超强超短脉冲激光诱发大尺度氘团簇聚变

 利用低温脉冲气阀获得了平均含有3×103氘原子的氘团簇。在飞秒激光装置上实现了氘团簇聚变,每发中子产额为1×10³。中子产额对激光功率密度敏感,保持激光能量不变,随着激光焦斑的变大,DD聚变中子产额逐渐增加,最大值出现在激光焦斑为470 mm时;继续增大激光焦斑,没有观察到中子信号。实验结果还表明激光氘团簇聚变发生的区域主要是激光辐照的等离子体热区,此区域内邻近氘团簇库仑爆炸发射的高能氘离子碰撞引发聚变反应。     

超强激光与Ar团簇相互作用中X射线的研究

本文主要研究了超强超短激光与Ar团簇相互作用过程中X射线能谱、K壳层光子产额、能量转换效率以及激光对比度对X射线光子产额的影响.实验中得到K壳层的光子产额约为1× 10¹¹/发,能量转换效率约为2.8× 10^-5．同时观测到较强预脉冲离化团簇会导致预电离,产生膨胀等离子体,然而主脉冲与膨胀的等离子体相互作用的强度较未膨胀时降低了,从而导致K壳层光子产额降低,而使用高对比度的激光能增加X射线光子产额.     

台面激光核聚变中子源研究进展

通过超短脉冲激光与合适的介质相互作用,在普通光学实验室中可以产生聚变中子,经过特殊设计的固体靶结构和特殊安排的级联过程,亚ＴＷ激光即可引发光核反应产生中子,通过台面超强激光与固体靶相互作用利用对离子的自导通道径向加速机制,可获得较多的高能离子和较多的中子产率,由于超强激光辐照下大的团簇爆炸时可获得大量高能离子,团簇靶实验中实现的中子产率比相似激光能量的固体靶实验高两个量级,文章讨论了上述三种产生中     

超短超强激光及微团簇与大尺度团簇相互作用

用2.5 MV静电加器提供的高品质微团簇束与固体、气体和大尺度团簇(100->1000原子/团簇)碰撞,超强飞秒激光与大尺度氘团簇相互作用,研究微团簇在大尺度团簇中的库仑爆炸特性,研究超短超强激光场中大尺度氘团簇的聚变机理.本文将介绍此项实验研究的进展.     

小尺寸VmOn+团簇的激光光解和密度泛函计算

通过激光溅射法产生了V₂O_n⁺ (n=1, 2), V₃O_n⁺ (n=1, 2, 3)和V₄O₃⁺等缺氧的钒氧团簇,并采用532和266 nm波长的激光对它们进行了光解研究. 利用密度泛函理论计算与激光光解实验相结合确定了这些团簇的几何结构和可能的光解通道. 激光光解实验表明V相似文献   

用于团簇负离子的共线光电子速度成像仪

描述了包含共线的光电子速度成像仪,以及与双阀激光溅射团簇源联用的时间飞行质谱装置．为了避免预混气体,两个脉冲阀和一个反应通道被用来产生反应负离子．共线的光电子成像仪采用了改进的速度成像透镜系统,它的能量分辨率优于3%．此外还报道了Si₄^-团簇在532和355 nm,以及Si₃C^- 团簇在532 nm的光电子速度成像．从实验图像中可以获得光电子能谱和各向异性参数．从Si₄^-团簇能谱上获得了中性的Si₄团簇的基态和第一激发态的振动频率分别为330和312 cm^-1．初步的实验结果证明这套光电子成像装置对研究团簇负离子的电子结构以及光脱附动力学非常有效.     

锰氧化物团簇正离子与硫化氢反应的实验与理论研究 (cited: 2)

采用激光溅射法制备了同位素标记的氧化锰团簇正离子Mn_m¹⁸O_n⁺,并研究了其在快速流动反应管中与硫化氢在热碰撞条件下的反应,氧化锰团簇正离子与硫化氢反应前后的质量分布与强度变化由飞行时间质谱仪检测．实验表明,绝大多数氧化锰团簇正离子可与硫化氢发生氧-硫交换反应产生水分子,反应通式为：Mn_m¹⁸O_n⁺+H₂S→Mn_m¹⁸O_n-1S⁺+H₂¹⁸O．通过密度泛函理论计算了氧化锰团簇正离Mn₂O₂⁺、Mn₂O₃⁺和Mn₂O₄⁺与H₂S反应的机理,结果显示,在这些反应体系中氧-硫交换反应通道同时具有热力学和动力学优势,印证了实验中观察到的现象．气相团簇研究发现的氧-硫交换反应与相关凝聚相体系反应结果一致     

超短超强激光与Cu靶相互作用中质子背向发射的实验测量

 在20TW激光器上进行了超短超强激光与金属Cu膜靶的相互作用实验，当靶厚度不同时，采用CR39核径迹探测器测量了质子发射的空间分布和产额；使用Thomson磁谱仪测量了靶背法线方向质子束的能量分布。测量结果表明：质子产额为10 ⁵～10 ⁶每发；质子束沿靶背法线方向发射，与入射激光方向无关，并且存在较小的发射立体角，在一定能量处出现截止，截止能量的大小与靶厚度有关。     

ICF中子发射时间诊断

 对ICF中子发射时间的诊断技术进行了研究,研制了基于快闪烁体和微通道板式光电倍增管的中子发射时间探测器。在某大型激光原型装置上进行了中子发射时间的实验测量,成功获得多发实验的中子发射时间与打靶激光脉冲的时间及中子发射时间之间的关系。实验结果表明：中子发射时间探测器对DT中子和DD中子都能够响应,中子产额测量下限达到10⁷,时间测量不确定度小于20 ps;CH烧蚀层越厚,中子发射时间越长。     

氘代乙烷团簇库仑爆炸产生高能氘核和中子的研究

采用简化库仑爆炸模型对强激光脉冲照射氘代乙烷团簇发生的库仑爆炸过程进行数值模拟,研究了氘代乙烷团簇爆炸产生的氘核动能、中子产额与团簇尺寸的关系,且与氘代甲烷团簇产生的氘核动能及中子产额进行了比较.研究表明,尺寸为5 nm的氘代乙烷团簇在发生库仑爆炸后氘核的最大动能为20.96 keV,获得的中子产额为6.31×105,比同尺寸氘代甲烷团簇产生的氘核最大动能及中子产额更大.因此相对于氘代甲烷团簇,大尺寸的氘代乙烷团簇更适合作为激光驱动团簇库仑爆炸获得高额中子的靶材,这与报道的实验推论相一致.     

静态真空对超声喷流气体团簇制备的实验研究

研究了靶室静态真空对超声喷流气体团簇产生和制备的影响.通过瑞利散射方法测量了不同静态真空度下超声喷流氩团簇的尺度和密度参数,发现在喷嘴出口附近团簇尺度和密度受静态真空度的影响较小;在距离喷嘴较远处,氩气团簇存在同氢气团簇类似的自限制效应,验证了自限制效应在团簇制备、输运过程中的重要作用.该结果对于建造基于激光聚变原理的桌面中子源具有较大的参考意义,可据此简化真空装置以降低运行和维护成本.     

Effect of laser spot size on fusion neutron yield in laser--deuterium cluster interactions

The effect of the laser spot size on the neutron yield of table-top nuclear fusion from explosions of a femtosecond intense laser pulse heated deuterium clusters is investigated by using a simplified model, in which the cluster size distribution and the energy attenuation of the laser as it propagates through the cluster jet are taken into account. It has been found that there exists a proper laser spot size for the maximum fusion neutron yield for a given laser pulse and a specific deuterium gas cluster jet. The proper spot size, which is dependent on the laser parameters and the cluster jet parameters, has been calculated and compared with the available experimental data. A reasonable agreement between the calculated results and the published experimental results is found.     

超快中子探测器闪烁体性能计算

超快中子探测器是ICF聚变反应速率测量系统的核心部件。利用蒙特卡罗粒子输运工具包Geant4模拟了一种超快中子探测器——BC-422型闪烁探测器的中子探测过程,计算出了几种厚度的BC-422型闪烁体的探测效率、输出光信号强度和时间分辨力;对比了闪烁体的2种不同反射表面对输出光信号强度和时间分辨力的影响。计算的结果显示:设计适当的BC-422型闪烁探测器能够测量的最低中子产额在108量级,对DT中子的信号时间分辨力好于20 ps,对DD中子的信号时间分辨力达到30 ps,能够用于大型激光装置及其原型的聚变反应速率测量。     

Nuclear fusion from Coulomb explosions of deuterated methane clusters subjected to ultraintense femtosecond laser pulses

This paper reports that Coulomb explosions taken place in the experiment of heteronuclear deuterated methane clusters ((CD₄)₂) in a gas jet subjected to intense femtosecond laser pulses (170mJ, 70fs) have led to table-top laser driven DD nuclear fusion. The clusters produced in supersonic expansion had an average size of about 5nm in radius and the laser intensity used was 3×10¹⁷W/cm².The measured maximum and average energies of deuterons produced in the laser--cluster interaction were 60 and 13.5keV, respectively. From DD collisions of energetic deuterons, a yield of 2.5(±0.4)×10⁴ fusion neutrons of 2.45MeV per shot was realized, giving rise to a neutron production efficiency of about 1.5×10⁵ per joule of incident laser pulse energy. Theoretical calculations were performed and a fairly good agreement of the calculated neutron yield with that obtained from the present experiment was found.     

A plasma channel scheme for the interaction of an intense femtosecond laser pulse with a deuterium cluster jet

We propose a plasma channel scheme to obtain an improved table-top laser driven fusion neutron yield as a result of explosions of large deuterium clusters irradiated by an intense laser pulse. A cylindrical plasma channel is created by two moderate intensity laser prepulses at the edge of a deuterium cluster jet along which an intense main laser pulse propagates several nanoseconds later. With the aid of this plasma channel, the main laser pulse will be allowed to deposit its energy into the central region of the deuterium gas jet where the cluster sizes are larger and the atomic density is higher. The plasma channel formation and its impact on the deuterium ion energy spectrum and the consequent fusion neutron yield have been investigated. The calculated results show that a remarkable increase of the table-top laser driven fusion neutron yield would be expected.     

Nuclear fusion driven by coulomb explosions of large deuterium clusters

Recent experiments on the interaction of intense, ultrafast laser pulses with large van der Waals bonded clusters have shown that these clusters can explode with substantial kinetic energy. By driving explosions in deuterium clusters with a 35 fs laser pulse, we have accelerated ions to sufficient kinetic energy to produce DD nuclear fusion. By diagnosing the fusion yield through measurements of 2.45 MeV fusion neutrons, we have found that the fusion yield from these exploding clusters varies strongly with the cluster size, consistent with acceleration of deuterons via Coulomb explosion forces.     

Deuterium Clusters Fusion Induced by the Intense Femtosecond Laser Pulse

Neutrons （2.45MeV） from deuterium cluster fusion induced by the intense femtosecond （3Ors） laser pulse are experimentally demonstrated. The average neutron yield 103 per shot is obtained. It is found that the yield slightly increases with the increasing laser spot size. No neutron can be observed when the laser intensity I 〈 4.3 × 10^15 W/cm^2.     

超声喷流氩氢混合团簇特性研究

利用瑞利散射方法研究了超声喷流Ar-CH4混合团簇和超声喷流Ar-H2混合团簇的特性.通过测量不同混合比例和不同背压下所形成混合团簇的散射信号发现,当用Ar气和CH4的混合气体进行超声喷流时很容易形成Ar-CH4混合团簇,当Ar气含量为50%时混合团簇尺度最大且大于相同气压下纯Ar团簇尺度和纯CH4团簇尺度.实验发现,与纯H2团簇只能在低温条件下获得不同,常温下即可形成Ar-H2混合团簇,实现了常温下含氢团簇的获取,从而有效降低了制备成本.在H2含量大于40%时混合团簇开始形成并在60%时达到最大尺度.含氢(氘)混合团簇在氢(氘)团簇的基础上引入了更重的异核Ar元素,在激光氘团簇聚变实验中它将进一步加速氘离子从而获得更高的能量,并具有更高的中子产额和聚变效率.     

神光Ⅲ主机双束组激光间接驱动内爆实验研究

在神光Ⅲ主机装置上,利用已经建成的两个激光束组,开展了激光间接驱动内爆物理磨合实验,是神光Ⅲ主机装置首次出中子实验。实验采用1400μm×2100μm黑腔,500μm的塑料靶丸充1 MPa的DD燃料,激光从黑腔两端55°注入。实验获得的最高中子产额为9.7×108。实验结果表明,实验黑腔的耦合效率约为50%;使用的黑腔偏长,靶丸被压缩为"薄饼形";中子产额和激光能量正相关;中子发射峰值时刻主要依赖于烧蚀层厚度。