1.053μm激光辐照金箔靶发射X射线能谱的实验研究

在“星光-Ⅱ”单束高功率激光装置上利用束匀滑的钕玻璃基频激光辐照不同厚度的金箔靶,测量了金箔靶前向和背向的X射线能谱、X射线辐射能量角分布及X射线能谱时间变化过程,研究了金箔靶中激光烧蚀及辐射烧蚀过程;获得了不同厚度金箔、不同激光功率密度及不同角度等几种条件下其前后向X射线能谱的定量测量结果,同时从不同厚度的金箔背侧X射线能谱时间过程观察到明显的辐射热波时间延迟. 关键词： 金箔靶 X射线能谱 辐射烧蚀 辐射热波     

超短强激光与固体薄膜靶作用产生keV相干X射线数值模拟研究

用一维粒子模拟研究了超短强激光脉冲与两个固体薄膜靶作用产生X射线的一个方案, 特别研究了该方案中产生相对论电子层的源靶的厚度和密度分布对产生X射线的能谱、能量转换效率的影响. 数值模拟发现当产生高能电子层的源靶的厚度d与产生的X射线的波长λ/4γ_x²相当或者更小(λ 是入射激光波长)时, 才能产生准单色的X射线光谱, 否则产生的光谱有极大展宽, 且最高频率下降很快. 另外, 当薄膜靶前面存在不均匀预等离子体时, X射线光谱会明显变差. 关键词： 相对论电子层 Doppler 频移 相干X射线     

大气环境下飞秒激光对铝靶烧蚀过程的研究

利用时间分辨的光阴影成像技术研究了在大气环境下飞秒激光烧蚀铝靶的动态过程. 在入射激光能量为4 mJ, 激光光斑超过1 mm时, 激光烧蚀区表面物质以近似平面冲击波形式向外喷射; 在同样激光能量下、激光光斑较小时(约0.6 mm), 激光烧蚀区以近似半球型冲击波形式向外喷射. 当激光能量比较大时(7 mJ), 发现空气的电离对于激光烧蚀靶材有着重要影响. 在光轴附近烧蚀产生的喷射物具有额外的柱状和半圆型的结构, 叠加在平面冲击波结构上.     

"三明治"靶型在间接驱动冲击波实验中的应用

间接驱动方式具有提供更高冲击波压力的潜力,对冲击波物理研究来说是一种很好的驱动方式.针对间接驱动下X射线离化对透明窗口造成的致盲问题,提出了新的"三明治"靶型结构,以完成间接驱动下冲击波实验.该靶型可以用两种方法避免致盲效应对实验的干扰.一种方法是从时间上避开致盲效应,使致盲效应与冲击波测量区错开,从而获得冲击波数据.另一种方法是从强度上屏蔽X射线,将X射线阻挡在透明材料之前,使其不能产生致盲效应.对单冲击实验而言,用增加烧蚀层厚度的方法,将X射线离化效应与冲击波信号从时间上错开,获得了蓝宝石和石英晶体中冲击波实验的结果.用增加阻挡层的方法,获得了间接驱动条件下石英晶体和聚苯乙烯材料中的冲击波实验结果.提出的"三明治"靶型,为间接驱动条件下状态方程和冲击波调速技术提供了技术支持. 关键词： 冲击波 光学诊断 离化效应 干涉仪     

辐射驱动中心点火靶丸的辐射源整形

利用数值模拟的方法研究了辐射驱动中心点火靶丸辐射脉冲的整形方法。根据文献对于燃料低熵压缩冲击波匹配要求的描述,设计了一个四台阶型的驱动脉冲。发现在冲击波汇聚后,燃料内的强稀疏使得烧蚀面产生额外的强冲击波,导致靶丸的熵增较大,不能满足要求。设计了三台阶加两折线形式的脉冲曲线,利用第4个冲击波的时间及强度变化抑制了稀疏波,避免额外的强冲击波产生,很好地抑制了熵增。还描述了为了避免烧蚀层烧穿而过早关闭辐射源,导致燃料压缩密度下降的问题。三台阶加两折线形式的脉冲通过控制峰值温度的时间,解决了此问题,使燃料达到很好的压缩效果。     

超短超强激光与液体的相互作用研究

超短超强激光与液体靶相互作用时表现出许多有趣的特点，这明显区别于激光脉冲与固体或气体靶的相互作用情况．文章分别介绍了激光诱发等离子体所产生的高压冲击波、激光空泡、X射线、高能超热电子以及白光，对它们的产生机制及其各自的显著特征进行了综合描述．文章最后对超短超强激光脉冲与各种不同形态的液体靶相互作用的应用前景作了简单介绍。     

Compton散射下的强激光等离子体冲击波对固体的热烧蚀效应

应用多光子非线性Compton散射理论,研究了Compton散射下的强激光等离子体冲击波对固体的热烧蚀效应,给出了冲击波功率密度与靶材熔化温度及沸腾温度与加热时间的表达式,得到了冲击波照射靶材烧蚀孔的最佳实验条件。结果表明：固体的生热率提高,温度分布发生变化,作用点达到熔化和沸腾温度所需时间和功率比无散射时小。当冲击波能量为250J,到靶面的距离为70~80mm时,对靶材烧蚀孔的效果较好。当时间为1.2~3.6ms,到靶面的距离为28~80mm时,烧蚀效果较好;当能量密度为400~2800J•cm-2时,烧蚀深度成较差的线性增加,功率密度与烧蚀斑尺寸近乎成反比。     

磁驱动飞片加载下纯铁的冲击相变和层裂特性

使用磁驱动装置CQ-4发射紫铜飞片对纯铁样品进行一维平面应变加载,采用高精度激光位移干涉仪(DPS)记录飞片和样品的自由面速度历史。结果显示,当纯铁样品在加、卸载过程中有αε相变发生时,样品的层裂强度达到3.4GPa,比已报道的未发生相变的纯铁的层裂强度(1.2~1.9GPa)有明显提高,其原因可能是纯铁材料在经历αε可逆相变时,内部晶格产生了大量的位错。通过分析样品的自由面速度历史,判断出样品发生了自由面浅表层裂现象。在对飞片和样品中的应力波系进行分析时,若只考虑塑性波和相变波在界面的反射稀疏波与飞片传入样品靶中的稀疏波之间的相互作用,将无法解释实验观测到的自由面浅表层裂现象,因此该现象可能与纯铁样品在逆相变过程中产生稀疏冲击波有关。     

辐射热波实验观察

 以强激光加热腔靶形成的强X光辐射烧蚀Al薄膜介质，在国内首次用软X光能谱时间高分辨诊断技术观察到了辐射热波，测得了质量烧蚀率。实验还观察到了X光辐射驱动的冲击波信号，得到了相应的冲击波压力。     

X射线相衬成像法在线表征冷冻靶技术

阐述了冷冻靶类球面物体X射线相衬成像机理;Tracepro软件模拟研究证明了X射线相衬成像法能用于冷冻靶燃料层参数的表征;研制了在线表征冷冻靶的X射线相衬成像实验装置,利用该装置开展了二乙烯基苯泡沫球壳及实际氘氘冷冻靶的X射线相衬成像实验研究,获得了玻璃微球内氘氘冷冻层X射线相衬图像,成像分辨力达1.5 m;利用X射线相衬成像法可同时表征烧蚀球壳及冷冻燃料层,为惯性约束聚变实验提供冷冻靶参数。     

Analysis of the impedance mismatch effect in foam-solid targets compressed by laser-driven shock waves

The impedance mismatch effect in a two-layer (low density plastic foam, and solid aluminum, respectively) plane target compressed by a laser driven shock wave is considered. In such targets the ablative pressure generated by absorption of laser light in the foam layer is amplified when crossing the foam-aluminum interface. In this paper an analytical model is developed to evaluate the shock pressure in the aluminum layer as a function of the density and thickness of the foam layer and of the laser parameters. The model is in good agreement with previously published experimental results [A. Benuzzi et al., Phys. Plasmas 5, 2827 (1998)]. Received 20 January 2000 and Received in final form 16 May 2000     

0.35 μm激光驱动冲击波的实验测量

 采用波长为0.35 μm的高功率激光脉冲聚焦辐照楔形铝靶,用光学条纹相机观测靶背面冲击波加热发光的特性。并对冲击波压力的定标关系和楔形样品冲击波速度的计算方法进行了介绍,对实验结果进行了简要的分析。结果表明：实验测量的冲击压力与定标公式的结果较为接近。     

基于神光III原型装置开展的激光直接驱动准等熵压缩研究进展

整形激光驱动准等熵压缩是高效的物质动态压缩方式,是开展材料高压压缩特性研究的重要手段.本文系统介绍了近年来基于神光Ⅲ原型激光装置开展的整形激光直接驱动准等熵压缩研究工作：创立了凝聚态物质的准等熵压缩理论模型,改进了实验设计方法和数据处理方法,掌握了制靶工艺,开展了激光加载实验并在多种靶型中实现了数百GPa的准等熵压缩.实验获取的参数范围超过传统加载方式,数据质量达到国际先进水平.     

Confining medium and absorptive overlay: Their effects on a laser-induced shock wave

In this paper the characteristics (such as amplitude, width) of a laser-induced shock wave under confining conditions is studied. For engineering applications, a physical study of this method is useful in order to optimize this technique. We have first introduced a new pressure gauge – PVDF (polyvenyliden fluoride) gauge with short rise time and wide linear response range. Experimentally, by measuring the generated pressures under different confining materials, the relationship between the pressures and the acoustic impedance of confining materials, is illustrated, which somewhat agrees with the theoretical calculation. We have also found that under confining conditions laser-induced shock waves persist longer than a laser pulse. Then, the effects of black paint overlay (absorptive overlay) is studied. We experimentally point out that a black paint overlay placed before an irradiated target can greatly increase the generated pressure under any confining material in our experiments for its beneficial effect on the plasma-generating process. To our surprise, comparing the impulse ( ), which the shock wave induced under absorptive overlay executes on the target, to that induced under no black paint overlay, the increase ratio is approximately equal.     

FP-1装置铝套筒内爆动力学过程的一维磁流体力学模拟

作为一种重要的柱面会聚冲击和准等熵压缩加载源,磁驱动固体套筒内爆技术已广泛应用于高能量密度物理实验研究.针对FP-1装置驱动的固体套筒内爆动力学过程,建立了含强度的一维磁流体力学模型,并对典型实验进行了模拟.计算获得的套筒内爆速度同实验结果较为相符.模拟结果显示,该装置在40 kV充压条件下,可以将直径3 cm,厚0.5 mm的铝套筒加速至1.1 km/s,内壁速度超过1.5 km/s,同时保持大部分材料为固体状态.内爆套筒与相同材料靶筒碰撞产生的冲击压力约9 GPa.改变靶筒内部填充气体的压力,可以获得不同的靶筒运动速度、轨迹以及反弹半径,以满足不同类型实验的研究需要.     

纳米铝粉点火机理的快速光谱研究

用光触发同步采集技术在多光谱系统上测定纳米铝粉与环氧丙烷快速反应的点火延迟时间和基团光谱强度,得出诱导激波作用下纳米铝粉的点火机理。X射线衍射(XRD)数据表明,等离子体方法生产的纳米铝粉由于活性较高表面有部分氧化,电子能谱(XPS)给出结果表明氧化层厚度～3nm,且其反应生成物的电子能谱显示氧化层厚度随诱导激波强度增加而相应增大。单色仪测定AlO(464.8nm)点火时间表明随诱导激波强度增大,纳米铝粉在环氧丙烷反应系统中的抛撒状态分布更均匀,颗粒受热面增大,受热率明显增大,且激波作用下铝粉表面3nm厚氧化层也极易被熔破,使内核活性铝气化与反应系统中的氧原子及含氧分子反应放热而达到点火状态。     

冲击压力及加载速率对沟槽微射流的影响

通过二维弹塑性流体力学欧拉程序MEPH,系统研究冲击压力及加载速率对沟槽微射流喷射量的影响.计算结果显示,微射流的喷射量随冲击压力的增大而增大,但喷射量对压力的变化并不敏感;计算结果和实验结果均表明,加载速率对沟槽微射流的喷射量有较大影响,随着加载速率的减小,微粒子喷射量大致按指数规律减少,所得数值计算结果得到实验验证.     

Medium characterization from interface-wave impedance and ellipticity using simultaneous displacement and pressure measurements

The interface-wave impedance and ellipticity are wave attributes that interrelate the full waveforms as observed in different components. For each of the fluid/elastic-solid interface waves, i.e., the pseudo-Rayleigh (pR) and Stoneley (St) waves, the impedance and ellipticity are found to have different functional dependencies on Young's modulus and Poisson's ratio. By combining the attributes in a cost function, unique and stable estimates of these parameters can be obtained, particularly when using the St wave. In a validation experiment, the impedance of the laser-excited pR wave is successfully extracted from simultaneous measurements of the normal particle displacement and the fluid pressure at a water/aluminum interface. The displacement is measured using a laser Doppler vibrometer (LDV) and the pressure with a needle hydrophone. Any LDV measurement is perturbed by refractive-index changes along the LDV beam once acoustic waves interfere with the beam. Using a model that accounts for these perturbations, an impedance decrease of 28% with respect to the plane wave impedance of the pR wave is predicted for the water/aluminum configuration. Although this deviation is different for the experimentally extracted impedance, there is excellent agreement between the observed and predicted pR waveforms in both the particle displacement and fluid pressure.     

冲击加载下铝的剪切模量

分别用Steinberg-Cochran-Guinan (SCG)模型、修正的SCG模型和有限应变理论对材料的剪切模量做了数值计算，并与一维平面应变加载下铝的实验结果进行了比较.结果表明，修正的SCG模型与实验结果较为符合.在10—80GPa的压力范围下，剪切模量随冲击压力的增加而逐渐增大，这是由于压力的影响占主要地位，发生了加工硬化.在80—125GPa的压力范围下，剪切模量随冲击压力的增大快速减小，这是因为温度的影响比较严重，发生了高温软化现象.剪切模量最终在冲击压力为125GPa处趋于零，这是由于在该压力点冲击熔化发生，剪切强度消失. 关键词： 剪切模量 Steinberg-Cochran-Guinan模型 有限应变理论 铝     

Behavior of aluminum near an ultimate theoretical strength in experiments with femtosecond laser pulses

The dynamics of the motion of the free surface of micron and submicron films under the action of a compression pulse excited in the process of femtosecond laser heating of the surface layer of a target has been investigated by femtosecond interferometric microscopy. The relation between the velocity of the shock wave and the particle velocity behind its front indicates the shock compression to 9–13 GPa is elastic in this duration range. This is also confirmed by the small (≤1 ps) time of an increase in the parameters in the shock wave. Shear stresses reached in this process are close to their estimated ultimate values for aluminum. The spall strength determined at a strain rate of 10⁹ s⁻¹ and a spall thickness of 250–300 nm is larger than half the ultimate strength of aluminum.