激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中的应用探索

利用神光Ⅱ装置发射强激光一方面对铝靶进行烧蚀加载,另一方面驱动铜背光靶发射X光对铝靶微层裂产物进行针孔背光照相,结果获得了可忽略动态模糊的高清晰照片,标准丝阵检验表明分辨率优于40 m。铝靶微层裂产物照片清晰显示,靶破碎存在不同分区, 这直观揭示了靶破碎的不同机制。实验成功验证了激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中存在重要的应用前景。     

脉冲激光产生层裂的一维和二维数值计算

 通过简化的物理分析，将脉冲激光加载简化为一定的力学边界条件，考虑了材料内部的损伤演化，采用含损伤的热粘塑性本构模型模拟了铝合金材料的层裂。由于脉冲激光产生的压力脉冲较短，随后的卸载波将使得靶中传播的冲击波压力幅值下降。一维和二维计算得到的层裂片厚度与已有的实验数据符合很好。通过计算，得到了脉冲激光发生层裂时的应变率。     

基于神光III原型装置开展的激光直接驱动准等熵压缩研究进展

整形激光驱动准等熵压缩是高效的物质动态压缩方式,是开展材料高压压缩特性研究的重要手段.本文系统介绍了近年来基于神光Ⅲ原型激光装置开展的整形激光直接驱动准等熵压缩研究工作：创立了凝聚态物质的准等熵压缩理论模型,改进了实验设计方法和数据处理方法,掌握了制靶工艺,开展了激光加载实验并在多种靶型中实现了数百GPa的准等熵压缩.实验获取的参数范围超过传统加载方式,数据质量达到国际先进水平.     

基于特征线反演的斜波加载实验数据处理与分析北大核心CSCD

基于特征线反演法,开展了斜波加载实验的数据处理,对特征线反演法进行了数值验证和不确定度分析;并对磁驱动CQ-4装置上开展的准等熵压缩金属铝台阶靶实验的速度剖面进行了数据反演,通过原位粒子速度和材料声速,积分得到了包含弹-塑性转变过程的应力-应变曲线;此外,对不同反演方法得到的材料弹性屈服极限等进行了比较和分析,进一步论证了不依赖于本构模型的特征线反演分析在斜波加载实验数据处理中的重要性。     

磁驱动斜波压缩实验结果的不确定度分析

磁驱动斜波压缩作为一种新颖的加载技术受到冲击动力学界的关注。对磁驱动斜波压缩实验过程进行了分析,给出了Lagrange正向数据处理的误差传递公式,并对反向积分数据处理的实验不确定度进行了评估。正向分析和反向积分计算得到的实验不确定度一致。磁驱动斜波加载实验获得的材料声速的相对不确定度小于1.5%,应力的相对不确定度小于2.5%,表明磁驱动平面斜波压缩实验技术是一种可靠的精密物理实验技术。     

基于神光Ⅲ原型装置开展的激光直接驱动准等熵压缩研究进展

整形激光驱动准等熵压缩是高效的物质动态压缩方式,是开展材料高压压缩特性研究的重要手段.本文系统介绍了近年来基于神光III原型激光装置开展的整形激光直接驱动准等熵压缩研究工作:创立了凝聚态物质的准等熵压缩理论模型,改进了实验设计方法和数据处理方法,掌握了制靶工艺,开展了激光加载实验并在多种靶型中实现了数百GPa的准等熵压缩.实验获取的参数范围超过传统加载方式,数据质量达到国际先进水平.     

基于特征线反演的斜波加载实验数据处理与分析

基于特征线反演法,开展了斜波加载实验的数据处理,对特征线反演法进行了数值验证和不确定度分析;并对磁驱动CQ-4装置上开展的准等熵压缩金属铝台阶靶实验的速度剖面进行了数据反演,通过原位粒子速度和材料声速,积分得到了包含弹-塑性转变过程的应力-应变曲线;此外,对不同反演方法得到的材料弹性屈服极限等进行了比较和分析,进一步论证了不依赖于本构模型的特征线反演分析在斜波加载实验数据处理中的重要性。     

电磁驱动45钢准等熵压缩的实验研究

在已有的众多准等熵加载技术中,磁驱动准等熵加载技术具有准等熵程度高、压力范围大、实验材料种类多、效费比高等特点。利用中物院流体物理研究所建成的磁驱动准等熵压缩和高速飞片实验装置CQ-1.5(最高加载压力为50GPa),成功开展了45钢的准等熵压缩实验,对装置的主要参数进行了介绍;利用激光干涉测试系统DPS获得了45钢飞片的自由面速度历史,通过反积分处理给出了材料准等熵压缩的p-V关系。通过分析实验数据,获得了45钢3种形式的等熵方程的参数。实验获得的最高等熵压力为47.5GPa。     

烧蚀引起R－T不稳定性实验条件的初步研究

激光和辐射烧蚀引起的Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ（Ｒ－Ｔ）不稳定性是激光聚变的重要研究课题，本文讨论了Ｒ－Ｔ不稳定性实验的有关要求，在考虑烧蚀致稳的情况下，对特定的塑料薄膜靶用解析公式计算了Ｒ－Ｔ不稳定性线性发展阶段的积分增长指数随扰动波长、驱动源强度和持续时间的变化。给出某些感兴趣的物理图象，提供的信息可供有关实验和靶设计参考。     

烧蚀引起R－T不稳定性实验条件的初步研究

激光和辐射烧蚀引起的Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ（Ｒ－Ｔ）不稳定性是激光聚变的重要研究课题，本文讨论了Ｒ－Ｔ不稳定性实验的有关要求，在考虑烧蚀致稳的情况下，对特定的塑料薄膜靶用解析公式计算了Ｒ－Ｔ不稳定性线性发展阶段的积分增长指数随扰动波长、驱动源强度和持续时间的变化。给出某些感兴趣的物理图象，提供的信息可供有关实验和靶设计参考。     

强激光间接驱动材料动态破碎过程的实验技术研究

强激光驱动加载已成为冲击波作用下材料动态破碎过程研究的一种有效手段.采用间接驱动方式,设计合适的腔型进行物理实验研究,可实现更大且更均匀的冲击加载一维区.采用数值模拟和物理实验方法,研究强激光间接驱动材料动态破碎过程的实验技术.首先,利用IRAD程序设计适用于开展动态破碎过程研究的半柱腔,其直径为2 mm、腔长为2 mm;进而通过物理实验获得此腔型下多个激光能量点、脉宽2 ns和3 ns条件下辐射峰值温度和波形;最后,利用流体模拟方法给出多种辐射波形下的冲击加载波形.利用高能X射线成像和光子多普勒干涉仪诊断给出间接驱动加载下层裂过程的物理图像和速度历史.经分析发现,间接驱动的加载一维区达到2 mm,平面性优于5%,能有效地开展相关物理实验研究.研究结果为新型柱腔设计、冲击加载技术及动态破碎过程研究提供了重要的研究基础.     

准等熵压缩实验中金属铝的热力学耗散分析

为获取高压下材料的纯热力学压力-比容参考线和完全物态方程,减去应力-应变曲线中的其它信息,对准等熵压缩实验中由加载应变率引起的黏性耗散和热传导引起的热耗散做了分析讨论。基于反积分计算和流体动力学积分计算相结合的方法,根据激光加载(约108 s-1)和磁驱动准等熵压缩(约105 s-1)的实验数据,对材料声速、应力-应变曲线、温度和熵增等物理量进行计算,分析了不同应变率与该物理量的关系;还对热传导和SCG本构模型进行了计算,分析了热传导引起的温度变化对材料屈服强度、剪切模量和拉格朗日声速的影响。结果表明:激光加载实验中,应变率引起的温升差异约为180K,熵增差异约为250J/(kg·K),热传导导致温度下降40K;磁驱动准等熵压缩应变率较低,引起的熵增变化小于8J/(kg·K)。     

类氖锗软X射线激光输出达到深度饱和

在国家“863”计划激光技术领域专家委员会的支持下,1992年9月,中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所、北京应用物理与计算数学研究所成功地进行了新的一轮四靶串接加反射镜X射线激光实验.波长为23.2和23.6nm两条激光线的有效增益长度积GL达17.5,创世界最高纪录,表明我国 X射线激光技术研究走在世界前列. 实验用我国的“神光”装置作驱动源,在上一轮四靶串接X射线激光实验成功的基础上,把X射线多层膜反射镜放置在四靶的西侧,距靶端3cm处,使由南路激光辐照的一、二靶产生的X射线激光实现了双程放大、经双程放大的X射线.激光输出强度…     

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。     

激光驱动气库材料实现准等熵压缩理论模型分析

激光驱动气库材料可用于实现准等熵压缩,为了预估样品靶前表面的峰值压力及分析样品靶前表面压力随时间变化曲线,建立了一个简化的理论模型用于描述这一物理过程。激光入射在气库材料上产生冲击波,冲击波到达气库材料背表面卸载使其成为等离子体,进而在真空中自由膨胀。在膨胀的过程中,等离子体密度、温度不断降低,并堆积在样品前端使样品表面的温度、压力缓慢上升,实现准等熵压缩。将气库材料近似为多方气体,对其进行分层处理,求解得到每一层等离子体自由膨胀的解析解,进而编写程序计算多层等离子体堆积在样品前端压力随时间变化曲线。与实验上获得样品自由面粒子速度后用背积分方法获得的样品前端压力随时间变化曲线进行对比,较为吻合,表明这种模型可以用于预估样品前端压力。     

短脉冲强激光驱动磁重联过程的靶后电势分布特征

超短超强激光因其极端的物理参数范围以及可用于研究相对论等离子体等特征,成为当前激光驱动磁重联物理的研究热点.通常采用两路激光与平面靶相互作用实现激光驱动磁重联,然而在实验诊断中,由于激光等离子体自身的复杂性导致很难辨别磁重联的物理特征.本文对两路短脉冲激光驱动平面靶磁重联进行了数值模拟,重点分析了靶后电势分布特征和磁重联之间的关系.模拟结果显示,靶后电势分布可以直接影响被加速离子在探测面上的空间分布,因此可用来直接诊断短脉冲激光驱动磁重联实验.     

纳秒激光冲击加载的全过程诊断

 与传统的冲击加载方式相比,激光驱动试样具有微尺寸（直径小于1 mm,厚度约10 μm）、超短作用过程（纳秒量级）等特点,但其速度变化历史的实时诊断颇为困难,因此发展适用于激光驱动的高时空分辨率的实时测试技术是十分重要和有价值的。采用桌面式脉冲Nd:YAG激光器作为加载平台,发展了激光加载下的小焦点多普勒光纤探针测量系统（焦斑直径约200 μm,时间分辨力约50 ps）,成功实现了从激光脉冲驱动微尺寸飞片飞行直至撞击Z-切石英试样的全过程实时诊断。实验结果显示,将6 μm 厚Al箔飞片驱动至2.48 km/s时,撞击Z-切石英试样的粒子速度为1.27 km/s,与Hugoniot理论计算结果相符,表明该测试技术是可靠、有效的;多层薄膜靶结构设计（基底/烧蚀层/硅油/Al箔）可提升激光与靶物质的能量耦合效率,使飞片保持更好的宏观完整性。为开展超短脉冲激光加载下材料动态特性研究提供了一种有效的技术途径。     

针对神光II升级装置的直接驱动快点火集成实验靶的初步设计

神光II激光装置升级完成后,激光能量将大幅提高,同时配备皮秒拍瓦激光束,能够满足快点火研究在万焦耳级平台开展集成实验的需求.神光II升级装置设计原则是以间接驱动为主,兼顾直接驱动.尽管直接驱动只是替代方案,然而由于直接驱动在快点火预压缩中具备一定优势,如能量利用率较高、对快点火导引锥预热较少、便于诊断等,因此需要探索基于神光II升级装置的直接驱动快点火靶设计.本文针对神光II升级装置的激光条件,利用辐射流体程序Multi1D对集成实验用快点火直接驱动靶的尺寸进行了初步内爆压缩设计和优化.在激光条件固定的情况下,优化无充气单层靶球的半径、厚度,尽可能实现高的密度、面密度.得到最优靶参数为外半径420μm,壳层厚度35μm,与靶球定标关系验证一致.根据超热电子定标关系,计算表明压缩过程实现的最高面密度与皮秒拍瓦激光产生的超热电子射程基本匹配.     

多点光源相衬成像法应用于内爆背光照相实验

针对常规内爆背光照相中存在的光源均匀性差、 靶丸图像烧蚀层与气体层界面不清晰、 瞄准精度差等关键问题设计了新型的背光照相靶. 在神光II大型激光装置上采用阵列点光源结合相衬成像的方式获取了清晰的靶丸烧蚀层与气体层界面信息, 同时具备光源均匀性好, 成像视场大的优点; 采用诊断狭缝限光的方式大大提高了瞄准精度使得整体图像质量优于常规靶设计. 实验结果表明, 激光驱动等离子体产生的点光源结合相衬成像方法在精密物理诊断中具有重要的作用, 可以广泛应用于惯性约束聚变以及高能量密度物理研究. 关键词： 惯性约束聚变 背光照相 针孔点背光 相衬成像     

激光驱动材料动态压缩技术

激光驱动动态压缩实验是极端高压高密度研究的主要途径,在多个学科领域具有重要意义,包括地球行星科学,材料科学以及惯性约束聚变,有助于认识极端条件下的材料特性并拓展其在各学科的应用。近年来激光驱动压缩技术在激光装置、激光等离子体、制靶和诊断技术的同步提升下取得了突破性的进展,与其他极端条件实验平台相比,其斜波压缩、复杂路径、衰减冲击等新型加载路径得到快速发展,微介观诊断技术和宏观诊断技术相结合,具有明确的超高压、高温、高应变率以及高同步精度等技术特色。从激光驱动材料压缩的热力学路径、激光驱动的机制与特色、激光驱动实验技术、材料极端压缩物理进展等方面介绍激光驱动实验和理论方面的进展。