Bow shocks formed by a high-speed laser-driven plasma cloud interacting with a cylinder obstacle

A bow shock is formed in the interaction of a high-speed laser-driven plasma cloud with a cylinder obstacle. Its temporal and spatial structures are observed by shadowgraphy and interferometry. The width of the shock transition region is ～ 50 μm, comparable to the ion–ion collision mean free path, which indicates that collision is dominated in the shock probably. The Mach-number of the ablating plasma cloud is ～ 15 at first, and decreases with time resulting in a changing shock structure. A two-dimension hydrodynamics code, USim, is used to simulate the interaction process. The simulated shocks can well reproduce the observed.     

Application of multi-pulse optical imaging to measure evolution of laser-produced counter-streaming flows

A counter-streaming flow system is a test-bed to investigate the astrophysical collisionless shock(CS) formation in the laboratory. Electrostatic/electromagnetic instabilities, competitively growing in the system and exciting the CS formation, are sensitive to the flows parameters. One of the most important parameters is the velocity, determining what kind of instability contributes to the shock formation. Here we successfully measure the evolution of the counter-streaming flows within one shot using a multi-pulses imaging diagnostic technique. With the technique, the average velocity of the high-density-part(ne ≥ 8–9 × 10~(19)cm~(-3)) of the flow is directly measured to be of ～ 10~6cm/s between 7 ns and 17 ns.Meanwhile, the average velocity of the low-density-part(ne ≤ 2 × 10~(19)cm~(-3)) can be estimated as ～ 10~7cm/s. The experimental results show that a collisionless shock is formed during the low-density-part of the flow interacting with each other.     

超短脉冲激光与乙醇微滴相互作用中超热电子的双叶状角分布

测量了聚焦光强为1016W/cm2的超短脉冲激光与乙醇微滴相互作用中产生的能量大于50?keV的超热电子的角分布和电子能谱.观察到的超热电子角分布明显依赖于激光的偏振特性，在与激光偏振平面平行的平面上超热电子相对于激光入射方向呈对称的双叶状分布.超热电子的能谱显示超热电子的最大能量大于750?keV.以上超热电子的角分布可用一个基于共振吸收机制的模型加以解释. 关键词： 超短脉冲激光 超热电子 微滴 共振吸收     

强激光产生的强磁场及其对弓激波的影响

强激光照射金属线圈后,会在打靶点附近的背景等离子体中诱发冷电子的回流,在金属丝内形成强电流源,从而产生强磁场.本文利用神光II高功率激光器产生的强激光照射金属丝靶,产生了围绕金属丝的环形强磁场.利用B-dot对局域磁感应强度进行了测量,根据测量结果,结合三维模拟程序,反演得到磁场的空间分布.再利用强激光与CH平面靶相互作用产生的超音速等离子体撞击该金属丝,产生了弓激波.通过光学成像手段研究了磁场对冲击波的影响,发现磁场使得弓激波的轮廓变得不明显并且张角变大.同时,通过实验室天体物理定标率,将金属丝表面等离子参数变换到相应的天体参数中,结果证明利用该实验方法可以在实验室中产生类似太阳风的磁化等离子体.     

利用气泡探测器测量激光快中子

在利用超强激光驱动中子源的研究和应用研究中,中子源的产额及其角分布至关重要.我们在星光Ⅲ号激光装置上采用气泡探测器对强激光驱动的中子源的产额及其角分布进行了测量.利用超强皮秒激光与碳氘薄膜靶相互作用产生高能氘离子束撞击次级碳氘靶,通过氘-氘核反应产生准单能快中子.实验发现中子束的发射具有一定的方向性,在入射氘离子的传输方向上中子束具有更高的强度,测量得到的中子束最大强度为5.13×10⁷ n/sr.利用实验测量的氘离子能谱和角分布对中子束角分布进行了理论计算,结果与实验测量基本一致.     

强激光驱动线圈靶磁场产生及应用研究进展

介绍了以强激光驱动电容线圈靶的实验方法产生磁场的基本模型及其发展过程。对比了实验室中常用的三种磁场诊断方法,包含:B-dot、法拉第旋转以及质子背光,发现前两种方法在实验中仅可以获得距离靶较远处的有限个磁场值,通过结合模拟工具获得靶处的磁场值与测量点的值跨越几个数量级,容易产生误差;质子背光诊断可以在实验中获得全局磁场信息,能够较好地满足线圈靶磁场诊断的需求。由于线圈靶磁场强且可持续时间长,在时空分布上具有一定可控性,因此我们将其应用到了磁重联的研究中,并成功获得了重联出流等特征。另外线圈靶在带电粒子的约束和磁流体动力学研究等多方面也得到了应用。     

激光驱动磁重联过程中的喷流演化和电子能谱测量

利用神光Ⅱ激光器和日本大阪大学Gekko激光器构建了激光驱动等离子体磁重联过程. 在垂直于磁重联平面方向发现了高速喷流, 从不同观测方向实验证实了该喷流的存在并测量了喷流的流体力学演化过程, 对其中的电子能谱进行了诊断分析.     

磁场对激光驱动的喷流演化影响的二维数值研究

喷流的触发机制、准直传输和稳定性一直是天体物理学的研究热点.近年通过观测和实验室研究发现磁场在喷流准直传输和加速中起着关键作用.本文利用开源的辐射磁流体模拟程序FLASH对强激光驱动聚苯乙烯(CH)平面靶产生的靶前喷流进行了二维的数值模拟,系统地考察和比较了Biermann自生磁场以及不同方向、不同初始强度的外加磁场对喷流演化的动力学.模拟结果表明Biermann自生磁场不会影响喷流的界面动力学,而外加磁场对等离子体出流具有重定向作用,平行于靶前等离子体出流中心流向的外加磁场有助于喷流的产生和准直传输.其形成和演化过程是等离子体热压、磁压以及冲压三者相互竞争的结果.在受力方面,在喷流演化过程中等离子体热压梯度力和磁压力起决定性作用.研究结果为后续开展和喷流相关的实验研究提供借鉴,也有助于加深对天体喷流演化的理解.     

Evolution of shock waves formed by laser-induced breakdown in air

The evolution of shock waves produced by 7 ns laser pulses in air is investigated by time-resolved shadowgraph. A nodular structure of the shock wave is observed. It is found that the origin of the structure is the multi-longitudinal-microfocus caused by the astigmatism of the laser beam. The spherical shock waves formed by each microfocus expand gradually and collide with each other, resulting in the nodular structure of the shock wave.     

超音速高密度喷流对撞过程中的高效能量转移

在双锥对撞点火激光核聚变方案中,两个锥口相距约100μm放置的金锥内氘氚球冠靶在高功率纳秒激光烧蚀驱动下,获得沿金锥的球对称压缩和加速,形成沿着金锥轴向的超音速高密度喷流,出射喷流在两个金锥的几何中心发生对撞减速并形成聚变密度等离子体.在对撞过程中,高速运动喷流的动能转化为内能,实现对等离子体的预加热,与此同时,皮秒拍瓦激光产生的高能快电子从垂直方向入射并加热高密度等离子体,使其快速升温达到聚变温度,实现聚变点火. 2020年在中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光联合实验室神光Ⅱ升级激光装置上,我们利用总能量为10 kJ的八路纳秒激光进行了两轮实验.实验利用包括X射线汤姆逊散射、硬X射线单色背光成像、X射线条纹和分幅成像等多种主动、被动诊断方法对超音速高密度喷流对撞过程进行了高时空分辨研究,实验测量发现,在单锥口形成的超音速等离子体喷流密度为5.5—8 g/cm~3;在对撞过程中形成了阻滞时间约200 ps的高密度等离子体,中心密度达到了(46±24) g/cm3.通过对等离子的温度、速度的分析发现,对撞过程中动能到内能的转换效率高达89.5%.