“神光”Ⅱ黑腔物理分解实验

本项目主要关注金腔靶内辐射烧蚀等离子体运动对辐射场特性及其诊断产生的影响和抑制方法。黑腔诊断口附近金等离子体喷射容易造成堵口现象，对X光发射能谱特性和角分布测量产生不利影响。腔内金等离子体向心运动还会使入射激光光路偏折，从而改变着靶点位置和能量沉积区域，影响腔内辐射场分布。为便于实验诊断分析，采用半腔靶和静态充气腔靶两种分解靶型进行研究，分别对应以下研究内容：了解金腔靶诊断口附近等离子体喷射对X光诊断的影响和抑制方法；利用填充气体抑制腔壁金等离子体喷射，证实静态充气黑腔靶实验的技术可行性。     

黑腔中等离子体相互作用的流体力学现象观测

激光间接驱动惯性约束聚变实验中,黑腔内情况复杂,在激光烧蚀和辐射烧蚀等的驱动下,光斑区、冕区、纯辐射烧蚀区、射流区的多种等离子体以不同规律运动.发展了X光双能段窄能带的时间分辨成像方法,用以观测黑腔内多种等离子体的运动情况.在真空黑腔中观测到清晰的射流,分析了射流产生机制及其速度;在黑腔中充气,能有效消除射流和抑制冕区等离子体运动,但两种物质界面处可能会出现流体力学不稳定性等现象,分析了界面处的压力平衡关系和密度陡变情况.     

Z箍缩动态黑腔驱动靶丸内爆动力学

利用Z箍缩动态黑腔驱动靶丸内爆是实现惯性约束聚变可能的技术途径之一.聚龙一号装置已开展的动态黑腔实验初步表明形成了有效的动态黑腔辐射场,为驱动靶丸内爆研究奠定了重要基础.针对聚龙一号装置驱动条件,通过建立包含柱形动态黑腔与球形靶丸的柱球耦合物理模型,利用二维辐射磁流体力学程序,对Z箍缩动态黑腔驱动靶丸内爆动力学过程进行了数值模拟研究,获得了丝阵等离子体内爆、丝阵等离子体与泡沫转换体相互作用、冲击波产生和黑腔辐射传输、辐射烧蚀和燃料压缩的完整过程.在此基础上,研究了靶丸赤道面和两极的辐射源均匀性及燃料压缩对称性.结果表明,由于在泡沫转换体中的辐射传输以及黑腔-靶能量耦合过程,靶丸赤道面与两极辐射波形存在一定的时间差和峰值差,造成燃料压缩不对称.若减小靶丸半径,可以提高燃料压缩的对称性,但靶丸半径很小时聚变产额也较低;靶丸半径较大时,由于靶丸赤道面和两极辐射场时间和温度峰值的较大差异,燃料压缩呈现更为明显的不对称性.     

神光Ⅲ原型黑腔物理实验研究

总结了在神光Ⅲ原型激光装置上开展的一系列黑腔物理实验研究,从多个方面研究了黑腔内部等离子体状态和辐射场特性。用真空黑腔能量学研究获得了散射光、辐射温度和不同能段辐射流份额的定标规律,从能量学角度梳理和分析了整个激光黑腔相互作用过程。通过对黑腔中充入低密度低Z气体抑制了腔壁等离子体运动,明显减少了可能造成靶丸预热的金M带辐射流(1.6~4.4keV)份额。针对黑腔内部不同区域等离子体,研究了光斑区等离子体的运动,分析了其与电子热传导限流因子的关系;研究了冕区等离子体的运动,分析了不同充气等离子体条件对其的影响;在同一发次实验中同时测量了光斑区与再发射区的辐射流比值。     

0.35μm激光辐照下柱腔靶的等离子体状态与运动特性

 使用针孔相机配X光条纹相机、法拉第杯等观测了腔靶等离子体的运动特性、腔内壁衬CH膜对高Z高密度等离子体运动的抑制现象以及隔离膜对等离子体膨胀的影响。并用硬X光能谱法和受激喇曼散射光的短波截止推算了相应的腔内热等离子体电子温度。 这些结果有助于0.35μｍ激光辐照下腔靶辐射场特性的深入研究以及未来神光Ⅱ腔靶构型的设计。     

吸积盘的X射线辐射对周围星际物质的离化研究

利用辐射流体力学程序对三倍频纳秒激光与靶物质相互作用进行了模拟研究，得到了可以产生黑体辐射谱分布的激光等离子体X射线辐射靶的最佳厚度；数值模拟研究了黑体谱分布的X射线辐射场对等离子体系统平均离化度分布的影响，它有助于深入理解天体物理中吸积盘对它周围星际物质的离化影响. 关键词： 辐射流体力学 激光等离子体 X射线辐射 吸积盘 离化     

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.     

基频光腔靶辐射温度定标

研究腔靶辐射温度和X光耦合效率与靶结构及激光辐照条件的依赖关系。利用神光-Ⅱ基频光(波长1．053μm,能量3～5kJ／8束,脉宽0．6～0．9ns)辐照金腔靶。采用软X光能谱仪及平响应探测器分别测量腔靶诊断口辐射X光功率谱及其能量角分布。同时,利用五针孔时、空分辨成像技术对腔靶诊断口发射软X光进行实验观测,给出辐射温度推算中需要的等效诊断口面积修正因子。在北京同步辐射软X光标定站,对上述诊断用软X光探测元器件进行了全谱范围(0．05～1．5kev)的绝对标定,以提高X光辐射功率和黑腔辐射温度的诊断精度．     

中低Z材料辐射烧蚀实验研究

 在星光Ⅱ激光装置上,利用波长为0.35μm的激光注入柱腔金箔靶产生的金箔后向X光作源,烧蚀中低Z样品材料,通过空间分辨测量靶源区和样品自发辐射X光的时间过程获得了中Z铝材料的辐射烧穿时间结果;在北京同步辐射源上对透射光栅进行了实验标定。     

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。     

神光III主机上球腔辐射场实验的三维数值模拟与分析

2015年在神光Ⅲ激光装置上开展了两孔球腔物理实验.利用三维隐式蒙特卡罗数值模拟程序模拟两孔球腔中的辐射输运问题,研究辐射场分布及其动态演化过程.数值模拟结果大多数与实验结果符合较好,但局部位置存在明显差异.分析了产生差异的可能原因,提出解决措施及未来发展方向.综合数值模拟结果及其与实验结果的对比可知,三维隐式蒙特卡罗数值模拟程序具备较好的黑腔三维辐射输运数值模拟能力.     

黑腔LEH堵孔实验研究取得新进展

在神光Ⅲ主机激光装置上,采用单端带激光注入孔(LEH)的桶状黑腔,利用极区分幅相机和极区附近X光条纹相机获得黑腔内壁附近和LEH附近等离子体的X射线发射时空演化图像,进而研究LEH堵孔特性。X光图像清晰地展示了激光光斑移动、LEH附近等离子体缩孔和堵孔过程,为优化LEH尺寸提供了实验依据。     

黑腔诊断孔堵口现象的数值模拟

 提出一个用一维数值模拟方法研究黑腔诊断孔的堵口现象模型。它被用来研究黑腔诊断孔的出射光透过率及其变化规律。计算结果表明,主要挡光区的径向运动尺度与靶宽度可比,因而一维平板模拟近似模拟诊断孔堵口现象是合理可行的;主要挡光区的密度基本上满足r >0.2 gcm^-3的规律;等离子体层的横向膨胀使得光透过率增大,在膨胀因子为0.8时计算得到在神光II激光条件下典型黑腔的加权平均透过率为0.75。     

强激光束与空腔靶相互作用实验研究

1.06μm波长的强激光束辐照Au材料制作的空腔靶,采用目前国内最先进的诊断设备。对腔内高温等离子体现象演变规律进行了实验观察,获得了反射激光、能量吸收、X光转换、亚千X光能谱及时空特性、辐射温度、超热电子等重要物理信息,并就实验结果作了必要的分析和讨论     

半腔靶辐射场研究中M带X光角分布测量

 在“神光Ⅱ”实验条件下，通过在半腔靶底部开大约200μm的小孔来模拟测量内爆靶丸附近的M带X光发射的角分布。介绍了实验中采用的诊断方法和实验方法，并给出了典型的实验结果。实验结果表明从半腔靶漏口所开200μm的小孔出射的M带X光不遵从cosθ分布。实验结果有助于对黑腔物理图像的理解，并为内爆实验设计提供实验依据。     

X光分幅相机在黑腔等离子体填充特性研究中的应用

 在神光Ⅱ装置上2.4 ns长脉冲三倍频激光（激光能量8×300 J）与腔靶耦合实验研究中,X光分幅相机通过激光注入孔观测获得了3种腔尺寸腔内Au等离子体径向运动时空分辨图像。用MATLAB对图像进行了定量处理,结合时间分辨辐射温度测量结果分析表明：在腔内不充气、无低Z衬垫情况下,标准腔（800 μm×1 350 μm）在激光脉冲作用到约1.5 ns时出现明显的Au等离子体堵腔效应;当腔尺寸放大到1.25倍（1 000 μm×1 800 μm）和1.5倍（1 200 μm×2 100 μm）时,腔内等离子体基本不堵腔。给出了3种腔尺寸不同时期腔内Au等离子体径向聚心速度,分析表明：大腔的聚心速度比小腔的慢,后期比初期慢。     

神光Ⅲ原型1 ns激光驱动黑腔辐射温度实验研究

在神光Ⅲ原型装置上,利用八束三倍频激光注入金柱腔靶,开展了光学高温计与软X射线能谱仪测量辐射温度的比对研究;利用功率平衡关系式,分析了神光Ⅲ原型1 ns内爆标准腔、1 ns输运腔的辐射温度与激光功率的关系,得到了两种腔靶X射线转换效率（耦合效率）约为50%—55%. 关键词： 辐射温度 冲击波 黑腔靶 激光靶耦合效率     

‘神光Ⅱ’上冲击波法测量黑腔辐射温度

 在“神光Ⅱ”三倍频装置上,由黑腔产生的辐射驱动铝台阶样品产生冲击波,采用光学条纹相机测量冲击波速度,利用冲击波速度与黑腔辐射温度的定标关系,获得了与软X光能谱仪测量相一致的辐射温度;采用热波关系和能量守恒原理对辐射温度进行了分析,计算结果与实验结果一致。