利用整形激光脉冲压缩薄膜靶得到中子源

研究了整形激光脉冲对冰冻氘氚靶的压缩。通过数值分析,发现利用分步激光产生的系列激波压缩氘氚靶可以获得较高密度和较低温度的等离子体靶。初始激光强度的选取将影响到压缩后的等离子体密度,继而影响到产生中子的数量。通过调节初始激光强度可以使压缩后的氘氚靶温度处在反应率比较高的范围内,从而得到优化结果。当初始归一化激光振幅为0.5,最终为32时,压缩后的氘氚靶密度可达到18416倍的临界密度,温度达到16 keV,每焦耳入射激光能量可得到109个中子,这个中子产额比现有其他方法所得到的中子产额大4个数量级。     

在间接驱动内爆实验中采用花生腔增强对称性调控

在100 kJ激光装置上开展了基于三台阶整形脉冲的间接驱动惯性约束聚变内爆实验研究.采用传统充气直柱金壁黑腔设计,在激光脉冲作用后期,腔内金等离子体运动对激光能量沉积和X光辐射场空间分布产生严重扰动,导致靶丸赤道驱动偏弱,形成不可接受的扁圆内爆.本文采用新型的花生腔设计,通过调节外环激光光斑及其产生的金泡的初始位置,补偿和缓解金等离子体运动对黑腔X光辐射分布产生的扰动影响,获得球对称的靶丸辐射驱动.在靶丸驱动辐射温度相同的条件下,由于驱动对称性得到显著改善,实验观测到花生腔内爆热斑接近球形,中子产额的测量结果与内爆一维模拟计算结果的比值(YOS)达到30%;而直柱腔内爆热斑呈现扁圆形状, YOS仅为13%.模拟计算和实验结果一致表明,在三台阶整形脉冲驱动内爆实验中,花生腔设计可以有效抑制外环金泡膨胀加剧产生的不利因素,增强辐射驱动和内爆对称性调控,并提高内爆性能.     

长脉冲keV X射线源的辐射特征

 利用神光Ⅱ第九路2 ns长脉冲激光束作用厚钛固体靶，研究了产生的keV X射线源的辐射区域和总辐射功率的时间行为。结果表明：在长脉冲激光作用厚固体靶时，硬X射线线辐射功率的时间行为以及辐射体积的时间行为与激光脉冲波形一致；长脉冲时，等离子体2维膨胀效应非常显著，keV X射线线辐射的径向辐射区域在激光焦斑尺寸附近达到饱和，导致X射线线辐射功率出现饱和，且keV X射线线辐射的辐射体积正比于焦斑尺寸的3次方。从理论和实验角度研究了在同样入射激光能量下，辐射功率随激光焦斑尺寸的变化关系，发现keV X射线线辐射的饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方，理论结果与实验结果一致。并讨论了相同基频输出激光能量下，keV X射线辐射总功率随激光波长的变化关系，发现即使考虑了倍频效率的影响，短波长激光仍然有利于keV X射线的发射。     

“神光Ⅱ”首轮基频光驱动内爆实验超热电子诊断

在“神光Ⅱ”装置上进行了激光直接驱动爆推型和烧蚀型DT气体的玻璃微球靶内爆实验.采用多道滤波荧光谱仪(FFS)测量15—250keV硬x射线谱,由高能x射线谱通量和斜率推算出这两种内爆靶产生的超热电子份额ηhe和超热电子温度Th分别为ηhe=25%—30%,Th=30—40keV和ηhe=05%—4%,Th=10—20keV.并给出了不同内爆靶型在不同激光能量EL和不同调焦方式下超热电子产生的特征,由爆推靶产生超热电子份额与实验测量靶的能量吸收效率ηa=29%—34%比对,证明爆推靶吸收的激光能量是以超热电子能量沉积为主,同时实验观测中子产额Yn随超热电子能量Ehe的增大而增大,从而证明了爆推靶是依靠超热电子加热玻璃球壳实现内爆的 关键词： 1.053μm激光 直接驱动 超热电子 爆推靶和烧蚀靶     

小孔等离子体运动实验方法

在间接驱动惯性约束聚变的黑腔中,辐射烧蚀的高Z等离子体的流体力学运动过程对激光注入黑腔的效率、辐射场均匀性和通过诊断口的黑腔辐射温度诊断都有显著影响。为研究诊断口在黑腔辐射场中的等离子体缩口过程,用激光产生X光辐射加热低Z泡沫填充的金黑腔诊断口,以激光辐照钛平面靶产生的2～5 keV高能段窄能区X光作为背光源,用X光分幅相机获得了源靶和小孔靶两种靶型的小孔等离子体运动过程图像,研究了X光烧蚀的小孔等离子体的流体力学运动过程,探索了定量测量小孔等离子体面密度的空间分布与时间演化过程的实验诊断方法,初步给出小孔等离子体的面密度。     

我国首次间接驱动内爆出中子实验成功

1990年10月中旬到11月底,中国工程物理研究院激光惯性约束聚变实验作业队在我国“神光”装置上,进行了以研究间接驱动内爆为主要目标的激光打靶实验。以可靠的诊断设备和重复的实验数据确认,两种间接驱动方式(辐射驱动和混合驱动)内爆出中子的实验均获得成功,其最高聚变中子产额分别达到:5×10~3中子/脉冲和3×10~5中子/脉冲。 实验采用中国工程物理研究院核物理与化学研究所研制的空腔靶,靶腔由金(Au)材料制成,腔内悬挂内充一定压力的氘氚气体玻璃微球,其氘氚含量比为1:1。     

罗斯滤片法测量激光打靶X射线辐射通量

利用一套罗斯滤片系统测量激光轰击固体金属Ti平面靶产生的X射线辐射通量,系统包括两个相同的X射线探测器及相应滤膜。罗斯滤片法的优点在于利用相邻核素对X射线相似的阻止率,可滤出一个窄的能带并去除高能部分的干扰,获得了Ti平面靶K壳层X光辐射产额。实验结果表明:硬X射线能段在4.5~4.9keV之间的K壳特征辐射占优,连续谱所占份额较低(与晶体谱仪一致);随着激光能量的增加,特征辐射增加;激光强度接近2×1015 W/cm2时,能量转换效率出现峰值。     

双束黑洞靶辐射特性实验研究

本文着重介绍在“神光”装置上两路对打黑洞靶辐射特性实验研究。利用两台配置时标装置的亚千电子伏能谱仪(Dante)进行时间关联测量,分别监测双束靶吸收转换区和内爆压缩区泄漏X光谱脉冲波形、辐射能谱、辐射温度、辐射时间谱及其辐射温度随时间变化关系。同时进行了大量不同型号黑洞靶实验,给出吸收转换区辐射温度随注入激光能量面密度变化的关系曲线及其定标关系式。实验中,首次把掠入射平面反射镜用于亚千X光能谱测量,并取得预想的结果。     

紫外超短脉冲激光辐照固体靶产生硬X射线研究

 实验研究了紫外高强度超短脉冲激光(248nm, 440fs, 50mJ)辐照固体靶时产生的硬X-射线(>30 keV)能量连续谱，靶上强度达到10¹⁷ W/cm²。P极化光45°照射5mm铜片，实验探测到了能量大于200keV的X射线信号，利用Maxwellian分布拟合能谱得到了的超热电子温度为67keV。     

超相对论强度激光与薄膜靶作用中0.4 nm以下X射线阿秒脉冲的产生

用一维粒子模拟程序对功率密度在10²² W/cm²以上的超强激光驱动薄膜靶产生的相对论电子层及其经过汤姆孙散射产生的阿秒X射线进行了研究. 结果表明, 在超相对论强度范围下增大驱动激光强度, 相应减小等离子体密度及厚度可使电子层获得更高纵向动量, 使汤姆孙散射光明显向更短波长移动. 优化相关参数得到了波长为 1.168 nm的阿秒脉冲. 经过对倍频探测光方案与驱动光以及薄膜靶参数进行综合考虑和优化, 得到的X射线相干辐射波长有效减小到0.4 nm以下, 产生的光子能量达到2 keV以上. 关键词： 超相对论强度激光 阿秒X射线 相对论电子层 汤姆孙后向散射     

基于激光驱动等离子体X光源的X射线相衬成像

为了诊断惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸球壳的多层信息,在神光Ⅱ激光器上对激光驱动等离子体X光源的相衬成像进行了研究。利用神光Ⅱ第9路激光驱动平面Ti靶获得X光源,在10μm的针孔约束下作为次级点光源对样品成像,用X光胶片记录。成功地将相衬成像技术应用于ICF实验,综合考虑成像放大倍数、分辨力、成像衬度和抑制烧蚀碎片等因素,选择合适的实验条件,成功获得了清晰的双层内爆靶丸球壳结构,空间分辨力优于10μm。     

8路神光Ⅱ装置在基频和三倍频条件下工作研究进展

 简要描述在神光Ⅱ装置上进行的部分物理实验，为神光Ⅱ激光装置提供光学性能指标。神光Ⅱ激光装置已经能在三倍频、外转换效率高于60%的条件下常规输出三倍频能量。穿孔实验表明，蓝光(3w₀)的光束质量，特别是远场旁瓣分布质量，甚至于要好于红光(1w₀光)。用100ps脉冲宽度的红光输出打爆推内爆的氘氚球靶，获得单发最高中子产额4×10⁹个。基频线聚焦打靶，获得类Ni银X光激光饱和输出，并成功应用于激光等离子体密度测量，观测到莫尔条纹移动。     

19.6nm波长类氖锗X光激光光源理论模拟

 波长19.6nm的类氖锗X光激光适合作为诊断激光等离子体界面不稳定性的光源。用经过实验检验的系列程序对预-主短脉冲驱动类氖锗进行了系统的优化设计和理论分析。采用2%~3%的预脉冲强度，6~8ns的预-主脉冲时间间隔，在4×10¹³W/cm²功率密度驱动下, 波长19.6nm增益区的宽度可以超过60μm，增益区的维持时间可以达到90ps。对于16mm长的平板靶，增益系数可达11.8/cm；弯曲靶增益系数可达13.3/cm；单靶小增益长度积可达21.3，单靶就可以获得饱和增益。采用双靶对接，其小讯号增益可达38.4，可以获得深度饱和增益，能满足应用演示所需的X光激光光源。     

神光Ⅲ主机装置首次间接驱动内爆集成实验

基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆,通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性,演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力, 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标;其中,真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.91012,YOC达到60%;充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.41012,YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。     

空腔靶X光发射特性研究

在“神光”装置上对几种类型的空腔靶进行了激光打靶实验,我们利用亚千X光透射光栅谱仪(TGS)、针孔相机(PC)、以及平响应X光二极管(P-XRD)对激光等离子体X光发射特性进行了研究。基本上弄清了空腔靶源区、向爆区X光发射特性。为激光间接驱动内爆的理论数值模拟和靶的优化设计提供了实验依据。     

双脉冲激光锡等离子体光源的碎屑动力学研究

极紫外光刻是下一代大容量集成电路制造中最有发展前景的技术之一, 而碎屑的减缓及阻挡一直是极紫外光刻光源研究中亟需解决的关键问题。研究了双纳秒激光脉冲辐照锡靶产生的等离子体碎屑的动力学演化。结果表明, 等离子体碎屑强烈依赖于预脉冲的能量及其与主脉冲的时间延迟, 当预脉冲能量为30 mJ, 双脉冲时间间隔150 ns情况下, 大部分锡离子的能量从2.47 keV降低到0.40 keV, 降低了6.1倍, 碎屑得到了有效抑制。通过对碎屑动能角分布的测量, 发现此方法可以有效减缓全角度范围的激光锡等离子体碎屑, 并且越接近靶材法线方向, 碎屑的动能减少得越多。     

双脉冲激光锡等离子体光源的碎屑动力学研究

极紫外光刻是下一代大容量集成电路制造中最有发展前景的技术之一,而碎屑的减缓及阻挡一直是极紫外光刻光源研究中亟需解决的关键问题。研究了双纳秒激光脉冲辐照锡靶产生的等离子体碎屑的动力学演化。结果表明,等离子体碎屑强烈依赖于预脉冲的能量及其与主脉冲的时间延迟,当预脉冲能量为30 mJ, 双脉冲时间间隔150 ns情况下,大部分锡离子的能量从2.47 keV降低到0.40 keV,降低了6.1倍,碎屑得到了有效抑制。通过对碎屑动能角分布的测量,发现此方法可以有效减缓全角度范围的激光锡等离子体碎屑,并且越接近靶材法线方向,碎屑的动能减少得越多。     

激光脉冲能量对激光诱导Al等离子体辐射特征的影响

使用Nd：YAG激光器烧蚀金属Al靶获得等离子体,利用光谱时-空分辨技 术,在52 mJ～145 mL/pulse激光脉冲能量范围内,关于激光脉冲能量对激光诱导等离子体 辐射特征的影响进行了研究。使用的气体是Ar气,压强为10 kPa。结果发现,激光脉冲能量 升高,引起特征谱线强度增加,连续谱强度也增加;但能量过高,会击穿周围气体,产生气 体微等离子体。此时,特征谱和连续谱几乎不再增强;最大特征辐射强度在145 mJ、10 kPa 、靶前0.1 mm处、延时180 ns获得;同一条件下获得最强背景连续谱,而信号-背景差是在 145 mJ、10 kPa、靶前1.0 mm处、延时450 ns达到最大值。基于Al等离子体不同激光脉冲能 量下的时间-空间分辨谱,对结果进行了简单的讨论。并分别确定了获得最大特征辐射和信 号-背景差的条件。     

斜辐照激光等离子体辐射X光子特性

 在神光Ⅱ高功率激光装置上,实验研究了激光斜辐照形成的激光等离子体辐射X射线光子的特性及真空喷射热等离子体流的方向。采用针孔X射线相机测量了钕玻璃激光（基频1.053 μm）辐照铝靶形成的激光铝等离子体辐射的X射线光子的空间分布,并针对正入射和入射激光斜辐照情况下测得的X射线光子量及特性进行了分析和比较。结果发现：入射激光斜辐照固体平面靶产生的向真空喷射热等离子体流的方向是垂直靶面（即法线方向）;正入射和斜入射激光叠加驱动靶时,一定程度上能改善激光辐照的均匀性,但等离子体源辐射的X射线光子数并未发现显著地增加;当激光斜辐照与靶相互作用时,激光能量被等离子体吸收下降。     

气体靶激光等离子体软X-射线源实验研究

介绍了一种无碎屑、高亮度、高工作频率的气体靶激光等离子体软X 射线源。其喷气阀门由压电陶瓷驱动 ,工作频率可达到 40 0Hz。与金属靶激光等离子体软X 射线源相比 ,此光源无碎屑。与喷嘴由电磁阀控制的气体靶激光等离子体软X 射线源相比 ,它有较高的工作频率。一工作在模拟模式的通道电子倍增器被用于探测来自光源的软X 射线辐射 ,其输出信号经过一电荷灵敏前置放大器进一步放大变成电压脉冲信号 ,脉冲幅度与输入电荷灵敏前置放大器的电量成正比。实验测得CO2 ,Xe和Kr在 8～ 2 2nm软X 射线投影光刻常用波段的光谱辐射特性。CO2 光谱包括类锂和类铍离子跃迁形成的线谱 ,Xe光谱是多电荷氙离子 4d 5f,4d 4f,4d 6p和 4d 5p跃迁所形成的光谱。Kr气体靶光谱包括类铜离子、类镍离子、类钴离子和类铁离子跃迁形成的线谱和连续谱。