惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计

长期以来，惯性约束聚变（ICF）研究软X射线诊断科学仪器设备的元器件标定工作主要依赖同步辐射光源X射线辐射计量站进行。该类装置通常与用于开展ICF研究的大型激光装置分处两地，难以满足ICF研究软X射线元器件实时实地的标定应用需求。另外，由于同步辐射和ICF激光等离子体产生的X射线辐射特性存在较大差异，同步辐射计量站的标定结果事实上也不能完全反映元器件在ICF实验应用中的计量响应特性。本文首先介绍一种基于单光学元件的软X射线紧凑型无谐波光源单色化技术，以此为基础提出研制基于ICF激光等离子体X射线源的同源、同几何位形、双束比较校准的多能量通道光源单色化系统，用于ICF应用软X射线元器件的在线标定。新系统一方面可望满足ICF软X射线元器件实时实地的标定应用需求；另一方面，其提供的标定光束的技术特征将最大可能地接近ICF激光等离子体X射线辐射本身。配备相应的X射线二极管（XRD）和标准探测器之后，该系统将形成一套具有在线自校准功能的新型多通道δ能量响应软X射线能谱仪。     

激光等离子体X射线源的应用

激光等离子体作为X射线光源，具有光源体积小、亮度高、脉冲短等优点。因此，激光等离子体X射线光源在时间分辨诊断测量等方面具有重要的应用。文章简单介绍了这种光源在软X射线投影光刻技术、医学成像、晶体研究以及惯性约束核聚变（ICF）研究等方面的应用。这四个方面分别属于信息，生物，材料和能源等四个科学领域。作者的目的在于让这些科研领域及其对应工业界的研究同行了解我们的工作，从而能够实现跨学科、跨领域的合作。     

高动态范围激光等离子体诊断系统及其在惯性约束聚变实验中的应用

基于高功率激光等离子体X射线辐射谱特性,设计和研制了一种大画幅高动态范围MCP选通型分幅相机. 单画幅宽度13mm,长度36mm,曝光时间0.5—5ns可调.与X射线CCD比较,系统在1.0—10keV的谱响应相对平整,无高能增强效应.利用高功率激光打靶实验进行了性能考核实验,结果表明,系统的信噪比明显好于X射线CCD系统,动态范围大于3×10³. 系统已经在神光Ⅱ装置ICF物理实验中获得成功应用. 关键词： 动态范围 谱响应 激光等离子体诊断 分幅相机     

等离子体中X射线激光传输与电子密度诊断的理论及数值比较

通过数值模拟描述X射线激光在等离子体介质中传输的傍轴偏微分方程,分析了等离子体电子密度诊断中折射率测量法(如Abel变换方法)的成立条件及适用范围.同时分析了由Schrdinger形式理论得到的电子密度诊断的修正项的效果,并给出了修正后的电子密度诊断算法. 关键词： 等离子体 电子密度 X射线激光 Abel变换     

软X射线激光探针诊断高Z材料等离子体

激光辐照靶产生的等离子体电子密度的诊断对于惯性约束聚变、高能量密度物理等相关领域的研究具有重要意义,特别是高Z材料等离子体临界面附近的电子密度分布信息的测量.利用软X射线激光作为探针是诊断等离子体电子密度分布的一种重要方法,但在诊断激光辐照高Z材料产生的等离子体研究中,遇到了高Z材料等离子体自发辐射过大的问题,难以开展.为此,针对软X射线激光的特点,发展了多种具体的实验技术.通过综合利用这些技术,大大的抑制了待测等离子体自发辐射对信号的影响,使得软X射线激光探针诊断高Z材料等离子体成为可能.作为典型例子,实验诊断了激光辐照金平面靶的等离子体,获得了清晰的实验图像,表明相关的技术是有效和可行的.     

激光应用 其他应用

TL653 2005042666 利用X射线激光干涉诊断等离子体电子密度=Experi- mental diagnose of plasma electron density by interferome- try using an X-ray laser as probe[刊,中]／王琛(上海激光等离子体研究所,上海(201800)),王伟…／／物理学报．- 2005,54(1),-202-205 X射线激光探针干涉方法是诊断高温高密度激光等离子体电子密度等信息的重要工具。利用神光Ⅱ装置输出激光驱动的类镍-银X射线激光作为探针,成功地进行了马赫-曾德尔干涉法诊断实验,获得了清晰的包含等离     

单发次测量软X射线多层膜分束镜光学特性实验

用X射线激光作为探针，探测激光等离子体临界面附近的电子密度，对惯性约束聚变(ICF)的研究具有很大的应用价值。2003年11月，在“神光”Ⅱ装置上进行的X射线激光干涉法诊断等离子体电子密度实验研究取得了重大进展：利用类镍-银X射线激光作为探针，采用分束镜分光的马赫-贞德尔干涉仪在国内首次拍摄到清晰的动态干涉图。     

软X射线激光探针诊断高$lt;i$gt;Z$lt;/i$gt;材料等离子体

激光辐照靶产生的等离子体电子密度的诊断对于惯性约束聚变、高能量密度物理等相关领域的研究具有重要意义,特别是高Z材料等离子体临界面附近的电子密度分布信息的测量. 利用软X射线激光作为探针是诊断等离子体电子密度分布的一种重要方法,但在诊断激光辐照高Z材料产生的等离子体研究中,遇到了高Z材料等离子体自发辐射过大的问题,难以开展. 为此,针对软X射线激光的特点,发展了多种具体的实验技术. 通过综合利用这些技术,大大的抑制了待测等离子体自发辐射对信号的影响,使得软X射线激光探针诊断高Z材料等离子体成为可能. 作为典型例子,实验诊断了激光辐照金平面靶的等离子体,获得了清晰的实验图像,表明相关的技术是有效和可行的. 关键词： 等离子体诊断 激光探针技术 软X射线激光 Z材料等离子体')" href="#">高Z材料等离子体     

软X射线激光汤姆逊散射实验尝试

汤姆逊散射是诊断高温稠密等离子体状态参数的重要方法之一, 受到广泛的关注. 但是目前用于进行汤姆逊散射的探针光波长多局限于可见光或紫外光, 能够诊断的区域电子密度远低于驱动激光的临界密度. 相比较而言, 以软X射线激光作为探针, 有希望诊断更高密度区域的等离子体. 利用“神光Ⅱ”高功率激光装置产生的类氖锗软X射线激光作为探针, 开展了软X射线激光汤姆逊散射实验的尝试. 根据散射的条件, 分别进行了非相干散射和相干散射的实验, 但均未能获得明显的散射谱. 理论分析表明, 主要原因可能是实验中作为探针的类氖锗软 X射线激光的聚焦功率密度不够, 通过优化实验条件, 有希望在今后的研究中获得相干汤姆逊散射的结果. 关键词： 等离子体诊断 软X 射线激光 汤姆逊散射     

X射线激光对激光烧蚀薄片靶的阴影成像研究

长脉冲激光辐照烧蚀薄片靶会加速物质进而在靶后表面产生凹坑现象,通过凹坑的实验诊断,配合相关的理论模拟,对理解相关物理过程,校验理论程序的相关参数具有很好的参考价值.利用波长13.9 nm的类镍银X射线激光作为探针,诊断了纳秒倍频激光辐照C₈H₈平面薄片靶产生的等离子体以及加速物质产生的凹坑现象,并利用XRL2D程序对实验现象进行了细致的模拟,电子热传导限流因子选取为0.03时的模拟结果与实验符合比较好.模拟给出凹坑宽度和深度(即薄片加速距离)与实验观测数据定量符     

Observations of instabilities in the corona of laser produced plasmas

Using optical probing techniques plasma jets have been observed in the underdense plasma corona of targets irradiated with green laser beams. Various experimental observations have produced evidence that the jets are generated by an instability rather than by non-uniformities in the incident laser beams.     

Diagnostics of picosecond laser pulse absorption in preformed plasma

We present results where highly supersonic plasma jets and accelerated plasma fragments are generated by interaction of an intense picosecond laser pulse with a metallic target (Al, Cu, W, and Ta) in gas atmosphere. The formation of jets and well-localized massive plasma fragments occurs when a strong forward shock from a main laser pulse and a reverse shock from a pre-pulse meet to. Interferometric and shadow graphic measurements with high temporal (100 ps) and spatial (1 μm) resolution yield information about the formation and evolution of plasma jets and plasma fragments. The excitation of the electric and self-generated magnetic field by ponderomotive force during propagation of the laser pulse in a gas atmosphere was investigated as well. It had been shown previously that under certain conditions a hollow current channel can be generated in laser-produced plasma. The azimuthal magnetic field in such a micro-channel was determined by Faraday rotation of a probing laser beam to be 7.6 MGauss (MG). Ion acceleration in a pinched annular current channel up to 8 MeV analogous to micro-“plasma focus” conditions, may be realized at lengths of 100 μm. Self-generated magnetic fields of 4-7 MG have also been measured in thin skin layers in front of shock waves, where well-collimated plasma blocks were separated and accelerated away from the plasma body. The velocity of dense plasma blocks reaches values of order of 3 × 10⁸ cm/s and they are stable during acceleration and propagation in gas.     

对模拟年轻恒星喷流具有潜在应用的由强激光产生的等离子体喷流（英）

利用神光Ⅱ激光装置的两束激光烧蚀半圆柱壳层靶产生了高速等离子体喷流。喷流的参数由光学和X射线诊断测量。喷流是准直的,在真空中传播。一维流体力学模拟被用来间接地计算喷流的速度。喷流的准直可能来源于高Z等离子体的辐射冷却。由于和年轻恒星喷流具有某些几何相似性,实验室喷流对于在实验室中模拟年轻恒星喷流具有潜在应用。     

软X射线激光背光阴影成像技术的空间分辨研究

软X射线激光阴影成像技术是一种诊断高温稠密等离子体临界面附近阴影轮廓的诊断技术,具有测量视场大、空间分辨能力高的特点,具有重要的应用前景.对该技术的空间分辨具体能够达到什么程度则没有进行过系统研究.本文分别从光路几何、衍射极限、成像像差三个方面进行了仔细分析,结果表明目前采用该技术的诊断系统能够达到约2μm的空间分辨.主要受限是光路几何因素,通过增加放大倍数、选择单元尺寸更小的接收元器件等方式,有希望达到优于1μm的空间分辨.     

Transverse modulation of an electron beam generated in self-modulated laser wakefield accelerator experiments

Low energy electron beams (E approximately 300 keV) generated in a self-modulated laser wakefield accelerator experiment were observed to filament and be deflected away from the laser axis forming radial jets in the electron beam profile. At higher energies (E>900 keV), the filamentation and jets were suppressed and smooth electron beams copropagating with the laser were observed. The observed electron beam filamentation likely results from laser beam filamentation in the plasma due to relativistic self-focusing effects. The radial jets of low energy electrons are likely caused by transverse ejection of the electrons due to the radial structure of the wakefield and space charge deflection of electrons as they exit the laser focus.     

液相射流中中Al元素单双脉冲LIBS研究

为了综合比较单双脉冲激光诱导击穿光谱技术(LIBS)在液体中重金属元素的检测效果,利用自建的液相射流单-双脉冲LIBS技术装置,对AlCl₃水溶液中的Al元素LIBS特性进行测量和分析。实验中使用两台532 nm Nd∶YAG激光器作为激发光源,等离子体辐射信号通过光谱仪和ICCD进行采集。实验研究了单脉冲下Al(396.15 nm)发射谱线的谱线强度随激光能量、ICCD门延时、门宽之间的变化关系,获得了最优化实验参数激光能量为50 mJ,ICCD门延迟为1 200 ns,门宽为150 ns。在相同的实验条件下,实验考察了Al(369.15 nm)发射谱线的谱线强度随双脉冲之间的延时,激光总能量,ICCD门延时的变化关系,获得了最优化实验参数为两双脉冲之间的延时为1 000 ns,激光总能量为50 mJ,ICCD门延时为1 100 ns。单脉冲和双脉冲条件下获得重金属Al的LIBS检测限分别为26.79和10.80 ppm,双脉冲LIBS技术使元素检测限下降2倍多。实验结果表明双脉冲可以提升LIBS技术的探测灵敏度,为LIBS技术应用于水体中重金属快速检测提供了依据。     

Supersonic-jet experiments using a high-energy laser

In this Letter, laboratory astrophysical jet experiments performed with the LULI2000 laser facility are presented. High speed plasma jets (150 km.s(-1)) are generated using foam-filled cone targets. Accurate experimental characterization of the plasma jet is performed by measuring its time evolution and exploring various target parameters. Key jet parameters such as propagation and radial velocities, temperature, and density are obtained. For the first time, the required dimensionless quantities are experimentally determined on a single-shot basis. Although the jets evolve in vacuum, most of the scaling parameters are relevant to astrophysical conditions.     

激光驱动薄膜产生等离子体射流的条件分析

 以聚乙烯薄膜材料为研究对象,从实验物态方程出发,对强激光驱动薄膜材料时影响激光在薄膜后表面形成等离子体射流的主要因素,包括激光强度、波长、脉宽、气库膜材料及厚度,进行了理论和数值分析。研究表明,到达薄膜后表面的冲击波强度足够高时,能够产生气态或等离子体射流,否则卸载过程仍然为凝聚态;对于聚乙烯材料,形成等离子体射流的基本条件是到达薄膜后表面的冲击波强度达到约80 GPa以上;采用短波长、较高功率密度、较长激光脉宽的激光驱动具有低汽化温度、低电离阈值的薄靶,更容易实现等离子体射流。     

Simulation of Processes on a Target Induced by a Jet System and Laser Radiation

The mathematical model and the results of computer simulation of the processes of compression, heating, and energy release in a target under the hybrid influence of a system of pulsed plasma jets and intense laser radiation in magnetic inertial thermonuclear fusion are presented. The hybrid effects of intense energy flows on a single-layer cylindrical target are compared in the experimental and simulation conditions. The main radiation magnetic and gas dynamic parameters of the compressed and heated target plasma are evaluated as well.     

Modeling cluster jets as targets for high-power ultrashort laser pulses

A hydrodynamic model is formulated that describes the formation of clusters in atomic gas jets expanding into vacuum, which are used as laser plasma targets. Detailed model calculations performed for an argon gas jet describe spatial distributions of the density of gas and cluster phases formed in the Laval nozzle at room temperature in a broad range of entrance gas pressures. The cluster density distribution is significantly inhomogeneous. The cluster distribution features revealed by the model calculations were qualitatively confirmed by the X-ray spectroscopic measurements of the spatial distribution of emission from the plasma created in the jet tar-gets by high-power ultrashort laser pulses.