等离子体发射和吸收系数的轴对称重建

在激光聚变靶丸等离子体诊断中,为了同时重建出等离子体发射系数和吸收系数的空间分布,建立了分层结构成像模型,利用LM（Levenberg-Marquardt）非线性最小二乘优化算法,提出了基于该模型的重建算法。数值模拟结果表明,该算法成功地重建出发射系数和吸收系数,而且重建精度高,明显优于不考虑吸收衰减影响的Abel逆变换重建结果。对于连续分布,当噪声标准差为0.01时,发射系数与吸收系数重建误差分别为0.17,0.22。     

基于编码源成像的等离子体密度诊断方法

利用探针光编码源成像可对丝阵负载Z箍缩等离子体内爆实验进行冕区密度诊断,基于阴影像系统,在光路靶区前设计增加一块线阵编码板对入射探针光波前空间分布进行改造.通过模拟成像分析了光路布局中物面选择和偏折角提取;在等离子体的最大密度小于临界密度一个量级时Abel变换式可以采用近轴近似,采用对偏折角样点直接三次样条插值和对Abel变换式的分段积分获得等离子密度分布,其与初始密度设定值相比较为吻合;比较编码板不同疏密度时的反演偏差,对于梯度变化平滑的等离子体,即使条纹比较稀疏也能反演得到很好的结果.结果表明:该方法系统简单,对光源和光学器件性能参数要求较为宽松,调试容易,具有很好的测量适应性,可用于等离子体密度诊断.     

针对高压物质密度诊断的激光X射线照相优化设计

激光驱动冲击波能提供高压的物质状态, 是状态方程研究的重要工具. 超短超强激光与固体靶相互作用产生的X射线源, 具有短脉冲、微焦点、高产额、能量可调的特点, 是高压物质密度测量的首选背光源. 本文基于蒙特卡罗程序Geant4建立了X射线照相模型, 客体密度分布由流体力学程序Multi-1D模拟激光冲击加载高压物质获得. 在一维长方体形密度客体情况下, 定义了均方根、峰值偏差与上升沿斜率比三种指标, 对照相图像求解的密度结果进行评价, 开展了照相结果信噪比、分辨率与对比度等参数优化. 并开展了一维圆柱形密度客体的照相模拟, 建立了基于Radon逆变换法的Abel反演算法. 反演结果与模拟设计密度分布符合良好, 要求X射线源半径在5 μm以内; 反演结果与模拟设计密度分布较为一致, 要求X射线源半径在15 μm以内.     

基于概率迭代的NDP反演方法

针对中子深度分析(NDP)技术,基于概率迭代思想,推导一种迭代反演方法,对其和线性正则化方法在NDP反演问题中的应用进行比较.未引入计数随机误差时,两者都能得到较好的反演结果,迭代法的结果是非负的,线性正则化方法在源强度发生阶跃处得到的结果更好.在考虑随机误差存在的情况下,迭代法的效果更佳.同时,研究了迭代矩阵对结果的影响,矩阵元的指数放大可以实现迭代过程的加速.     

用X射线激光M-Z干涉仪诊断点聚焦CH等离子体电子密度

在神光Ⅱ装置上，用软X射线激光Mach-Zehnder干涉仪诊断了点聚焦CH等离子体电子密度N_e分布，介绍了实验结果. 通过Abel变换进行了密度反演， 给出了N_e的2D分布，测得的最高N_e为3.2×10²¹cm^-3. 通过同1.5维JB19程序以及二维XRL2D程序的模拟结果的比较，发现高密度区，限流因子取0.05的理论结果同实验相符，但是低密度区实验得到的N_e分布下降得更快，而且理论模拟的N_e二维分布同实验结果在细节上有比较大的差别. 粗略的误差分析显示，干涉仪面型误差是实验误差的主要来源. 关键词： 类镍银X射线激光 Mach-Zehnder干涉仪 密度反演 Abel变换     

惯性约束聚变驱动器连续相位板前置时频率转换晶体内部光场研究

本文针对惯性约束聚变驱动器终端光学系统中连续相位板置于基频光路(前置)时,频率转换晶体内部光场分布进行了研究.经研究发现连续相位板前置对基频光的相位调制降低了频率转换效率,增大了频率转换晶体内部光场的不均匀性,它导致晶体激光诱导损伤风险的可能性加大.值得特别注意的是:在频率转换晶体入射和出射端面附近激光调制度和最大光强相对于其他区域高,发生激光诱导损伤的可能性相对更大.因此当不断增大频率转换系统输入的基频光光强时,为保证惯性约束聚变终端光学系统的正常运行需要把连续相位板前置对频率转换晶体内部光场分布的影响 关键词： 惯性约束聚变 连续相位板 频率转换晶体 激光诱导损伤     

基于Abel逆变换的辐射驱动内爆壳层密度分布研究

给出了一种利用Abel逆变换反演壳层压缩密度分布的方法. 使用微焦点X射线光源对直径1 mm、 密度已知的空心CH球壳进行了透射照相, 通过Abel逆变换反演得到了空心CH球壳的壳层密度, 反演密度与实际密度符合, 表明通过Abel逆变换反演壳层密度的有效性. 对16分幅相机记录的辐射驱动内爆靶球图像进行Abel逆变换, 得到了不同时刻壳层压缩密度分布.定性分析了背光空间分布、 针孔成像系统和壳层厚度变化对密度反演的影响.     

MCP选通X射线皮秒分幅相机在ICF中的应用

在上海“神光”装置上，首次将我国研制的首台ＭＣＰ（微通道板）选通Ｘ射线皮秒分幅相机样机用于ＩＣＦ（惯性约束聚变）激光等离子体物理诊断，在１．２ｎｓ内连续拍摄到激光注入孔等离子体辐射随时间变化的１２福二维空间分布图像，观测到等离子体喷射空间尺度随时间的变化过程．本文就该相机结构、测量原理和方法以及实验中获得的典型结果进行了分析讨论．     

基于靶面温度测量的激光强度时空分布重构方法

基于靶面温度分布测量反演激光强度时空分布的重构表达式中,被积函数包含的奇异阿贝尔核函数导致了求解积分表达式的病态和解的不稳定。为了解决这一积分求解问题,基于广义函数理论和正则变换方法,对积分函数进行了重新构造,获得了基于靶面温度时空分布测量反演入射激光强度分布的重构算法,并分析了重构结果对温度测量误差的敏感性。借助数值模拟方法对重构算法进行了验证,数值计算给出了重构强度误差与靶板厚度和辐照时间的关系。验证结果表明,两种背光面边界条件下反演获得的激光束时空分布,不仅与原始模型激光束达到了较好的一致,而且不受薄板条件的限制。算法对强激光辐照效应的靶面激光参量监测有实用性。     

激光掩星探测大气水汽混合比的数值模拟

在低轨道空间站和伴飞卫星上分别安置激光发射机和接收机,同时发射和接收935nm短波红外水汽探测激光束脉冲对和765nm(位于氧气的A吸收带)近红外激光束脉冲对。935nm波段激光脉冲的一个探测波长对水汽的吸收较强,另一个参考波长对水汽的吸收相对较弱;765nm波段激光脉冲的一个波长对氧气的吸收较强和另一个波长对氧气的吸收较弱。光连线全程的双波长差分光学厚度和连线切点处的差分消光系数之间存在Abel变换关系。基于Abel积分变换,利用理想气体状态定律和大气准静态方程,用大气模式作为初值条件,进行数值计算。765nm波长对用来反演大气的压强和温度,935nm波长对用来反演大气水汽的密度。获得的水汽廓线分布的仿真结果以及误差分布表明,激光掩星具有探测对流层上-平流层下这一高度(5～14km)的水汽含量的潜力。     

HL-2A 装置可见光诊断方法初探

等离子体H_α 径向分布的测量是等离子体实验中的重要内容。在HL- 2A 实验中, 等离子体成像系统中的CCD 图片记录了等离子体辐射信息, 特别是H_α  线辐射信息( 在相机前加H_α 滤光片) 。因为光测量是辐射的线积分, 数据的处理和分析显得十分必要的。利用等离子体可见光成像系统, 采用Abel 变换, 得到H_α  在HL- 2A 装置中的径向分布, 提供了一项可靠的测量手段。     

基于Abel逆变换的激光诱导等离子体辐射特性研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种新型的物质成分测量方法已经在越来越多的领域得到广泛应用，但是与传统的分析方法相比，LIBS技术的分析性能还需进一步提高。LIBS技术的理论基础是激光诱导等离子体，从物理机理上研究等离子体特性，对LIBS系统实验参数的优化具有指导作用，也为提高LIBS技术的检测能力奠定理论基础。激光诱导等离子体是一个与空间相关的非稳态辐射源，空间分辨光谱测量是探究等离子体物理特性的重要手段之一。为研究激光诱导等离子体的辐射特性，采用1 064 nm的Nd∶YAG调Q固体激光器烧蚀合金钢样品产生等离子体，利用空间分辨装置测量二维空间的等离子体辐射光谱信号，通过分析可知实验采集的光谱信号是信号探测器测量路径上的积分光谱强度，由此计算得到的等离子体参数也是观测路径上的平均值。为了深入研究等离子体由内层到外层的辐射规律，首先测量得到等离子体路径积分光谱强度的横向空间分布，然后以等离子体为光学薄和圆柱对称的前提条件，采用三次样条函数算法对路径积分光谱强度进行Abel逆变换，反演得到等离子体由内层到外层谱线辐射率的径向空间分布。选取等离子体辐射光谱中的原子谱线Fe Ⅰ: 374.55 nm和Mn Ⅰ: 403.08 nm为研究对象，分析等离子体辐射光谱的空间分布特征，研究结果表明，等离子体辐射路径积分光谱强度的横向分布呈现出中心位置强度大边缘位置强度小的特征，这是由于等离子体膨胀扩张的结果引起的；通过Abel逆变换得到等离子体光谱辐射率的径向分布，结果表明等离子体从内层到外层谱线的辐射率经过了先增加后减小的变化规律，等离子体中心处出现辐射率的极小值，造成这种现象的主要原因是由于等离子体辐射源中心区域具有较低的电子密度；选取等离子体辐射光谱中Fe元素的11条原子谱线，采用Boltzman法分别由谱线相应的积分光谱强度和辐射率计算等离子体温度，得到等离子体温度的横向空间和径向空间的二维分布，两者具有类似的变化规律；由等离子体温度的横向空间分布可以看出，随着离样品表面距离的增加，等离子体温度呈现单调减小的趋势，等离子体中心到边缘区域等离子体温度逐渐降低，这是由等离子体膨胀扩张以及与环境气体相互作用共同的结果；由等离子体温度的径向空间分布可以看出等离子体由内层到外层等离子体温度逐渐降低，这是由于等离子体膨胀扩张冷却引起的。由此可见，采用Abel逆变换能够实现等离子体由内层到外层的辐射特性分析，为深入理解等离子体产生和演变的物理机理提供实验依据，从而为提高激光诱导击穿光谱技术的分析性能奠定理论基础。     

Abel inversion using Legendre polynomials approximations

An improved Abel inversion method based on Legendre polynomials approximations is presented for reconstructing the original radial distribution of plasma emission coefficients from projected intensities. The method uses the technique of overlapping two near segments for obtaining an excellent approximation of the intensity distribution. The approximated function of the intensity profile is a combination of various shifted Legendre polynomials which in the Abel inverse equation can be integrated exactly to deduce the emission coefficient. It is shown, using simulated intensity data with and without noise inverted for a comparison with those obtained by other methods, that the method is more accurate and has a better property of noise resistance. It is well suited for applying to experimental intensities distorted by noise.     

Determination of the deuterium temperature profile in magnetic fusion plasmas

Summary A new experimental method for determining the radial deuterium temperature profileT _D(R) in axisymmetrical toroidal fusion plasmas is presented. The method is based on a generalized Abel inversion of neutron brightness data providing the radial neutron emissivity profile of the plasma. This profile, combined with information on the deuterium density profile, is used to determineT _D(R) under the assumption that the ion velocity distribution is Maxwellian. Results are presented here from the analysis of JET data. It is found that, for typical JET plasma conditions, the dominant source of uncertainty arises from the high plasma impurity level and the fact that it is poorly known; these problems can be expected to be remedied and neutron brightness measurements would be expected to be very effective (especially in high-density plasmas) as aT _D(R) diagnostics.     

层流氩等离子体射流温度的测量

 采用给水冷管状静电探针施加负偏置电压、并使探针以一定速度垂直于射流轴线扫过层流氩等离子体射流的方法,测量探针所收集到的累积离子饱和电流随侧向位置的变化,利用Abel变换推导出了局部离子饱和电流密度沿射流径向的分布;采用自制的水冷动压探针,以动态扫描法测量了射流动压沿射流径向的分布;根据局部离子饱和电流密度和射流动压的测量数据,由理论关系式推导出了等离子体射流横截面上的温度分布,同时,采用谱线相对强度法测量了等离子体射流的激发温度。结果表明：两种方法得到的等离子体射流中心温度吻合较好,所得到的射流中心温度随弧电流加大而增大的变化趋势也一致。     

Determination of Spatial Distribution of Plasma Electrons by Multibeam FIR Interferometry

The spatial distribution of plasma electrons in the ISX-B Tokamak has been determined by Abel-inverting vertical integral data from far infrared (FIR) laser-phase shift measurements. The calculational method for performing the Abel inversion is discussed and the results of the inversion of several sets of data are compared with Thomson scattering measurements of the pointwise electron density, and with the 2-mm interferometer measurement of the horizontal-midplane line-integral electron density. The inversion method used is essentially that described by Demas et al. This method is an extension of the method described by Yasutomo et al. The main difference is that the inversion method used here can treat plasmas with any outer boundary shape as long as the radius of the surface is single valued. In this regard it is more general than the inversion method of Wetzer, which is restricted to using an elliptical outer-plasma boundary.     

非球对称电离层掩星数据反演

电离层掩星数据的传统反演方法是电离层球对称假设下的Abel变换反演方法,但是实际的电离层电子密度分布不是球对称的,电离层的非球对称分布给电离层电子密度反演带来误差.发展了一种新的非球对称电离层掩星反演方法,利用国际参考电离层模型提供的三维电离层电子密度分布先验信息来修正掩星总电子含量 ,再通过球对称假设下的Abel变换反演出电离层电子密度.利用新方法反演了星座气象、电离层和气候观察系统掩星实测数据,并将得到的反演结果与电离层探测器资料进行了比较.结果表明,新方法能够较好地反演出电离层电子密度. 关键词： 电离层掩星 电子密度 国际参考电离层模型     

基于Stark展宽的TIG焊接电弧三维电子密度测量研究

焊接电弧三维电子密度的测量对于焊接质量控制具有重要意义,通过光谱仪采集电弧弦方向特征谱线轮廓,利用多项式拟合对径向采集数据进行降噪及平滑处理,通过Abel逆变换法重新构建径向光谱发射系数谱线轮廓,采用傅里叶变换从重建光谱轮廓中分离出Lorentz线形,获得Stark展宽,最终计算了TIG焊电弧等离子体电子密度的三维空间分布。     

A New Numerical Method for Asymmetrical Abel Inversion

A new asymmetrical Abel inversion is presented for application in asymmetrical data which is obtained from plasma diagnostics (for instance, interferometry or spectroscopy) on the toroidal plasma system, and in which asymmetry exists normal to the direction of observation. In this new numerical method a weight function, which was obtained by separating the integrated quantity into odd and even parts, was used for determination of the asymmetrical local value. To demonstrate the usefulness of this new method, we set up a hypothetical data set, which resulted in a valid local value.     

不同气体组分的PS-PVD射流光谱诊断

采用发射光谱分析不同气体组分的等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)射流,通过Abel转换得出射流径向各点处的光谱强度,比较和分析射流中不同气体的成分分布。采用多谱线斜率法研究不同气体组分的射流在径向距离上电子温度的变化,通过H_β谱线的stark展宽计算径向上电子密度的分布。结果表明：Ar/H₂气体中,H₂在焰流中心区域(0～30 mm)分布较为均匀,但在焰流中心稍靠外的区域(30～60 mm)随着径向距离的增加而增加;加入He后,Ar和H₂在焰流中心处浓度较低并在一定范围内随着径向距离的增加而增加,He往焰流中心聚集;不同气体组分的电子温度和电子密度随着径向距离的增加而降低,同时受到H₂和He的影响。