针孔辅助点投影诊断方法实验研究

针孔辅助点投影背光成像是近几年国外新兴的等离子体诊断技术,在惯性约束聚变相关物理实验诊断中具有重要的应用前景.为验证这一诊断方法的实用性,在神光Ⅱ第九路平台上开展了演示实验.利用激光驱动平面Ti靶获得约4.7 keV的Ti K壳层X射线,在十几微米的针孔约束下作为次级点源并对Au栅格样品投影成像,并用CCD记录.实验成功获得了清晰的样品二维空间分辨的时间积分图像,空间分辨力优于16.1 μm.实验结果表明针孔辅助点投影具有较高的空间分辨力、较大的视场、较高的图像对比度,将成为瑞利泰勒不稳定性研究、激光状态方程研究等物理实验的重要诊断方法之一.     

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。     

激光加载下铝材料的冲击温度测量

利用神光Ⅱ装置上搭建的用于激光冲击波实验的温度诊断系统（该系统包括高时空分辨的扫描高温计和谱时分辨的扫描高温计）,以强激光加载铝材料冲击温度的测量,获得了铝材料冲击高温辐射发光谱的高时空分辨信号图像,结合灰体辐射理论模型,计算得到了冲击波速度19.06 km/s时铝材料的冲击温度达2.95 eV,该温度与SESAME库中冲击温度接近。研究结果表明采用该测温系统能够有效诊断金属材料的冲击温度,为后续进一步获取金属材料冲击温度数据奠定了基础。     

扫描相机标定脉冲信号位置的确定及噪声处理

 扫描相机标定数据处理中的一个关键问题是如何准确确定脉冲信号的位置，实验数据的信噪比和脉冲信号位置的定义方法都会对标定结果的准确性产生影响。采用了取半高宽的方法来确定扫描相机标定脉冲信号的位置，在信噪比比较高 （大于100） 的情况下，该方法确定标定信号的位置可以达到亚像素水平。对于信噪比比较低 (小于10) 的实验数据，先采用快速傅里叶变换方法对其进行滤波，通过滤波可以极大地抑制噪声信号的影响，然后采用“半高宽法”确定脉冲信号的位置，最后得出可信的标定结果。当扫描相机定在0.3 ns的扫描档时，通过该方法得到的扫描速度为0.214 ps/pixel,扫描不确定度为0.002 9 ps/pixel,拟合线性相关系数为0.999 7。     

“神光-Ⅱ”装置倍频激光直接驱动冲击波平面性的实验研究

 设计了3套针对“神光-Ⅱ”倍频激光直接驱动的透镜阵列均匀辐照系统，并对冲击波的平面性进行了实验研究。结果表明，冲击波的平面性与透镜阵列参数、平面靶厚度、靶面位置等有关，采用列阵元数为121的透镜阵列进行激光束匀滑驱动的冲击波平面性最好，间接说明它在靶面的激光辐照是最均匀的；另外，随着靶厚的增加，冲击波平面性变差，平面区变小；而且冲击波平面性随靶面离焦位置的变化成一定的周期性变化，第2套透镜阵列焦点处的冲击波平面性最好。     

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。     

强激光加载铝材料动态损伤特性及其微介观结构观测

在神光-Ⅱ装置上利用强激光加载铝材料进行高应变率(高于106s-1)层裂实验,研究不同初始温度下高纯铝材料的动态损伤特性。采用任意反射面速度干涉仪测量样品自由面速度剖面,由自由面速度剖面计算纯铝样品层裂强度与屈服应力。结果表明:随着温度升高,材料层裂强度减小,屈服应力增大。对激光加载前后样品进行金相分析,观察不同初始温度下纯铝材料的微介观结构变化及其损伤特性。结果表明:随着温度升高,样品晶粒尺度缓慢增大,但在873K(近熔点)时晶粒尺度急剧增加;层裂面附近小孔洞数目较多,孔洞尺寸也较大,而远离层裂面处,孔洞数目相对较少,且尺寸也较小;材料的断裂方式随温度升高由沿晶断裂为主逐渐变为穿晶断裂为主。     

神光-Ⅱ装置配套速度干涉仪

介绍了神光-Ⅱ装置配套线成像速度干涉仪光路排布、用于任意反射面的速度干涉仪系统中干涉仪结构的选择及干涉仪的调节。该仪器可以用于测量自由面速度、界面速度和透明材料中冲击波波阵面速度。该仪器的最小时间分辨力可达约20 ps,空间分辨力高于10μm。并在神光-Ⅱ装置上进行了动态打靶实验,实验用靶为Al-CH靶,获得了较好的实验图像,测得了CH中冲击波的平均传播速度为24.67 km/s。     

Shock-timing experiments in polystyrene target

Direct-drive and indirect-drive inertial confinement fusion （ICF） targets use temporally shaped drive pulses to optimize target performance. The timing of multiple shock waves is crucial to the performance of ICF ignition targets. Velocity interferometer system for any refiector （VISAR） is the principal diagnostic tool for shock-timing experiments. We present velocity measurements from the shock waves in polystyrene targets driven by two 200-ps pulses separated by 1–2 ns. These pulses drive two shock waves that coalescence in the target. Coalescence time and transit times are observed by VISAR.     

神光II装置上速度干涉仪的研制及应用

任意反射面速度干涉仪(VISAR)具有很高的测试精度, 能实现冲击波速度、粒子速度的连续测量, 是目前冲击波传播相关物理实验的主要诊断设备. 神光II高功率激光装置上的速度干涉仪其空间分辨率优于7 μm, 靶面视场约为1 mm, 探针光脉冲宽度约为 60 ns, 能满足各类冲击波相关实验的诊断. 该VISAR系统用偏振分光镜和波片系统组成了能量调节系统, 极大地方便了探针光能量和条纹相机匹配的调节; 利用新颖的探针光引入系统, 极大地提高了探针激光的能量利用率 (相对其他方法, 能量利用率提高了3倍). 该速度干涉仪已成功应用于状态方程实验、等熵压缩实验和冲击波追赶实验. 本文利用激光脉冲整形技术获得了无冲击压缩实验图像, 利用石英作为标准材料获得了聚苯乙烯 (CH)的Hugoniot数据, 利用双脉冲激光获得了石英材料中冲击波追赶 的实验图像并与理论模拟进行了对比, 实验和模拟符合得比较好. 实验结果表明, 神光II装置上的速度干涉仪能满足不同时间尺度(亚ns---几十ns) 冲击波传播相关物理实验的诊断, 为进一步开展CH的高精度Hugoniot参数测量、 高压无冲击压缩实验和冲击波时空整形实验奠定了基础.