利用CR39上的径迹鉴别激光加速离子产物

分别利用单能的质子束及碳离子束辐照CR39,并制定了规范的刻蚀条件及流程。通过对处理完成后的数据进行详细处理,得到了质子及碳离子的径迹直径-能量的响应曲线,可用于确定CR39上质子或碳离子的能量。以此为依据,得到了鉴别CR39上质子及碳离子的有效方法。在激光加速离子的实验中,通过测量CR39上的径迹大小及相对灰度,利用本文给出的标定数据,确认了质子径迹,得到了实验的质子能谱。     

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实验研究了超强激光与平面薄膜Cu靶的相互作用中,在靶背法线方向产生的离子能量分布.实验中采用固体核径迹探测器CR39和Thomson谱仪相结合测量离子能谱.实验中同时测量到了质子和C4+、C3+、C2+和C1+离子.实验结果表明:离子沿着靶背法线方向发射,离子在一定能量处出现截断;在固体核径迹探测器CR39上可以看出碳离子信号比质子信号弱,质子的产额远高于碳离子,质子对碳离子有屏蔽作用;在相同发次中C4+、C3+、C2+和C1+离子随着荷质比的增大,相应离子的截止能增加.     

基于智能算法的CR39径迹刻蚀过程模拟

CR39可以用于激光等离子物理实验中的离子探测,并给出离子数目、种类和能量信息。通过采用唯象模型,利用离子在CR39中径迹形成的阻止本领动力学方程以及粒子群智能算法对径迹形成的过程进行了数值化模拟,研究了CR39中离子径迹在刻蚀过程中的演化过程,获得了入射离子能量和径迹直径、深度的对应关系,并且发现当离子射程与刻蚀深度相等时,径迹深度最大,给出了利用总刻蚀时间计算最大径迹深度对应的临界能量的公式。     

神光Ⅱ升级装置激光加速质子照相初步实验研究

在神光Ⅱ升级装置上开展了首轮激光加速质子对间接驱动快点火靶内爆过程的照相实验研究。通过激光与靶参数的优化,获得了能量高于18 MeV的质子束。通过静态客体的照相,获得了优于20 m的高空间分辨网格图像,为开展时间分辨的啁啾质子照相奠定了基础。开展了质子动态照相实验,获得了内爆压缩晚期的质子照相图像。实验发现内爆区域质子照相图像存在大量排空现象。内爆压缩区域不足以阻挡如此大范围质子束,证明了其中存在电磁场使得质子向外排开。动态照相的质子能量较低,分析是ns激光打靶过程产生的X射线及等离子体对质子加速存在影响。后续实验中需要进一步优化靶的屏蔽设计。     

飞秒激光中高能质子的产生与加速的研究

为了探索飞秒激光与固体靶相互作用中高能质子的产生和加速机制,在超短超强激光装置“SILEX-I”上进行了飞秒激光与平面固体薄膜Cu靶的相互作用中高能质子空间分布、能谱和产额的实验研究。实验采用固体核径迹探测器CR39和Thomson离子谱仪相结合的方式,在固体靶背表面法线方向测量了质子空间分布、能谱和产额。实验结果表明：质子沿着靶背法线方向发射,质子空间分布呈圆环状,存在一定的立体角;质子在一定能量处出现截断;截断能量的大小与靶厚度有关。经分析,高能离子的产生和加速是多种作用机制共同作用的结果,其中静电场中的TNSA加速机制则占主导地位。     

飞秒激光中高能质子的产生与加速的研究

为了探索飞秒激光与固体靶相互作用中高能质子的产生和加速机制,在超短超强激光装置“SILEX-I”上进行了飞秒激光与平面固体薄膜Cu靶的相互作用中高能质子空间分布、能谱和产额的实验研究。实验采用固体核径迹探测器CR39和Thomson离子谱仪相结合的方式,在固体靶背表面法线方向测量了质子空间分布、能谱和产额。实验结果表明：质子沿着靶背法线方向发射,质子空间分布呈圆环状,存在一定的立体角;质子在一定能量处出现截断;截断能量的大小与靶厚度有关。经分析,高能离子的产生和加速是多种作用机制共同作用的结果,其中静电场中的TNSA加速机制则占主导地位。     

利用汤姆逊离子谱仪测量超短超强激光质子能谱

本文给出了利用汤姆逊(Thomson)离子谱仪测量超短超强激光与等离子体相互作用中产生的高能质子能谱的一种方法.该方法是利用Thomson离子谱仪(平均磁场强度为0.167 T,电场加高压为3000 V,电场强度约为0.429 MV/m)和固体核径迹探测器CR39相结合,在固体靶背表面测量了激光的高能质子能谱.结果显示:质子沿着靶背法线方向发射,质子在一定能量处出现截止,截止能量与靶厚度和靶材料密切相关.分析认为,靶法线鞘层加速(TNSA)机制是质子能谱分布及能量截止的主要原因.     

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。     

反冲质子磁分析技术用于氘氚中子能谱测量研究

介绍了一种基于反冲质子法和磁分析技术的氘氚聚变诊断方法, 适用于稳态及脉冲条件下的等离子体温度、燃料密度和中子产额的精确诊断. 设计了小型的原理性装置, 磁分析器使用高性能钕铁硼二极永磁铁, 焦平面上使用CR-39固体径迹探测器或PIN探测器测量质子位置分布. 使用²³⁹Pu α 源对磁分析器进行了实验标定, 建立了配套的模拟程序. 利用蒙特卡罗方法模拟分析了装置整体性能, 并在K-400加速器上进行了中子实验研究.     

激光聚变内爆D3He质子源的在线诊断系统

提出了一种基于混合像素探测器作为记录介质的用于激光聚变内爆D3He质子源能谱和产额测量的在线磁谱仪诊断系统。通过对探测器上特征团簇数目和能量的识别,结合诊断系统排布,可以快速获取激光聚变反应产生的D3He质子源的能谱和产额。在神光装置上对该诊断系统进行了测试。实验使用31束纳秒激光聚焦到靶丸上驱动聚变反应。靶丸内充有原子比1∶1的D₂和3He的混合气体。在线磁谱仪诊断系统测量到了中心能量在14.6 MeV、半高全宽为2.1 MeV、产额约(2.3±0.13)×109的初级D3He质子能谱。该系统的建立可以实时给出D3He质子源能谱和产额信息,从而更加及时地指导实验的开展。     

基于D3He反应产生的单能质子对ICF内爆过程的照相模拟研究

 为实现单能质子对惯性约束聚变(ICF)内爆过程的诊断,使用FLUKA蒙特卡罗程序模拟分析了影响质子对内爆过程诊断的因素。通过设置不同初始质子数目,来分析质子产额对小球图像质量的影响,结果发现,要得到清晰图像,需要10⁹的质子数。参照实验中常用的靶参数,模拟了直接驱动和间接驱动条件下的照相情况,分析了间接驱动情况下,金属腔对质子束的散射会造成内爆小球图像模糊,说明质子照相不适合间接驱动内爆。给出了一种时间分辨的质子照相方法,通过调整质子产生和内爆产生的时间差,实现了对内爆过程前后不同时刻的照相等。模拟表明,D³He反应产生的14.7 MeV的准单能质子具有的脉宽短、尺寸小的优点,可用于ICF内爆过程的动态照相。     

神光Ⅱ装置间接驱动DD燃料面密度诊断

面密度是表征惯性约束聚变内爆压缩状态的重要参数.基于MULTI程序模拟了神光Ⅱ间接驱动内爆条件下最大压缩时刻燃料等离子体的物理参数，计算了CR-39的次级质子摄谱范围，利用CR-39背面测量了间接驱动充氘燃料聚变次级质子，给出了燃料平均压缩面密度〈ρ_R〉，并与理论计算结果做了比较.结果表明，在神光Ⅱ条件下，可以通过D³He次级质子诊断燃料〈ρ_R〉值. 关键词： 燃料面密度 CR-39 次级质子     

用20—1020 keV单能质子刻度CR-39固体核径迹探测器

用北京师范大学2×1.7MV串列加速器和400 kV高压倍加器产生的20—1020 keV单能质子束对CR-39固体核径迹探测器进行了刻度.为了保证质子的单能性和固体核径迹探测器上径迹密度不能超过10⁶/cm²的要求,对两台加速器分别采用了不同方法控制质子辐照数量.在串列加速器上采用了狭缝加转盘的方法,在高压倍加器上采用了100 ns单次高压脉冲扫描束流的方法,既保持了质子的单色性,又达到了质子注量小于10⁶/cm²的 关键词： 单能质子 固体核径迹探测器 CR-39     

100 TW激光与等离子体相互作用中质子背向发射的能谱测量

 用100 TW激光器产生的超短超强激光与5 μm薄膜Cu靶的进行打靶实验，测量了靶背法线方向产生质子的角分布和能谱。实验中采用辐射变色膜片HD810测量质子的角分布，用CR39和Thomson磁谱仪结合测量质子能量分布。测量结果表明：质子发射张角为10°左右，质子沿着靶背法线方向发射，在能量为570 keV处出现截断。通过测量质子能量分布验证了超短超强激光等离子体相互作用过程中靶背法线鞘层质子加速机制。     

短脉冲强激光打靶产生的质子角分布实验研究

 采用短脉冲强激光辐照固体双层薄靶的方式对质子束的产生及质子束角分布开展了实验研究。在SILEX-Ⅰ短脉冲激光装置上利用脉宽为30 fs的强激光辐照背面镀有CH膜的金膜靶,在距离靶背3.3 cm处采用CR39记录靶背出射的质子角分布。通过分析靶背出射质子的角分布,研究了激光功率密度和对比度对质子加速机制的影响。研究结果表明:占主导地位的质子产生和加速机制对激光预脉冲比较敏感。激光预脉冲较弱时,靶背壳电场加速机制占主导地位;当激光预脉冲较强时,靶前加速机制占主导地位。此外,还对导致质子环形分布的磁场大小进行了估算。     

Calibration with relativistic and low velocity ions of a CR39 nuclear track detector

We present experimental results on the calibration of the CR9 nuclear track detector, manufactured by the Intercast Europe Co., of Parma (Italy). The calibration was performed with several ions of different kinetic energies: from 50 keV protons to 11.3 A GeV gold ions; β=v/c ranges from about 4·10⁻³ to about 1. We find that a single curve of the reduced etch rate p versus Restricted Energy Loss is able to describe all data. Furthermore the data are consistent with about 100% contribution of the nuclear energy loss to the CR39 response. This type of CR39 is used in the MACRO experiment at the Gran Sasso Laboratory.     

“阳”加速器丝阵负载内爆数值模拟

基于描述Saturn装置的ZORK模型,使用Pspice语言建立了适用于阳加速器计算使用的金属丝阵负载模型并进行了相关计算,经过数值模拟与阳加速器1050#,1043#等相关实验结果的对比,验证了驱动电路与相关模型设计的正确性,并对计算结果进行了讨论,给出了此负载模型的适用性分析。使用计算得到的阳1050#加载电流曲线,进行了1维磁流体力学计算,给出内爆时间、辐射功率峰等相关参数。     

Geant4在惯性约束聚变内爆物理中的应用

基于Geant4建立了内爆物理实验多种诊断设备的全三维仿真模型,包括中子成像系统、用于硬X射线诊断的滤波应光谱仪、楔形滤片质子能谱仪、化学气相沉积金刚石探测器(CVD)等。根据Geant4仿真模拟的数据,建立了合适的解谱及图像还原算法,优化了系统设计,从理论上预估了诊断设备的诊断能力。此外仿真数据亦用于设计实验方案,建立诊断设备的标定方法等。