Al-Cu和Cu-Al阻抗匹配交叉实验初步分析

在传统的利用化爆和二级轻气炮作为驱动源的状态方程阻抗匹配实验中，为了考核不同标准材料的可信度，采用了标准材料交叉检验技术。即依次利用这些标准材料作为测量某个待测材料测量雨贡纽线的标准材料，通过比较待测材料雨贡纽线数据的一致性实现对这些标准材料的检验。2004年在神光-Ⅱ装置上完成的二倍频激光Al-Cu和Cu-A1阻抗匹配实验，是一种交叉实验。这两类实验不仅铝、铜二者互为标准材料和待测材料，而且实验包含了正反阻抗匹配两种类型：铝-铜正阻抗匹配实验中冲击波由低阻抗铝进入高阻抗待测材料铜，铜-铝反阻抗匹配实验中冲击波由高阻抗铜进入低阻抗待测材料铝中。     

聚乙烯冲击压缩特性实验研究

利用神光Ⅱ装置第九路输出的倍频激光,采用直接驱动方式研究了聚乙烯(CH₂)材料的冲击压缩特性.实验表明聚乙烯冲击波阵面自发辐射较强,冲击波在聚乙烯台阶中的传播比较稳定.采用阻抗匹配方法,以铝作标准材料,测量了聚乙烯的冲击绝热线,聚乙烯冲击压强达0.54 TPa,冲击波速度测量相对扩展不确定度~2%(K=2),实验数据的一致性较好,与已有低压实验数据及状态方程解析模型比较符合. 关键词： 聚乙烯 冲击绝热线 自发辐射 倍频激光     

斜入射激光驱动的冲击波在样品中传播特性的实验研究

在“神光-Ⅱ”高功率激光装置上，利用弯折靶、双台阶靶实验及通过对等离子体喷射状态的实验测量，研究了激光斜入射情况驱动的冲击波传播特性.结果表明，即使在大角度(约45°)斜入射的激光驱动下，靶材料中的冲击波依然是沿着靶面法线方向传播的，并能形成很好的一维正击波. 关键词： 斜入射 冲击波 弯折靶 双台阶靶 激光状态方程     

静-动加载相结合的材料状态方程实验平台的研制

根据神光-Ⅱ第九路高功率激光加载的特点,对传统静高压金刚石压砧装置进行了改进和优化设计,研制出了适合高功率激光加载条件下材料宽域状态方程研究的新型静高压靶.在神光-Ⅱ高功率激光装置上建立了基于静高压金刚石压砧和动高压激光相结合的材料宽域状态方程研究平台.利用这一平台开展了超纯水的宽域状态方程实验探索,获得了较好的实验结果.     

超高压高精度激光状态方程实验测量

材料高压下的状态方程（EOS）在天体物理、材料科学和惯性约束聚变（ICF）等研究领域中都是十分重要的。2004年在“神光”-Ⅱ装置上进行了单路倍频激光直接驱动的Al-Cu阻抗匹配靶实验和Cu-Al阻抗反匹配实验，目的是提高冲击波速度的测量精度和准确性，同时校验测量方法的实用性和可靠性。     

利用“神光-Ⅱ”激光装置多路光束叠加直接驱动下的冲击波平面性及稳定性

 利用“神光-Ⅱ”的3路基频光输出及小透镜列阵束匀滑技术，通过优化设计和合理地选择光路组合，实现了多路叠加斜入射的驱动激光, 在靶材料中产生一个650~750μm范围内平面性良好的冲击波，有效地提高了“神光-Ⅱ”输出光束的利用率。同时，利用斜面靶进行的冲击稳定性实验表明，在靶面功率密度分别为3.26×10¹⁴及2.56×10¹⁴W/cm²时，冲击波至少在28.38~55.82和22.13~35.07μm的Al样品厚度内是稳定传播的。     

“神光-Ⅱ”装置第九路靶场终端光学组件的研制

 针对“神光-Ⅱ”装置第九路系统主激光瞄准精度小于等于30 μm和大焦斑辐照均匀性优于10％的要求，提出了靶场终端光学组件的设计结构。应用有限元法对组件关键机械元件和ICF靶室整体进行动静态分析，优化了设计参数。同时与聚焦透镜配合进行数值分析列阵透镜，确定了单元数、曲率和厚度以及单元长和宽等参数。经过实验测试，主激光瞄准精度达到28.9 μm，大焦斑辐照的形状为1 000 μm×500 μm，均匀性为12.0％。     

液氘状态方程实验数据测量

在神光Ⅱ高功率激光装置上建立了液氘状态方程实验研究系统, 在80 min内实现控温范围12–300 K可调、控温精度±0.03 K、机械震动 ≤20 μm的实验控制精度; 通过镀膜窗口质量筛选和靶体清洁工作解决了低温下窗口材料残余反射率高的难题, 获得了信噪比较好的实验图像; 利用神光II第九路输出3ω (351 nm)、3 ns、1000 J的能力, 采用阻抗匹配方法, 配合任意反射面速度干涉仪诊断系统, 在国内首次获得液氘在约60 GPa压力下的冲击绝热线实验数据, 数据与国外同压力区间数据符合较好, 为下阶段约100 GPa压力范围液氘状态方程的实验研究奠定了基础.     

高温铝等离子体X光发射谱实验

 在神光-Ⅱ高功率激光装置上，以束匀滑的第九路钕玻璃二倍频激光均匀辐照薄层铝埋点靶，通过激光烧蚀作用产生较均匀的铝高温等离子体，用平面晶体谱仪在靶面前向和切向同时测量了X光发射谱信号，并将前向发射谱进行了定量化还原处理。利用辐射流体力学程序MULTI-1D首先对等离子体状态进行了模拟计算，然后采用基于碰撞辐射模型的光谱程序对该状态下的光谱开展了计算，并将实验测量光谱与理论计算光谱进行了比较和分析，符合得较好。     

“神光-Ⅱ”第九路终端光学系统稳定性分析

 在“神光-Ⅱ”装置上进行先进高能多功能激光束系统(简称第九路)研制工程中，由于在原ICF靶室上又增加了输入“汤姆逊探针光”和“X光背光照明探针光”的锥形真空套筒及其终端光学元件，导致原有靶室结构的变化，可能会引入新的不稳定因素。通过有限元分析方法，建立有限元分析模型，进行优化设计。通过位移传感器测量结果可知，第九路终端光学元件径向窜动所引起的打靶误差最大值为2.110 μm，小于“神光-Ⅱ”靶场终端光学系统的最大允许误差值7.785 μm。     

激光作用铝靶爆轰波流场观测与理论分析

进行了强激光作用铝靶实验,采用纹影照相法,观察爆轰波流场演化过程,分析了爆轰波衰减规律。根据冲击波运动的自相似性,采用点爆炸模型描述了激光作用下爆轰波流场的演化,计算了波阵面速度、压力和温度。结果显示:爆轰波阵面沿迎着激光光源方向较快传播,波阵面形状由最初的半椭球形逐渐向半球形转变,在演化过程中扰动区结构复杂,存在多个密度间断层。在爆轰波开始传播阶段,波阵面的压力和温度较高但下降很快。     

台阶板中兰姆波A0模式传播特性的光弹研究

为了研究变壁厚结构中兰姆波的传播特性，以K9玻璃制成的台阶板为波导，运用动态光弹法实现了兰姆波在阶梯板中传播过程的可视化。使用MATLAB对兰姆波的理论应力分布进行了仿真，将仿真结果与光弹图像相对比以进行模式识别。此外，根据兰姆波的动态光弹图像计算了特定模式的相速度，并与相速度频散曲线相对比，以支持模式识别的结果。对4mm-3mm和4mm-2mm厚度差台阶板进行了对比分析。研究发现在激励目标模式的兰姆波时，可能会出现非目标模式，并且兰姆波的模态转换与频散程度与台阶处的厚度差有关。本文的结果可对具有相同性质类似结构材料的无损检测提供参考。     

液电脉冲激波特性分析

基于相应的数学模型来表征液电脉冲激波的产生和传播过程,搭建了液电式碎岩综合试验平台,分析了典型的激波特性的仿真和实测结果。给出了不同充电电压下液电脉冲激波特性的仿真结果,并分析了充电电压对激波特性的影响。结果表明:充电电压为11 kV时,激波的压力峰值为2.67 MPa,激波能量为27.30 J,波前时间为2.16μs,激波加载速率为1.24 MPa/μs,电能转化为激波能量的效率为13.35%;提高电容充电电压,激波压力峰值和激波能量增大,波前时间减少,激波加载速率增加,但电能转化为激波能量的效率降低。利用建模分析的方法,可以根据放电回路参数预测液电脉冲激波特性,从而为进一步研究激波破碎岩石的形态和效果提供理论依据。     

Optical diagnostics for particle-cleaning process utilizing laser-induced shockwave

The dynamics of laser-induced plasma/shockwave and the interaction with a surface in the laser shock cleaning process are analyzed by optical diagnostics. Shockwaves are generated by a Q-switched Nd:YAG laser in air or with N₂, Ar, and He injection into the focal spot. The shock velocity is measured by monitoring the photoacoustic probe–beam deflection signal under different conditions. In addition, nanosecond time-resolved images of shockwave propagation and interaction with the substrate are obtained by the laser-flash shadowgraphy. The results reveal the effect of various operation parameters of the laser shock cleaning process on shockwave intensity, energy-conversion efficiency, and flow characteristics. Discussions are made on the cleaning mechanisms based on the experimental observations. PACS 81.65.Cf; 42.62.-b; 47.40.Nm     

Thickness and composition of gold and silver alloys determined by combining EDXRF‐analysis and transmission measurements

Energy‐dispersive X‐ray fluorescence (EDXRF)‐analysis is a technique which in the case of metals analyzes thin surface layers. For example, when gold and silver alloys are analyzed, it typically interests a depth of microns up to a maximum of tens of microns. Therefore, it can give wrong results or be affected by a large indetermination when the sample composition is altered because of surface processes, as often happens when silver alloys are oxidated, and sometimes in the case of gold alloys rich on copper or silver. A complementary technique was therefore developed, of bulk analysis, which uses the same equipment employed for EDXRF‐analysis; the X‐ray beam from the X‐ray tube is monochromatized by means of a tin secondary target, which K lines bracket the silver‐K discontinuity. The sample to be analyzed is positioned between the secondary target and the detector. This technique is able to determine (by measuring the attenuation of tin‐K rays) thickness and/or composition of gold and silver alloys having a thickness of less than about 120 µm for gold and about 0.7 mm for silver. The method was tested with Au–Ag–Cu alloys of known composition and thickness and then applied to gold and silver artifacts from the tomb of the Lady of Cao, which belongs to the Moche pre‐hispanic culture from the North of Peru, and dates about 300 A.D. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Ballistic focusing of polyenergetic protons driven by petawatt laser pulses

By using a thick (250 μm) target with 350 μm radius of curvature, the intense proton beam driven by a petawatt laser is focused at a distance of ～1 mm from the target for all detectable energies up to ～25 MeV. The thickness of the foil facilitates beam focusing as it suppresses the dynamic evolution of the beam divergence caused by peaked electron flux distribution at the target rear side. In addition, reduction in inherent beam divergence due to the target thickness relaxes the curvature requirement for short-range focusing. Energy resolved mapping of the proton beam trajectories from mesh radiographs infers the focusing and the data agree with a simple geometrical modeling based on ballistic beam propagation.     

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     

影响X光源特性的参数研究

针对高能电子束撞击重金属靶产生轫致辐射光子, 利用蒙特卡罗方法详细研究了电子束半径与发射度以及靶的厚度对X光源特性的影响. 结果表明：电子束半径与发射度不仅是影响照射量的主要因素, 也是造成照射量分布不均匀的主要原因; 给定电子束, 存在一个靶厚度使得靶前1 m处的照射量最大. 因此, 在X射线成像系统的设计和模拟过程中, 应综合考虑电子束半径与发射度和靶厚的影响.     

紫外-可见光光束在TiO2纳米颗粒胶体中的传输

紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工技术利用紫外光场对入射纳米颗粒的催化作用实现对工件表面材料的高效去除。为掌握紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工过程中紫外光束在纳米二氧化钛胶体中的传输特性,基于纳米二氧化钛胶体对紫外-可见光的吸收及散射理论,通过系列实验得到紫外-可见光束在不同浓度、吸收层厚度的二氧化钛纳米颗粒胶体中的传输特性及衰减关系。结果表明,为保证足够强度的紫外光能通过纳米二氧化钛胶体照射在工件表面,胶体浓度宜控制在500 mol/m3以下,光-液耦合区胶体吸收层的厚度不宜超过20 mm。