激光间接驱动惯性约束聚变内爆物理实验研究

激光间接驱动惯性约束聚变利用辐射烧蚀驱动靶丸球形内爆,在减速阶段将内爆动能转化成热斑内能,同时压缩燃料,达到点火条件,实现聚变点火。根据目前认识,影响内爆压缩过程的主要因素包括内爆对称性、燃料熵增因子、内爆速度和混合。内爆物理实验研究的目的是发展对上述影响因素的实验表征方法,获取这些影响因素随靶设计参数的变化规律,建立相应的实验调控能力,最终达到不断提升内爆性能的目的。为此,在内爆对称性方面,开展了Bi球自发光实验,用于研究点火脉冲前2ns驱动不对称性;在内爆速度方面,开展了球面弯晶单能流线实验,测量得到内爆速度和剩余质量随时间的变化;在混合方面,开展了内壳层示踪涂层内爆混合实验,测量得到环形发光图像。为考察综合内爆性能,在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上开展了DT内爆实验,获得了中子产额随初始靶参数的变化规律。     

激光打靶过程中的电磁脉冲特性

为诊断激光打靶产生的电磁脉冲信号分布,选取环天线作为主要电磁脉冲信号采集装置,对靶室内外信号同时进行测试。从天线设计制作到天线标定,描述了脉冲诊断系统的搭建。通过对信号进行采集及处理,对比分析了靶室外、法兰口及靶室内脉冲信号的频域特性和强度。得出靶室内受到电磁脉冲辐射强度最大且频谱分布最广,其次是法兰口,靶室外电磁脉冲信号最弱。总结多次激光打靶电磁脉冲信号频域分布,可看出波峰主要出现在0.5,1.2,3GHz。电磁脉冲时域结果规律性展示出脉冲持续约100ns,因靶室内回波振荡,电磁脉冲信号于几ns处及几十ns处有较明显峰值蔟。     

激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展

当前，激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下，实验与模拟的偏离逐渐增大，一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点，使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来，四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立，部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识，还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响，促进了实验技术的精密化发展。在未来，还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术，面向点火黑腔条件，大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度，开展新物理机制的探索和研究，在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。     

经典瑞利-泰勒不稳定性界面变形演化的改进型薄层模型

激光惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸通常采用多壳层组合结构设计,各壳层界面的流体力学不稳定性影响内爆加速和聚变点火,是ICF十分关心的问题.本文建立了描述任意Atwood数、任意初始界面分布Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性界面变形及非线性演化的薄层模型.通过分析薄层中流体微团的受力,得到了运动微分方程组,并在二维情况进行数值求解.在线性阶段,薄层模型描述的界面演变规律与模拟结果符合很好;在非线性阶段,薄层模型可以描述至"蘑菇"形结构,与数值模拟的结果很接近.目前薄层的RT不稳定性非线性解析理论研究仅限于弱非线性阶段,本工作发展的薄层解析理论能很好地研究薄层非线性"气泡-尖钉"发展过程.     

辐射驱动条件下冲击波速度直接测量技术

 针对超高压下透明材料的高压离化机理,分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法。利用Drude自由电子气模型,分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化。设计了专门的实验,将探测器致盲区与信号区错开,获得了蓝宝石中冲击波阵面反射的信号。结果表明:冲击波速度为32 km/s时,其波阵面的反射率约为35%,致盲效应出现时间与激光脉冲峰值到达时刻相同,持续时间也与激光脉宽相同。分析了致盲应产生的原因,并提出了解决办法。给出了加蓝宝石窗口后的测速公式,经过和实验对比,确认了测速公式的正确性。     

Analysis of Ar line spectra from indirectly-driven implosion experiments on SGII facility

This paper reports on the indirectly-driven implosion experiments on SGII laser facility in which Ar emission spectrum from Ar-doped D-filled plastic capsule is recorded with the crystal spectrometer. Spectral features of Ar Heβ line and its associated satellites are analysed to extract the electron temperature and density of the implosion core. Non local thermal equilibrium (NLTE) collisional-radiative atomic kinetics and Strark broadening line shape are included in the present calculation. By comparing the calculated spectrum with the measured one, the core electron temperature and density are inferred to be 700 eV and 2.5×10²³ cm^-3 respectively. With these inferred values of electron temperature and density, neutron yield can be estimated to agree with the measured value in magnitude despite of the very simple model used for the estimation.     

辐射驱动条件下冲击波诊断用透明窗口离化现象研究

针对间接驱动情况下,冲击波诊断中出现的X光离化问题,利用半导体模型,解释了蓝宝石和石英晶体材料中出现黑区的理论过程,并进行了实验验证.利用光生载流子模型分析了石英晶体中时间方向上出现调制的过程,并进行了实验验证.发现使用石英晶体作为窗口材料,使用60μm厚度的烧蚀层,在180 eV辐射温度条件下,没有出现明显的黑区.使...     

ICF流体力学不稳定性实验中调制传递函数的测量

 在流体力学不稳定性实验中，实际X光强度分布经过成像系统后会发生改变。要准确得到实际的光强分布，必须对系统的调制传递函数进行精确地测量。通过对刀口图像分析得到了系统的线扩散函数，再对其进行傅里叶变换得到调制传递函数，最后通过维纳滤波和约束最小二乘方滤波两种方法对图像进行了重建，得到比较清晰的边界情况和图像轮廓。     

神光Ⅲ主机X射线条纹相机设计

根据神光Ⅲ激光器的运作方式和靶室结构,配套建设的X射线条纹相机在结构和性能上同以往有很大不同,建成后不仅应用于高时间分辨的实验诊断,也将用于神光Ⅲ主机各束激光同步性能的检验.设计的X射线条纹相机将全部采用模块化组件,拥有优于10 ps的时间分辨、15 lp/mm以上的空间分辨以及100 eV-10 keY能区的光阴极响应.相机在结构方面采用了非常独特的密闭气室结构,变像管、CCD,所有的电气控制设备都寄宿在气室内并保持常温和一个大气压的工作状态.整个相机系统内嵌了计算机工控设备,通过一根以太网线获得相机所有功能的远程控制.相机其它的特性还包括拥有完善的安全互锁系统以确保相机远程控制的安全;满足严格的EMI/EMP屏蔽要求以避免神光Ⅲ主机高能量激光发射带来的电磁干扰,并可采用光纤引入紫外时标光建立信号的绝对时间基准.     

基于布拉格反射镜的X射线多色单能成像谱仪

报道了一种基于布拉格反射镜的多色单能成像谱仪研制工作，谱仪由针孔阵列、布拉格反射镜和CCD相机组成.大约有300个微孔的针孔阵列板置于布拉格镜前用于空间成像，通过布拉格反射镜的单色化，投射到CCD上的数百个小孔成像沿色散方向获得了能量分辨.经过图像处理，可以还原得到目标的多色单能二维成像.根据采用的布拉格分光元件和图像还原方法，谱仪的能量分辨达到了50—200（λ/Δλ）；针孔成像的空间分辨优于10 μm.同时还为该谱仪开发了专门的单能图像重建软件及图像数据后处理软件，可以在任意选择的窄能带内还原准单能图像.并重点介绍了该谱仪的优化设计、获得的技术指标以及专门研制的超短周期（2.5 nm）X射线W/B₄C多层镜. 关键词： X射线光学 诊断技术 布拉格反射镜 X射线多层镜