惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion,ICF）可以提供取之不尽、用之不竭无污染的清洁能源，其内爆过程中某些物理现象与氢弹内爆及天体物理过程很相似。所以，研究ICF对我国能源的可持续发展、国防安全和天体物理研究等具有重要的意义。物理实验和诊断是目前ICF研究中非常重要的内容。由于现阶段ICF研究中存在理论分析和数值模拟不完善、制靶技术和工艺不理想、高功率激光器输出功率有限等问题，发展ICF的诊断技术对完善ICF研究具有重要的科学意义和突出的现实意义。以球面弯曲晶体为核心元件的成像系统，可以得到ICF内爆过程中高温等离子体X射线能谱信息，从而可以揭示靶等离子体的特征和行为，深入了解激光束能量吸收机制，进而为驱动器与靶丸的最佳耦合设计提供依据。球面弯曲晶体成像系统也可以得到靶丸内爆单色X射线二维空间分辨信息，评估激光辐射驱动的对称性和均匀性，分析内爆靶丸推进层的运动过程，建立ICF辐射驱动的相关理论模型。在国家自然科学基金项目（NSAF, No.10976033）的资助下，对球面弯曲晶体成像系统进行了较深入的研究，在国内率先研制了应用于ICF装置的球面弯曲晶体成像系统，在ICF装置上进行了等离子体X射线能谱成像和单色X射线背光成像诊断实验。本文的主要研究工作包括：1)根据X射线布拉格衍射和罗兰圆结构理论，对约翰光谱成像仪进行了理论分析。在约翰光谱成像仪的基础上，进一步研究了球面弯曲晶体成像的基本理论。分析了球面弯曲晶体近正入射成像结构和非正入射成像结构的背光成像原理和性质。基于晶体X射线衍射理论，根据弯曲晶体的布拉格角偏差原理，推导并分析了光源在罗兰圆上和不在罗兰圆上两种情况球面弯曲晶体的反射能量与成像系统参数间的关系。为球面弯曲晶体成像研究提供理论基础。2)利用光线追踪软件SHADOW建立了球面弯曲晶体成像模拟平台。对球面弯曲晶体非正入射成像结构的背光成像进行了模拟研究，验证非正入射成像结构背光成像的可行性。进一步研究了实验参量变化对系统成像质量和性能的影响，为球面弯曲晶体非正入射成像结构的实际应用提供参考和理论依据。3)研制了应用于ICF装置的球面弯曲晶体成像系统，分析了系统核心器件X射线源、球面弯曲晶体和探测器的性能特性。利用X射线衰减理论，研究了探测器滤光膜的透过率，并对Al，Be，Ti膜的透过率进行了分析比较。最后，针对神光III原型和Z箍缩等装置中成像系统探测器有效探测面积的大小，提出了两种实用可行的光路调准对中技术。4)利用球面弯曲晶体成像系统进行了X射线能谱成像实验。石英球面弯曲晶体成像系统得到的能谱分辨率(λ/Δλ)为1027，满足X射线能谱诊断的要求。在中国工程物理研究院“阳”加速器装置上利用该成像系统进行等离子体X射线能谱诊断实验，诊断结果表明成像系统的能谱分辨率(λ/Δλ)为1092，与能谱分辨率理论模型所得到的能谱分辨率基本吻合。5)搭建了球面弯曲晶体背光成像系统，进行了单色X射线背光成像实验。当X射线管的焦斑尺寸为500μm时，石英和云母球面弯曲晶体成像系统得到的空间分辨率分别为83μm和86μm，实验结果表明石英和云母球面弯曲晶体可用于X射线的背光成像诊断。在神光III原型装置上利用石英球面弯曲晶体近正入射结构进行了背光成像实验，激光束的聚焦焦斑尺寸为200μm，成像系统得到空间分辨率为5μm。在“阳”加速器装置上利用石英球面弯曲晶体非正入射结构进行了背光成像实验，得到空间分辨率为75μm。