ICF内爆压缩X光成像过程数值模拟

 基于定态局域热动平衡辐射输运方程求解和光线追踪方法，编制了X光成像后处理程序，能够数值再现ICF内爆压缩X光成像过程。将该程序用于神光Ⅱ装置间接驱动内爆物理的理论设计和实验数据分析。模拟结果表明：燃料区压缩后的尺寸、燃料区掺Ar和内壳层涂S两元素特征谱线发光时序及发光持续时间等过程，后处理方法结果与诊断测量数据基本符合。     

星际分子及其谱线

介绍了星际分子及其谱线的研究历史和现状，分析了如何从分子谱线探索恒星形成区的物理化学性质，简述了探测星际分子谱线的大型射电望远镜。     

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。     

线相干效应对测量重叠谱线线参数的影响

利用环形腔掺钛宝石激光自动扫描系统、公里级怀特池系统和信号探测系统，我们对氧分子Ａ带重叠谱线区（１３１６２．８５～１３１６５．３３ｃｍ￣（－１））进行了高分辨吸收光谱测量，给出了８条谱线的线宽、线强的实验值。同时通过对测量数据的分析，首次证明在谱线重叠区，谱线之间的线相干效应不仅影响谱线之间的吸收率，而且同样影响线参数测量值的精度。在０．１ＭＰａ与光程为１ｋｍ时，它对线强、线宽的测量值和透过率的最大影响分别可达８．８％、１６．６％和８．３％。     

氮稀释剂连续波DF激光器输出光谱分析

为获得氮稀释剂燃烧驱动连续波DF激光器输出光谱特性,利用傅里叶红外光谱仪对Z型折叠非稳定光学谐振腔DF激光器的外传输光路高反射镜散射激光进行了光谱分析.结果表明:采用N2稀释剂的DF激光输出谱线向长波偏移,有效输出波长大于4.0μm的3P10～3P13谱线,且各振动能级跃迁谱线为更高转动量子数跃迁谱线.各支谱线存在谱带间和谱带内竞争,且在一定程度上体现级联效应.改变燃烧室反应氧化剂过量系数,能够在一定程度上调节DF激光输出谱线分布.过量的副燃料主要为满足气动性能需求,在合适范围内变化的副燃料比对输出谱线及分布影响较小.研究结果可为燃烧驱动连续波DF激光技术研究及应用提供参考.     

星际分子及其谱线

介绍了星际分子及其谱线的研究历史和现状,分析了如何从分子谱线探索恒星形成区的物理化学性质,简述了探测星际分子谱线的大型射电望远镜.     

火焰特征发射谱线研究

本文利用CCD光纤光谱仪,通过实验确定了木基燃料燃烧火焰光谱中出现的特征谱线是K,Na 的原子发射谱线,测定了特征谱线出现时的火焰温度,指出可以通过特征谱线的出现与否来确定火焰的温度范围。还发现火焰的光谱形状和火焰的燃烧状态密切相关,包含大量和燃烧有关的信息,并且对煤烟颗粒有较强的抗干扰性。通过对火焰光谱形状的分析可判断出火焰的燃烧状况,进行燃烧诊断。     

胶原蛋白温度效应的Raman光谱研究

在不同温度下对Ⅰ型胶原蛋白进行了拉曼光谱测定。结果表明：随温度的升高，多数谱线向低波数移动，但CH2的变形振动谱线1302cm^-1向高波数移动，苯丙氨酸的特征振动谱线1003cm^-1的波数基本保持不变。同时还给出了拉曼谱线强度随温度的变化关系，得到了0，40，68，90℃四个变性峰，其中40，68℃的峰与DSC(差示扫描量热法)和SHG(二次谐波法)的测量结果一致，0℃的峰为冰冻相变，90℃的变性峰为胶原的二级结构被破坏所致。当温度达到150℃时，谱线强度显著降低，大部分谱线消失，胶原的一级结构遭到破坏。实验还发现胶原纤维在低温区具有较好的复性特性。     

间接驱动内爆靶丸示踪元素Ar发射X光谱线的理论模拟研究

惯性约束聚变内爆物理研究中, 示踪元素X光谱线诊断方法是推测内爆压缩温度、密度以及燃料混合的有效办法, 因此, 对示踪元素X光发射的规律及其与内爆过程的关系的研究非常必要, 有助于通过谱线发射特征诊断内爆状态. 以SGIII原型装置的实验条件下的内爆过程为例, 对内爆靶丸示踪元素Ar发射X光谱线进行了理论模拟. 研究了谱线自吸收效应、Ar掺杂浓度、等离子体空间分布不均匀等对Ar发射的X光谱线分布的影响. 还对Ar发射X光谱线强度的时间演化及其与内爆过程的关系进行了研究. 结果表明, 增加掺杂浓度, 谱线强度增强, 但是谱线自吸收效应的影响也明显增强. 示踪元素Ar发射的X光谱线强度的峰值时刻与中子产生速率的峰值时刻接近(前者延迟约15 ps). 高温、高密度及合适的电离度是谱线发射的3个条件, 在X光谱线发射的峰值时刻, 由于燃料芯部Ar等离子体过电离, Ar等离子体发射的X光谱线的空间峰值区域靠近燃料边界区域, 占燃料总体积56%的薄壳(厚度～4 μm), 其发射的X光谱线强度约为总强度的72%. 因此, 对发射谱线分布拟合得到的空间平均的等离子体温度、密度主要反映这一区域的等离子体状态.     

铕（Eu）原子的激光增强电离光谱的研究

本文从激光增强电离光谱的速率方程和ＬＥＩ光谱加宽理论出发，得到ＬＥＩ光谱信号和光谱轮廓的表达式，在紫外区测得铕的三条ＬＥＩ谱线。并用计算机模拟光谱的方法给出这三条谱线的轮廓，与实验所得的谱图一致。     

激光微区发射光谱谱线品质的研究

利用单脉冲YAG激光、YGJ Ⅱ激光微区分析仪结合光电检测系统 ,在减压氩气环境下实验研究了金属分析样品发射光谱中CuⅠ 32 4 7nm和CuⅠ 32 7 4nm的时间特性、谱线强度及空间分布 ,并与空气环境下的实验结果进行了比较。实验结果表明在减压氩气环境下 ,激光微区发射光谱与环境气体、环境气压和辅助激发参数密切相关。当辅助电极端面直径为 1 5mm、辅助电极距分析样品表面高度为 4mm、辅助电极间距为3mm、辅助激发电压为 1 30 0V、氩气压力 33 2kPa时 ,CuⅠ 32 4 7nm和CuⅠ 32 7 4nm谱线的发射时间比空气下延长了 50 0 μs,谱线强度约为相同气压空气环境下的 4倍 ,约为 1个大气压空气环境下谱线强度的 2倍 ,谱线的半最大值宽度明显变窄。因此氩气环境延长了谱线的发射时间 ,减少了自吸效应 ,使谱线强度明显增强 ,谱线品质得到显著改善。     

神光Ⅱ间接驱动内爆实验ArX射线谱线模拟研究

ICF内爆物理研究中,示踪元素X射线谱诊断方法是推测内爆压缩温度、 密度以及燃料混合状态的有效方法.针对其中的非平衡物理过程, 研制了非局域热动平衡(non-LTE)下一维谱线输运程序Alpha.程序以辐射流体计算给出的温度、 密度等量为输入条件,求解细致组态(DCA)模型下的原子动力学方程和辐射输运方程, 自洽给出谱线不透明度,和成像面上的X射线谱分布.
利用该程序,模拟了神光Ⅱ装置上的掺Ar靶丸内爆示踪元素X射线谱诊断实验, 研究结果表明,谱线的自吸收效应影响发射的X射线谱的强度和形状, 谱线的宽度对自吸收效应的强弱也有影响.因此,在对X射线谱的数值模拟中应该考虑自吸收效应. 另外,与LTE近似下的发射谱的比较表明, LTE近似下,等离子体电离度大～1, 发射谱的形状与non-LTE的结果不同,且LTE近似下,谱线的强度比non-LTE的谱线强度大5-10倍, 采用LTE近似是不合适的.     

兼顾量子阱材料增益与折射率变化的研究

对比分析了量子阱材料增益谱及其折射率变化谱随阱宽、应变和载流子浓度的变化特性,在此基础上以两谱线3dB谱宽交叠区面积为度量,分析了各因素对兼顾材料增益与折射率变化的影响,并剖析了其中的物理机理。研究表明,两谱线3dB谱宽交叠区面积随阱宽的变化过程中存在一个极大值;引入压应变有利于增大交叠区面积;交叠区面积随载流子浓度单调增加的过程中存在一个转折点,在转折点之前增加迅速,在转折点之后增加放缓。基于以上影响规律,选取适当的阱宽与压应变量,在载流子浓度为3.0×10^(24) m^(-3)时,设计出的In0.583Ga0.417As/In0.817Ga0.183As0.4P0.6量子阱在C波段内可恰当地兼顾增益与折射率变化,两谱线3dB谱宽交叠区面积为3.7×10~4 nm/cm。     

三电极真空火花光源和高离化态原子谱线的产生与观测

本文敍述了我们新近建造的一台高电压、大电容、低电感三电极真空火花光源。用此光源与SGV-50真空紫外光谱仪相配合,分别用C、Al、Ti等元素作电极,进行了积分光谱的初步观测。在200A—2000A的波段区,辩认出高离化态谱线330条,其中C谱线174条,O谱线68条,N谱线44条,Al谱线24条,Ti谱线20条。实验表明,这种光源使用效果比较好。     

类Be氩离子振子强度和跃迁光谱

研究了类Ｂｅ氩离子内壳层电子光电离的激发能级，寿命和辐射速率，谱线波长和振子强度，并给出了位于“水窗”波段的谱线波长和谱线强度。     

内爆驱动实验理论

根据目前我国激光器条件和制靶技术，提出在靶球DD区掺入Ar或氖元素，在一定的电子温度条件下，这些元素将发射特征谱线，实验上通过测量特征谱线强度，观察和研究靶球压缩和形变过程。另外，实验还可以通过DD界面和外壳物质电子温度梯度，用光强差方法，分辨靶球压缩和变形过程。     

HL—1M装置几种杂质谱线的特性

介绍了ＨＬ－１Ｍ装置真空紫外光谱区的杂质辐射观测结果。对器壁硅化后的杂质特性进行了分析，用激光吹气技术研究了杂质输运，分析了低混杂波电流驱动、弹丸注入实验中杂质谱线的变化。     

1.39 μm附近H2O谱线参数测量及其在燃烧动力学中的应用

将可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于高温气体浓度在线检测,谱线参数的准确性非常重要。为利用红外波段进行燃烧生成H₂O的浓度在线测量,需要实验校准H₂O的谱线参数,尤其是Ar加宽系数,该系数对燃烧反应速率测量和机理验证至关重要。采用半导体激光器作为光源,结合实验室搭建的谱线参数测量系统,采集了1.39 μm波段附近H₂O的4条吸收谱线信号,获得了谱线线强、自加宽系数和N₂加宽系数,与HITRAN数据库和文献结果进行了对比,均吻合较好。首次系统地获得了该波段谱线的Ar加宽系数。在谱线参数确定基础上,获得了在反射激波高温条件下H₂/O₂/Ar燃烧生成H₂O的浓度随时间的演变曲线,验证了相应燃烧动力学机理。结果为利用该波段进行含氢燃料燃烧过程H₂O浓度测量及相关高温燃烧动力学研究提供了可靠的实验依据。     

激光应用 激光化学

TL816．1 2006065053激光间接驱动内爆靶丸的X光诊断=X-ray diagnostics of laser indirect-driven implosion pellet[刊,中]/张继彦(中物院激光聚变研究中心,四川,绵阳(621900)),杨国洪…//强激光与粒子束．-2006．18(6)．-939-943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,     

激光诱导击穿光谱法铁基合金谱线选择研究

内标法是激光诱导击穿光谱(LIBS)最常用的定量分析方法之一。为了提高定量分析精度，研究了谱线强度比的相对波动特性随分析线和内标线之间激发能级差(ΔE)和波长差(Δλ)变化的规律。在局部热力学平衡条件下，建立了考虑等离子体中某元素电子上能级跃迁到下能级产生原子发射谱线的激发能级差、等离子体温度、配分函数和离子密度等强度影响因素的数学模型，对模型中激发能级差对谱线强度相对波动的影响进行了研究。得到在-2 eV<ΔE<2 eV和等离子体温度范围在3 000～15 000 K条件下，谱线强度随着ΔE和T变化的趋势：随着ΔE变大，谱线强度比呈上升，在ΔE=2 eV，T=3 000 K时谱线强度比最大；并且谱线强度比相对波动对ΔE和T敏感，ΔE趋近于零时相对波动变小，T对谱线强度比相对波动影响变化不大，整体趋势平稳。在T=10 000 K时，ΔE<0相对波动比ΔE>0时小，因此理论上优先选择ΔE<0的谱线对。通过理论分析得出|ΔE|越接近于零，谱线强度比相对波动越小。实验装置中采用工作波长1 064 nm，脉冲能量85 mJ，重复频率1 Hz，脉冲宽度13 ns的Nd∶YAG脉冲激光诱导击穿样品；采用工作波长200～975 nm，光学分辨率优于0.05 nm的Andor公司Mechelle 5000光谱仪，配合Andor New iStar型号ICCD采集光谱；利用激光诱导铁基合金等离子体光谱进行验证。实验中，以Fe为内标元素，Cr和Mn为分析元素。筛选NIST谱线库中跃迁概率在106以上的谱线，并优先选择共振线能级差相近的非共振线进行对比分析。结果表明，选择激发能级相近或波长相近的谱线作为分析谱线的原则有一定的局限性。对于Cr和Fe，|ΔE|在0.14和1.51 eV时得到的谱线强度相对标准偏差(RSD)分别为6.7%和4.6%，其谱线强度比理论值和实际值之差分别为1.14和0.59；|Δλ|在11.7和50.8 nm时得到的RSD分别为6.3%和4.4%，其谱线强度比理论值和实际值之差分别为1.69和0.62。分析表明，相比于波长差，激发能级差对Cr/Mn相对波动影响较大。分析元素Cr/Mn与内标元素Fe波长差绝对值不断增大，RSD反而不断减小；在1.50 eV和90 nm较大约束范围内，|ΔE|大的谱线得到的谱线强度比相对波动相对较小，Cr和Fe的RSD最大相差为2.06%；|Δλ|大的谱线得到的谱线强度比相对波动相对较小，Cr和Fe的RSD最大相差为1.35%。由以上实验结果得出，在实际选择分析谱线时，尽量选择激发能级和波长相近的谱线原则有一定的局限性。|ΔE|或|Δλ|大的谱线得到的RSD较小，选择谱线强度比理论值和实际值最接近的谱线可以作为谱线选择依据。另外，选择谱线强度比理论值和实际值最接近的谱线，可以降低谱线强度比相对波动。