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。     

用激光驱动冲击波测量高压状态方程的初步实验

 本文扼要介绍了以激光状态方程实验为目的而开展的铝靶烧蚀参数测量和激光冲击波实验，报道了这些实验的结果。     

状态方程靶制备技术研究

随着状态方程物理实验的深入，对靶的制备精度和要求不断提高，采用原有的工艺制备的EOS靶已经不能满足物理实验的要求。考虑现有设备情况，采用轧机轧制法制备金属薄膜，精密切削加工楔形靶，真空扩散连接法制备Al-Cu阻抗匹配靶。     

Al-Cu阻抗匹配状态方程实验系统误差讨论

通过阻抗匹配实验可以获得物质高压状态方程参数。测量不确定度和是否存在系统误差是评价参数质量的两个重要方面。形象地说不确定度表示参数的误差棒大小，系统误差表示参数值本身的取向趋势。     

一种激光驱动高压状态方程绝对测量方法的探索

数值模拟了激光直接驱动铝飞片空腔靶的物理过程,模拟结果表明,如果靶结构参数与激光条件匹配,飞片与靶可以近似实现对称碰撞,而且冲击波在靶中存在稳定传播区,采用结构参数合理的飞片双面台阶靶,可能实现状态方程的绝对测量.同时进行了实验探索,实验结果与数值模拟结果基本吻合. 关键词： 绝对测量 飞片双面台阶靶 数值模拟 状态方程     

利用激光直接驱动冲击波进行压强高为1．6TPa铜的雨贡纽数据测量

2003年度在“神光”Ⅱ上进行了两轮倍频激光直接驱动状态方程实验，取得了较大进展，获得了不错的结果。首次完成了倍频(2w)激光束均匀化系统的设计和研制，在实验中得到应用，结果表明，该系统在测试要求下，基本能满足激光状态方程实验的要求，但在高精度测量测试条件下，尚难获得高质量的平面冲击波，需对列阵透镜束匀滑系统作进一步的优化设计研究，以满足更高精度状态方程实验测量的要求。在倍频激光直接驱动状态方程实验中，利用现有的条纹相机进行了高时间分辨的冲击波信号记录，     

“天光一号”驱动的聚苯乙烯高压状态方程测量

聚苯乙烯等CH材料的高压状态方程研究对于ICF聚变点火具有重要意义.本文基于"天光一号"长脉冲激光装置开展了聚苯乙烯高压状态方程研究,理论模拟了靶内的冲击动力学过程,采用侧向阴影成像技术实验测量了不同厚度的聚苯乙烯平面靶和飞片靶,获得了靶内的冲击波速度与粒子速度等状态方程参数.结果表明:长脉冲激光驱动下CH平面靶内经历了明显的准等熵加载过程,并逐渐演化为弱冲击加载.实验测量平面靶压力12 GPa,飞片撞击靶压力34 GPa,与模拟结果基本相符.     

状态参量相关性对实验数据不确定度的影响

 主要讨论了激光状态方程实验测量中，标准材料冲击波速度和粒子速度的线性关系式中物理量的相关性对待测材料粒子速度的影响，以及待测量材料冲击波速度和粒子速度的函数相关性对待测材料压强不确定度的影响。通过激光状态方程实验数据实例计算,定量地给出了它们对实验精度的影响。经多发次实验数据统计表明：标准材料冲击绝热参数的相关性对待测材料粒子速度相对不确定度的变化小于0.7‰，待测材料冲击波速度和粒子速度的相关性对待测材料压强相对不确定度的变化在0.5%左右。     

激光驱动冲击波在铝-金阻抗匹配靶中的传播稳定性

 针对神光Ⅱ第九路激光条件，利用1维JB程序和多台阶靶技术对冲击波在铝 金阻抗匹配靶中的传播稳定性进行了理论和实验研究，实验结果与理论结果基本吻合。结果表明，激光驱动冲击波在铝 金阻抗匹配靶中传播时，高阻抗待测材料金中的冲击波稳定传播最大距离急剧减小。因此，在进行铝-金阻抗匹配靶物理参数设计时，应保证高阻抗材料金台阶厚度满足冲击波传播稳定性，然后再按照阻抗匹配实验中两种材料的冲击波速度比来确定低阻抗标准材料铝的台阶厚度。根据神光Ⅱ第九路激光条件，铝-金阻抗匹配靶中铝基底厚度选取为30 μm左右较好，金台阶和铝台阶厚度应分别小于10 μm和17 μm。     

基于低相干光的阵列透镜束匀滑技术研究

基于激光加载的材料状态方程的实验研究对靶面光强分布的均匀性及稳定性提出了极高的要求,靶面光强的上述两大特性在很大程度上决定了实验结果的精度和可重复性.本文针对传统窄带高相干激光装置在激光加载材料状态方程实验中表现出的靶面光强均匀性和光强分布稳定性两方面可能存在的问题,提出了基于宽带低相干激光,利用消衍射阵列透镜联合诱导非相干技术的束匀滑方案,并重点分析了波前相位畸变对靶面不均匀性及稳定性的影响.模拟结果表明,该方法明显降低了靶面不均匀性,提高了对波前相位畸变的包容度,获得了均匀、稳定的光强分布.统计分析显示,焦斑强度分布极差和不均匀性与波前相位畸变均方根梯度相关性较强.因此,可以根据统计结果以及实验对焦斑强度分布的要求,给出波前相位畸变的容差范围,对状态方程实验中激光驱动器参数的设计与优化具有指导意义.     

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     

多种X光激光靶的研究

Ｘ光激光靶是Ｘ光激光实验重要组成部分。针对不同Ｘ光激光打靶方案，开展多种Ｘ光激光靶的制备和参数测量。     

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     

聚乙烯材料冲击绝热线测量

在激光惯性约束聚变（ICF）研究中，燃料靶丸的压缩过程直接决定于靶丸壳层材料的状态方程（EOS），目前靶丸壳层材料主要是聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯醚、聚乙烯等低z透明材料，因此，获得这些材料准确可靠的状态方程数据对于准确预言和分析实验结果至关重要。     

铝靶三倍频激光烧蚀参数实验研究

叙述了采用时间空间积分晶体谱仪和时间分辨晶体谱仪等探测器测量铝平面靶强激光烧蚀参数的方法，给出了三倍频强激光烧蚀铝平面靶的质量烧蚀速率和烧蚀压。实验结果与收集到的国外数据进行了比较，它们在误差范围内一致。     

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.     

强激光烧蚀平面靶的实验研究

此文叙述了采用晶体谱仪和X射线条纹相机等探测器测量平面靶强激光烧蚀参数的方法 ,给出了铝平面靶和碳氢平面靶的质量烧蚀速率和烧蚀压。实验结果与收集到的国外数据进行了比较 ,二者在误差范围内一致。同时探索了金平面靶强激光烧蚀参数的实验研究方法。     

激光靶测量图象的在线处理与应用

介绍了图象在线处理系统及其被用于激光靶测量的工作。自行建立了图象处理的自动测量分析系统，研制了适应该系统的图象测量分析的专用软件ＹＡＮＧ．ＥＸＥ。实际测量结果表明，与以前方法比较，本系统测量数据重复性好，实测精度好于以前手工方法，并且可以对靶表面缺陷进行定量测量。已经逐步用于ＩＣＦ靶与ＸＲＬ靶的实际测量。     

皮秒激光在激光状态方程靶制备中的应用

介绍了激光状态方程靶中金属薄膜台阶的切割方法。采用皮秒激光加工技术切割了宽度百μm量级的金属薄膜台阶,研究了金属薄膜台阶宽度控制的方法,讨论了切割过程中产生热效应的因素,优化了激光加工参数。实验加工中,采用加工的参数:功率为0.5W,脉宽10ps,波长355nm,扫描速率为100mm/s,获得了宽度400μm和120μm的金属薄膜。测量结果表明,金属薄膜的宽度能精确控制,切割后金属薄膜表面质量能保持切割前的质量。