激光间接驱动内爆靶丸的X光诊断

 报道了神光Ⅱ激光聚变实验中内爆燃料靶丸区电子温度、电子密度以及燃料面密度的X光诊断结果。在电子温度诊断中，采用X射线光谱学方法，根据聚变靶丸燃料区的Ar示踪元素的Ly-β线与He-β线的强度比推断出靶丸燃料区电子温度为(950±100) eV；在电子密度诊断中，利用靶丸燃料区Ar元素的He-β线Stark展宽确定聚变靶丸芯部的电子密度为(0.9±0.2)×10²⁴ cm^-3；在燃料区面密度诊断中，利用X光单能照相技术获得了内爆靶丸的燃料面密度为（3.2±0.5） mg/cm²。     

1.315 μm波长附近实际大气高分辨率吸收光谱

 用窄线宽、脉冲可调谐光参量振荡器（OPO）作光源，使用光程长达1 097m的怀特池，采用单探测器分时复用的探测方法，首次在吸收池中精确测量了实际大气中1.315 μm波长附近高分辨率吸收光谱，实验验证了实际大气中水汽是该波段的主要吸收气体；得到了实际大气中吸收分子在氧碘激光波长（7 603.14cm^-11）处的吸收截面为 (1.05±0.09)×10^-24 cm²(标准大气条件下）以及在该波段主要吸收谱线的参数，包括吸收线的位置、线强度、压力加宽半宽度等。利用实测的线参数计算了在氧碘激光波长附近大气分子的吸收截面，发现吸收最小的波长分别位于7 603.31和7 603.93cm^-1，其值约为(8.9±0.8)×10^-25 cm²，比氧碘激光波长处的吸收截面约小15%。     

在等离子体中镁离子谱线MgⅡλ4481?的宽度和位移

本工作测量了MgIIλ4481?(3²D—4²F)在电子数密度为7×10¹⁶—3.1×10¹⁷电子数/cm³范围内的谱线轮廓和位移。采用振荡型电容放电作为光谱光源。在光源中引入水汽,由测量H_β谱线宽度来定电子数密度。观测结果指出,H_β的实验轮廓和Griem-Kolb-Shen的计算结果符合颇好。实验发现MgIIλ4481?谱线向紫方位移,并正比于微观电场的平方;由此定出一个经验上的二级斯塔克效应常数C₄=5.0×10^-14cm⁴/sec。该谱线的轮廓宽度和标准微观电场之间也有平方正比的关系。发现在本实验条件范围内,宽度和位移的比值γ/△保持为常数,其值为γ/△=10.4±0.6。由于谱项4²D的二级斯塔克效应的干扰而产生上能级4²F位移的理论计算虽能说明谱线位移和微观电场间的平方正比关系,但数值偏小于实验结果,指出还有电子贡献的部分。把光谱线的宽度和Lindholm理论公式及Griem等的近似公式作了比较;简单的估计指出,实验结果和后者符合较好。     

感应磁场压缩下氢等离子体中巴耳末系谱线的斯塔克加宽

本工作研究感应磁场压缩下,氢等离子体中的巴耳末系谱线的斯塔克加宽。电容器对围绕在放电管外部的线圈放电,产生交变轴向磁场,使放电管中氢气离化、压缩与加热。放电周期14微秒,放电电压20千伏,最大电流165千安,初始工作气压2.0×10^-1毫米汞高。用照相方法研究H_β和H_γ的轮廓。这些谱线有显著的加宽。在整个发光阶段中,H_β的平均半宽度为14—16(埃),H_γ为18—19(埃),相应的离子密度为1.7—2.5×10¹⁶厘米^-3。实验轮廓与Griem,Kolb和Shen的理论较为接近,与Holtsmark理论相差较远。光电测量进一步表明:H_β的轮廓随着时间而改变,相应的离子密度亦在改变。在放电的第三半周期初级电流极大时,离子密度最大,达到3.2×1O¹⁶厘米^-3,为初始氢原子密度的2.2倍。     

235Th β衰变端点能量的测定

用14MeV中子照射轴并借助于放化分离产生了²³⁵Th源,测得了β谱和γ谱,获得了²³⁵Th的β端点能量为1.44±0.04MeV,从而确定了其Q_B=1.47±0.07MeV.     

飞秒激光-薄膜靶相互作用中超热电子产额和激光转化效率

 在激光能量130 mJ（靶面），脉宽60 fs，波长800 nm，对比度1∶10^-6，激光与靶法线成45°夹角，P偏振，靶面激光峰值功率密度约为7.0×10¹⁷ W·cm^-2，无预脉冲的条件下，采用电子谱仪与经γ标准源标定的LiF热释光探测器（TLD）相配合，测量了飞秒激光-薄膜靶相互作用中产生的超热电子能谱。根据所测的能谱，推算出超热电子的产额和激光能量转化为超热电子能量的效率，在靶法线方向分别为1.19×10¹⁰/sr和4.55%/sr，在激光反射方向分别为1.83×10⁹/sr和0.76%/sr。结果显示，不同方向的超热电子产额和激光转化效率有所不同，原因在于激光-等离子体相互作用产生的超热电子构成各向异性的分布。     

激光烧蚀硬铝产生等离子体温度和力学效应测量

 为了研究激光推进技术中激光与材料相互作用的机制，获取等离子体状态参数及力学参数，采用Nd:YAG被动调Q固体激光器烧蚀硬铝，通过激光诱导等离子体光谱技术测得等离子体光谱和温度，由冲量摆测得力学参数。实验结果显示：在激光功率密度0.534×10⁸ W/cm²时，靶材表面的等离子体温度在等离子体辐射过程中呈二次曲线衰减；改变靶材等离子体点燃阈值附近的激光功率密度时，随着功率密度的增加，等离子体温度、冲量耦合系数也随着增大，当功率密度达到靶材的等离子体点燃阈值时，各参数达到最大，此后随着功率密度增加，由于等离子体对能量的屏蔽作用，导致靶材表面的等离子体温度降低，等离子体获得的动能减少，靶材耦合的冲量降低。     

火花中光谱激发过程的瞬时观测

对火花光源中谱线激发强度的时间过程进行了测量;所用装置的分辨时尚为1×10^-7秒。在放电时间约为2×10^-6秒,工作于临界阻尼状态下的火花中,激发电位高的离子线先出现,而且很短暂。用实验证明在3961.5?重迭的两条AlⅠ与MoⅡ谱线在时间上几乎完全可以分开,提供迴避干扰而利用这些灵敏线作光谱分析的可能性。     

气压对激光诱导Al等离子体特征的影响

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 10 0～ 1× 10 5Pa气压范围内 ,关于环境气体压强对激光诱导的等离子体辐射特征的影响进行了研究。使用的气体是Ar气 ,单脉冲激光能量 145mJ。结果发现 ,气压升高 ,特征谱线强度增加 ,连续谱强度也增加 ;但气压过高 ,在接近大气压时 ,特征谱和连续谱都下降 ;最大特征辐射强度在 10kPa、靶前 0 .1mm处、延时 180ns获得 ;同一条件下获得最强背景连续谱 ,而信号 -背景比是在10 0 0Pa、靶前 1.0mm处、延时 2 50 0ns达到最大值。基于Al等离子体不同气压下的时间 -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 -背景比的条件 ;以及最佳信号采集区。     

激光诱导铝合金E414d等离子体电子温度的空间分布

 采用调Q Nd:YAG脉冲激光诱导铝合金E414d,研究了等离子体的谱线强度、电子温度和电子密度。建立Al (Ⅰ) 256.80 nm、Al (Ⅰ) 308.21 nm和Al (Ⅰ) 396.15 nm的波耳兹曼平面,实验发现距靶面高度1.5 mm处等离子体的电子温度最高。罗仑兹函数拟合Mg (Ⅰ) 285.21 nm得到等离子体的电子密度是1.9×10₁₈ cm_-3,远大于局域热力学平衡所需的电子密度值9.8×10₁₅ cm_-3,证明实验得到的等离子体满足局部热力学平衡。     

用于测量Z箍缩铝等离子体K层辐射的邻苯二甲酸氢铊弯晶摄谱仪

 基于邻苯二甲酸氢铊(TAP)弯晶和软X射线分幅相机建立了一套4通道的时空分辨弯晶摄谱仪,测谱范围1 500～2 300 eV,时间分辨约2 ns。分析了谱仪各环节的信号传递和转换过程对系统谱响应的影响。利用该谱仪在“强光一号”加速器(约1.5 MA, 80～100 ns)Al丝阵Z箍缩实验中获得了时间分辨及时间积分的Al等离子体K层辐射谱,记录到了类H、类He离子主要共振线及类Li、类He离子双电子复合伴线。将摄谱结果与分能区X射线图像进行了比较。时间分辨的发射谱相对强度与积分结果有明显不同,反映了等离子体在5～10 ns时间尺度上的电子温度和离子布居变化。     

高位K_2分子与基态K原子及H_2分子间的激发转移

激光双光子激发K2至1Λg高位态,利用分子荧光光谱方法,研究了1Λg-3Λg间的碰撞转移截面。在纯K实验中,池温控制在553至603 K之间,K原子密度由光学吸收法测量得到。探测1Λg-11Σu+的直接时间分辨荧光的光强,它是一条纯指数衰减曲线,由此得到1Λg+态的有效寿命,有效寿命的倒数与K密度成线性关系,从直线的斜率得到1Λg态的猝灭截面为(2.5±0.3)×10-14cm2,从截距得到辐射寿命为(20±2)ns。由3Λg→13Σu+转移荧光的时间分辨谱,用类似的方法得到3Λg的猝灭截面为(2.5±0.6)×10-14cm2,辐射寿命为(16.0±3.2)ns。由1Λg→11Σu+与3Λg→13Σu+的时间积分强度比得到K2(1Λg)+K→K2(3Λg)+K的转移截面为(1.1±0.3)×10-14cm2。在K2-H2碰撞实验中,池温保持在553 K,K密度为5×1015cm-3,H2气压在40~400 Pa之间,其中K2-K碰撞效应是不能略去的,但可以用纯K结果扣除,得到K2(1Λg)+H2→K2(3Λg)+H2的碰撞转移截面为(2.7±1.1)×10-15cm2。K2(3Λg)+H2→K2(3Λg)以外态+H2的猝灭截面为(6.8±2.7)×10-15cm2。     

高位K2(1Λg) 与基态原子的碰撞转移

在K原子密度约为0.5～5×1016cm-3的样品池中,脉冲激光710 nm线双光子激发K2基态到高位1Λg态,研究了K2(1Λg)+ K(4S)碰撞转移过程.K原子密度由测量KD2线蓝翼对白光的吸收得到.测量不同K密度下1Λg态发射的时间分辨荧光强度,它是一条指数衰减曲线,由此得到1Λg态的有效寿命,从描绘出的有效寿命倒数与K原子密度关系直线的斜率得到1Λg态总的碰撞猝灭截面为(2.1±0.2)×10-14cm2,从截距得到的辐射寿命为(22±2)ns.测量了K的6S →4P3/2和4D→4P3/2在不同K密度下的时间积分荧光强度,得到了K2(1Λg)+K→K2(11∑ +g)+K(6S,4D)碰撞转移截面为(1.5±0.3)×10-15cm2(对转移到6S)和(8.5±3.0)×10-15cm2(对转移到4D).     

Simulating a low-temperature Maxwellian plasma using SH-HtscEBIT

This paper reports an experimental realization of a low-temperature quasi-Maxwell–Boltzmann plasma in an electron beam ion trap (EBIT) by employing a special energy sweep technique. A Maxwellian C IV plasma with electron temperatures in the range 10–40?eV is simulated in the Shanghai high-temperature superconducting EBIT (SH-HtscEBIT), which requires stable performance of the EBIT under the extreme condition of ultralow electron beam energy. The C IV spectra are obtained by an extreme ultraviolet spectrometer in the wavelength region 290–400?Å. The measured spectral line intensity ratios are compared with the results of calculations using a collisional-radiative model. The mean difference between the experimental and theoretical results in the simulated temperature region is about 14%.     

非局域热动平衡等离子体K壳层电离平衡模型

发展了针对非局域热动平衡等离子体的K壳层电离平衡模型.模型中详细计算了各原子过程参数,并通过求解速率方程的稳态解得到各电离态的布居分布.在此基础之上,研究了谱线强度比值对等离子体温度、密度的依赖关系.最后,我们根据此模型的计算结果,分析了在神光Ⅱ装置上获得的内爆靶丸掺Ar发射光谱实验数据,推断出靶丸芯区电子温度随时间的演化过程.     

第十五届全国原子与分子物理学术会议:非局域热动平衡等离子体K壳层电离平衡模型

发展了针对非局域热动平衡等离子体的K壳层电离平衡模型。模型中详细计算了各原子过程参数,并通过求解速率方程的稳态解得到各电离态的布居分布。在此基础之上,研究了谱线强度比值对等离子体温度、密度的依赖关系。最后,我们根据此模型的计算结果,分析了在神光II装置上获得的内爆靶丸掺Ar发射光谱实验数据,推断出靶丸芯区电子温度随时间的演化过程。     

CO_2在与高振动激发NaH碰撞中的量子态分辨能量再分配

利用简并受激超拉曼泵浦激发NaH基态到高位振动态(ν″=14,J″=20)。研究了NaH(14,20)与CO_2(00°0)间的振转能量转移。利用吸收系数和瞬时Doppler线宽,得到不同池温下NaH(14,20)分子密度,测量CO_2(00°0,J)与NaH高振动态碰撞前后的瞬时泛频激光感应荧光谱线的相对强度,确定了CO_2(00°0,J=2~80)的初生态布居,它们呈现双指数转动分布。拟合实验数据得到两个转动温度T_(rot)=(650±80)和(1 531±150)K。较冷的分布约占CO_2(00°0)的79%,它是由弹性或弱非弹性碰撞产生的,因而CO_2只有很小的转动激发。另有21%的CO_2(00°0)较大地增加了转动能,故有较热的转动温度。对碰撞产生的CO_2(00°0,J)进行高分辨率瞬时泛频荧光谱线的轮廓测量,得到各转动态平移能的改变。对于CO_2(00°0,J=56~80),转移能从582cm~(-1)(对于J=60)增加到2 973cm~(-1)(对于J=80)。探测转动态布居数的改变,得到各转动态的产生速率系数k_(app)~J之和为(7.2±1.8)×10~(-10) cm~3·mol~(-1)·s~(-1),而平均倒空速率系数〈kdep〉=(6.9±1.7)×10~(-10)cm~3·mol~(-1)·s~(-1)。     

Spatially-resolved spectroscopic diagnosing of aluminum wire array Z-pinch plasmas on QiangGuang-I facility

Spatially-resolved crystal spectrometers with a high spectral resolution are developed to diagnose K-shell x-ray radiation from Z-pinch plasmas. These diagnostic apparatuses are successfully applied to aluminum wire array Z-pinch experiments on QiangGuang-I facility, a driver with a pulsed current up to about 1.5 MA in 80 ns. Time-integrated experimental results show that the K-shell x-ray emission lines of aluminum Z-pinch plasmas are dominated by line emissions from helium-like ionisation state. Bright spots that might have higher electron temperature or density are produced randomly in location and size along the z-axis during implosions. According to the experimental data, the electron temperature and the ion density are estimated to be between 250 eV and 310 eV, and between 7.0×10¹⁹cm^-3 and 4.0×10¹⁹ cm^-3 respectively, while the ion temperature is inferred to be about 10.2 keV, which is much higher than the electron temperature.     

Characterization of compact bright soft X-ray source based on picosecond laser plasma

Radiation emission of silicon and aluminum plasmas produced by 40-ps laser pulses with peak intensity above 10¹⁴ W/cm² was studied. High-resolution soft X-rayspectra of H-like and He-like ions were analyzed to determine plasma parameters. We compared the line shape of resonance transitions and their intensity ratios to corresponding dielectronic satellites and the intensities of the intercombination lines of He-like ions with the results of model calculations. Such comparisons gave average values of the electron number density N_e=(1-1.9)×10²¹ cm^-3 and the electron temperature T_e=460–560 eV for Si plasmas and about 560 eV for Al plasmas produced by the first and the second laser harmonics. The plasma size is about 100 μm. According to our estimations, more than 10¹² photons were produced within the resonance line spectral width and in the solid angle 2π during the total decay period. PACS 41.50.+h; 52.25.Os; 52.50.Jm     

AlK壳层等离子体辐射谱模型的比对

碰撞辐射模型的比对研究对校验发展等离子体辐射谱模型、提高等离子体参数的诊断精度具有重要意义. 基于Al等离子体, 对常用的辐射模型代码FAC和FLYCHK K壳层辐射谱模型开展了比对研究, 详细比较了它们的离子丰度、特征线强度、谱发射率曲线和吸收系数曲线等特征, 并根据各能态的速率方程, 从FAC和FLYCHK模型的结构特点出发, 分析了造成这些差异的原因. FAC 和FLYCHK计算得到的类H、类He离子n=2, n=3激发态数密度有显著差异, 进而引起特征线发射率及其比值(He-IC/He-αup, He-βup/H-βup)的差异, 从而对等离子体参数的诊断结果产生影响. 除了模型中采用的能级结构和碰撞辐射过程速率外, 计算结果显著地受到FAC 和FLYCHK 模型结构的影响. n=2激发态数密度的差异是由FAC和FLYCHK分别采用能级和超组态(组态)的方式构建n=2激发态的速率方程而引起的, 而FAC代码忽略了n=3与更高激发态之间的碰撞耦合过程, 是引起n=3激发态数密度差异的原因. 主要特征线的吸收系数与基态能级的数密度相关, 受到激发态数密度的影响较小, 因此与谱发射率曲线相比, FAC和FLYCHK计算结果的差异更小.