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。     

神光Ⅲ主机双束组激光间接驱动内爆实验研究

在神光Ⅲ主机装置上,利用已经建成的两个激光束组,开展了激光间接驱动内爆物理磨合实验,是神光Ⅲ主机装置首次出中子实验。实验采用1400μm×2100μm黑腔,500μm的塑料靶丸充1 MPa的DD燃料,激光从黑腔两端55°注入。实验获得的最高中子产额为9.7×108。实验结果表明,实验黑腔的耦合效率约为50%;使用的黑腔偏长,靶丸被压缩为"薄饼形";中子产额和激光能量正相关;中子发射峰值时刻主要依赖于烧蚀层厚度。     

Generation and characterization of millimeter-scale plasmas for the research of laser plasma interactions on Shenguang-III prototype

In order to produce millimeter-scale plasmas for the research of laser-plasma interactions （LPIs）, gasbag target is designed and tested on Shenguang-III prototype laser facility. The x-ray pinhole images show that millimeter-scale plasmas are produced with the gasbag. The electron temperature inferred from the stimulated Raman scattering （SRS） spectrum is about 1.6 keV. The SRS spectrum also indicates that the electron density has a fiat region within the duration of 200 ps. The obvious differences between the results of the gasbag and that of the void half hohlraum show the feasibility of the gasbag target in creating millimeter-scale plasmas. The LPIs in these millimeter-scale plasmas may partially mimic those in the ignition condition because the duration of the existence of a flat plasma density is much larger than the growth time of the two main instabilities, i.e., SRS and stimulated Brillouin scattering （SBS）. So we make the conclusion that the gasbag target can be used to research the large-scale LPIs.     

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介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2ns三倍频激光与黑腔靶相互作用的实验。报道了采用PIN探测器阵列测量大角度受激Raman散射（SRS）角分布和采用激光卡计对背向SRS光能量积分测量的实验结果。相同实验条件下激光辐照缝靶产生的SRS光能量要强于激光与全腔靶作用产生的SRS光，小腔靶的SRS光能量要强于标准腔靶。对比长脉冲2ns及短脉冲1ns激光打靶实验结果可以看出：由于激光功率密度的下降，长脉冲激光打靶时SRS散射光能量要弱于短脉冲激光打靶。长脉冲2ns激光与标准腔靶相互作用时，等离子体堵腔比较严重。     

神光Ⅲ主机装置首次间接驱动内爆集成实验

基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆,通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性,演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力, 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标;其中,真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.91012,YOC达到60%;充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.41012,YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。     

用于硬X光诊断的K边滤波谱仪

介绍了用于低激光能量（Ｅ＿Ｌ≤２３ＯＪ）二倍频实验中硬Ｘ光诊断的多道Ｋ边滤波谱仪（简称Ｋ·ＦＳ）的工作原理、结构性能和特点，给出了Ｋ·ＦＳ在惯性约束聚变（ＩＣＦ）实验中观测硬Ｘ光谱的典型实验结果。     

激光聚变实验测量和诊断技术的新进展──激光间接驱动干净辐射场的建立和诊断

介绍了我们在激光惯性约束聚变（ＩＣＰ）实验测量和诊断技术方面取得的新进展。着重介绍了激光聚变黑洞靶辐射场干净性的实验测量及其诊断技术。采用改进后的带视场限制系统的散射光探测器和改进型法拉第杯分别测量了内爆区散射激光和快离子特性。巧妙设计腔靶结构，利用高能针孔相机和ＦＦ谱仪测量硬ｘ射线空间分布及能量变化，定出了进入内爆区中的超热电子量。     

激光聚变研究中心聚变靶物理实验和诊断技术研究进展北大核心CSCD

美国在国家点火攻关计划(NIC)的实施尽管未能实现点火目标,但建立了前所未有的点火靶物理精密实验能力,深化了点火靶物理认识,进一步明确了需要进一步解决的关键问题。激光聚变研究中心利用神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置条件,围绕黑腔等离子体能量学和内爆动力学开展实验与诊断技术研究,部分关键诊断技术取得突破,精密的实验能力显著增强,进一步丰富的配套实验结果在深化靶物理认识和校验数值模拟程序方面发挥了重要作用。     

高温铝等离子体X光发射谱实验

 在神光-Ⅱ高功率激光装置上，以束匀滑的第九路钕玻璃二倍频激光均匀辐照薄层铝埋点靶，通过激光烧蚀作用产生较均匀的铝高温等离子体，用平面晶体谱仪在靶面前向和切向同时测量了X光发射谱信号，并将前向发射谱进行了定量化还原处理。利用辐射流体力学程序MULTI-1D首先对等离子体状态进行了模拟计算，然后采用基于碰撞辐射模型的光谱程序对该状态下的光谱开展了计算，并将实验测量光谱与理论计算光谱进行了比较和分析，符合得较好。     

黑腔靶中超热电子特性研究

近几年来,在“神光”装置上进行了1.053μm激光与平面靶及一系列柱形黑腔靶相互作用实验。用一台多道滤波—荧光X光能谱仪(FFS)测得各种靶发射的超热X射线谱,由谱推导超热电子温度T_h和超热电子总能量E_h当照射靶单束激光能量E_(tar)为400～670J、脉宽τ=650～1150ps时,发现黑腔内明显存在两群服从Maxwell分布高能电子(T_h=35～45keV;T_(hh)=150～350kev),而且E_(he)占E_(tar)的份额为10％～12％。实验还表明:腔内的E_(he)与非线性过程特征量(SRS)有较好的线性关系,因此推断出腔内超热电子产生的主要机制是受激Raman散射。在相同照射条件下,黑腔靶产生的超热电子比平面靶严重。