测器上能量沉积的比值为散射串扰因子，可基于此对探测器的散射程度进行评估并以此对探测器的结构进行优化。

2.5 解谱方法

求解式(11)中的方程，首先要获得探测器对不同能量X射线的响应曲线，通常采用模拟计算方法，常用蒙卡软件(ITS[49-50]、EGS4[51]、MCNP[32]、GEANT4[30]、FLUKA[3]等)都适用，文献[47]对通过解析计算方法和蒙特卡罗方法得到的硬X射线谱仪的响应曲线进行了对比分析，解析计算方法是基于透射粒子沉积能量的思路，因此两者主要区别在于对散射和次级粒子能量沉积的考虑。关于响应函数的计算，获得此矩阵的一般步骤是：(1)对探测器几何完整建模；(2)给出一个均匀的X射线能谱分布；(3)模拟得到入射X射线能量与对应探测器灵敏体积内能量沉积的关系。

通常情况下响应矩阵R为非对称矩阵，这样X射线能谱求解转化为解第一类Fredholm积分方程的问题，关于此类问题求解已发展了若干通用方法，如：逆矩阵法、奇异值分解法[52]、最小二乘法[53]、正则化方法[54]、迭代法、最大熵法、随机法等[55]。德国PTB实验室推出了相应的软件包可供使用，包括UMG、HEPRO、WinBUGS[56-58]等。文献[28]在不同辐射条件下对上述软件包中的算法进行了测试，结果表明不同算法在不同场景中适应性有所差别。

逆矩阵方法求解简单方便，但对于病态多阶方程求解存在较大的不确定度，经常出现震荡，无法获得合理物理结果，在对辐射场不了解条件下可通过逆矩阵法获知能谱分布的粗略信息。奇异值分解法则是通过对响应矩阵的一定数学处理后，将矩阵中可能带来统计涨落、噪声并导致结果出现震荡的元素强制截断，相较于逆矩阵法有一定改观。Gallardo[52]使用改进的奇异值分解法对Ge/Si/CdTe半导体模拟的X射线管的脉冲高度谱进行了反解，强度均存在一定的低估，谱型与峰位置相同。

正则化方法是在最小二乘法的基础上再增加一个调节函数，是在一定约束条件下，如χ2或谱型平滑度最小，寻找一个尽可能逼近原问题解的函数，如SAND-II及其改进算法Gravel[59]，该方法对于缓慢变化能谱具有较好效果，对有突变或精细结构能谱效果并不十分理想。Moralles等[53]基于最小二乘法和修正过的响应函数对N-100辐射质X射线谱进行了反解，除低能端出现负值外，结果与参考谱基本一致。

最大熵法是一种最大概率统计法，可以在测量数据不完全的情况下利用迭代的方法和已有先验信息基础上获得一个对实际谱型的最佳估计，对于迭代法和最大熵法而言，合理的初始估计值十分必要[60-61]。近年来还发展了可用于ICF装置中的软X射线测量压缩感知的解谱算法[62]，其中心思想与最大熵法类似。Reginatto等[63]根据最大熵法发展了MAXED解谱程序，可通用中子、光子的脉冲高度谱反解。Fernandez Jorge等[64]基于最大熵和最小二乘法提出了一种半自动寻找的解谱方法UMESTART，有助于区分X射线特征峰并提高能量分辨率。

随机法具体包括基因算法[65]、遗传算法[66]等，彼此之间算法存在较大差异，优势在于无需先验谱信息，适用于复杂解谱或多变量情形。

3 未来展望

目前激光装置中脉冲X射线能谱的测量还面临着能量分辨率不理想、结果不确定度无法量化和被动式能谱测量操作不便等问题。随着激光装置的不断升级，X射线注量以及打靶频次的增加，对探测器的耐辐照性能以及响应速度提出了更高的要求。针对以上问题，可以考虑从以下几部分展开研究：

(1)中低能测量衰减法与Ross Pair法配合使用

衰减法的实验能谱能量范围是数十keV～数MeV能区，无法给出keV～百keV内的精细能谱结构，如特征X射线，而这部分能谱信息恰好是实验所关注的，Ross Pair法是这一能谱范围测量手段的补充。基于吸收法的谱仪能量测量范围存在上限，主要原因在于对任意材料，高能光子的透过率基本相同，导致响应函数区别不大[67]。以纯Pb材料为例，当X射线能量高于2.0 MeV后，总反应截面基本相当，即纯Pb作为衰减片情形下，探测器无法分辨2 MeV以上的X射线能谱，更高能区的X射线能谱一般通过康普顿散射法或活化法进行测量。

(2)提高响应函数精度与解谱方法的针对性及稳定性

响应函数的准确度是解谱的前提条件，考虑到低能X射线能量沉积的阶跃性以及激光装置脉冲X射线能谱分布特点，有必要在模拟响应函数方面特别考虑细化低能段的能量间隔，高能段响应函数则设置可以宽泛些。实验方面较少文献对所研制谱仪响应函数进行实验刻度与验证，这可能主要与缺乏高注量的单能X射线源有关，目前清华大学汤普逊散射装置可提供注量率为106/s 150 keV的准单能X射线。据了解，实际解谱过程中结果可能出现震荡现象，本质为算法不稳定。目前解谱方法众多，可考虑基于激光与固体靶相互物理机制和特性，即特征线与双温轫致辐射特性，尝试给出最接近于真实谱的输入谱，针对性地开发解谱程序，进一步提高解谱的精度与稳定性。

(3)能谱测量的不确定度分析

提高能谱求解的可信度是目前能谱测量工作的关键及核心技术，能谱结果的不确定度分析也依然是能谱测量的难点，主要在于影响因素过多且误差难以量化，解谱模型的不确定分析较难评估。

(4)基于主动式探测器研制宽能区在线能谱测量装置

目前本课题组在强激光与固体靶作用致脉冲X射线的剂量研究中完成了部分工作[68-69]，包括：对激光装置辐射场中X射线剂量估算与验证，研制了一台适用于单脉冲辐射场的主动式剂量测量仪器，并进行了仪器刻度以及与TLD的对比实验。未来计划研制可应用于脉冲宽X射线能谱测量的主动式能谱测量装置。